技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于工業(yè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于汽輪機葉片材料抗沖蝕試驗的基于水蝕試驗系統(tǒng)的試樣固定及布置結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
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汽輪機能發(fā)出的最大功率主要受進汽量的影響，而蒸汽流量又取決于末級葉片的幾何尺寸。大型汽輪機末級所占功率至少為汽輪機輸出的10％，隨著汽輪機單機功率的飛速增加，尤其是超超臨界與核電大功率汽輪機的發(fā)展，汽輪機末級葉片的長度越來越長。上世紀70年代到80年代，通用公司和西屋公司有50多臺機組末級長葉片發(fā)生裂紋和斷裂事故。在這些葉片事故中，末級葉片遭受水刷和水蝕產(chǎn)生損傷的事故占到了很大的比例。在我國，大型汽輪機的末級葉片(包括次末級)都工作在濕蒸汽環(huán)境中，水蝕問題越來越嚴重。

從19世紀二十年代起，研究者們就開始了對材料遭受水蝕的實驗研究，試圖搭建準確和穩(wěn)定的實驗分析系統(tǒng)，建立標準化測試流程。大家一致認為，水蝕實驗評估是汽輪機葉片設(shè)計和材料選擇中一項必須的流程。使用真實汽輪機進行葉片抗水蝕測試是一項昂貴和緩慢的過程，因此選擇其關(guān)鍵參數(shù)簡化實驗系統(tǒng)，建立實驗室即可完成的實驗分析系統(tǒng)是十分有必要的。為了模擬汽輪機葉片的真實運行狀態(tài)，材料試樣的旋轉(zhuǎn)速度及沖蝕液滴的撞擊速度都需要盡可能達到汽輪機實際運行中相應(yīng)的數(shù)值，這就對材料試樣的固定及布置方式帶來了更高的要求，既要保證在高速旋轉(zhuǎn)的過程中試樣不因離心力作用飛出，又要保證在持續(xù)高速液滴沖擊作用下保持穩(wěn)定，因此設(shè)計并加工更加高效穩(wěn)定的材料試樣固定裝置是水蝕試驗系統(tǒng)的關(guān)鍵。

同時，汽輪機末級葉片大多采用變截面葉片或彎扭葉片設(shè)計技術(shù)，蒸汽液化所產(chǎn)生的小尺寸高速液滴會以不同角度撞擊葉片表面，由此會對葉片不同位置產(chǎn)生不同的受力效果，從而對葉片整體的力學性能產(chǎn)生影響，因此采用方便拆裝并且行之有效試樣布置方式能夠有效地縮短試驗周期，同時獲得側(cè)向射流與材料損傷之間的相互作用，從而評估汽輪機葉片材料的整體抗水蝕性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是為了保證水蝕試驗過程中葉片材料試樣始終保持穩(wěn)定，同時在單次試驗過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對多角度沖擊情況的模擬，提供了一種應(yīng)用于汽輪機葉片材料抗沖蝕試驗的基于水蝕試驗系統(tǒng)的試樣固定及布置結(jié)構(gòu)，在保證試驗系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的同時能夠有效地縮短試驗周期，提高水蝕試驗效率。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

基于水蝕試驗系統(tǒng)的試樣固定及布置結(jié)構(gòu)，包括輪盤，該輪盤的外緣開設(shè)有安裝槽，靠近安裝槽的一個端面上開設(shè)有與射流噴頭出口位置相對應(yīng)的滑動槽，滑動槽用于安裝材料試樣及扇形擋塊，且滑動槽內(nèi)開設(shè)有定位螺紋孔；

輪盤的內(nèi)圈加工有凸臺，該凸臺端面上周向均勻開設(shè)有若干輪盤螺紋孔，輪盤沖擊面覆蓋有環(huán)形的壓板，壓板直徑大于輪盤試樣滑動槽內(nèi)側(cè)壁，且壓板內(nèi)圈直徑與輪盤中心凸臺尺寸相匹配，壓板端面上周向均勻開設(shè)有若干與輪盤螺紋孔相對應(yīng)的壓板螺紋孔；

與輪盤和壓板相配套的是交錯設(shè)置在滑動槽內(nèi)的若干個扇形擋塊與若干個材料試樣，其中，扇形擋塊的數(shù)量與材料試樣的數(shù)量相同，一個扇形擋塊為定位擋塊，定位擋塊上開設(shè)有定位螺紋孔相配合的螺紋孔。

本發(fā)明進一步的改進在于，材料試樣包括試樣基座以及設(shè)置在試樣基座上的沖擊靶體。

本發(fā)明進一步的改進在于，輪盤上開設(shè)有若干輪盤定位孔，用于將輪盤固定在轉(zhuǎn)子上。

本發(fā)明進一步的改進在于，扇形擋塊的數(shù)量與材料試樣的數(shù)量均為24個。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本發(fā)明提供的基于水蝕試驗系統(tǒng)的試樣固定及布置結(jié)構(gòu)，具體包括輪盤、壓板及材料試樣與扇形擋塊相互壓緊的整圈布置結(jié)構(gòu)，單次實驗?zāi)軌蛲瑫r對24個材料試樣進行抗水蝕性能測試，安全性高同時方便拆卸。輪盤上開設(shè)材料試樣的安裝槽與滑動槽，滑動槽尺寸與射流噴頭出口位置相對應(yīng)，輪盤通過螺栓固定在轉(zhuǎn)子上并隨轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動；壓板通過螺栓覆蓋在輪盤表面，其直徑大于輪盤試樣滑動槽內(nèi)側(cè)壁，用于壓緊并固定材料試樣及扇形擋塊的軸向位置；安裝時，相同數(shù)量的材料試樣與扇形擋塊依次通過安裝槽滑入滑動槽內(nèi)，材料試樣與扇形擋塊間隔排布并相互壓緊整圈布置以固定試樣的周向位置；最后滑入定位擋塊，其上開設(shè)兩個螺紋孔，通過螺栓固定于輪盤上，定位擋塊最終位置偏離輪盤安裝槽，其邊緣抵住滑動槽側(cè)壁以承受高速轉(zhuǎn)動下的離心力。

概括來說，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

1、沖擊試樣設(shè)計安裝于輪盤內(nèi)側(cè)并覆蓋壓板，能夠有效控制材料試樣在旋轉(zhuǎn)過程中的軸向及徑向位移，保證沖擊位置不發(fā)生變化；采用螺釘對定位擋塊進行固定從而固定保證整圈試樣及擋塊的周向位置不發(fā)生變化，固定方式簡便易操作。

2、材料試樣表面根據(jù)試驗要求加工成帶角度的沖擊靶體，采用不同沖擊角度試樣設(shè)計，能夠在噴頭位置不變的條件下同時對多角度靶面進行液滴沖蝕，以實現(xiàn)單一角度變量影響下的材料抗沖蝕性能對比試驗研究；

3、拆裝簡單，便于試驗間隔的試樣觀察及稱重，從而繪制準確的質(zhì)量損失曲線；

4、安全穩(wěn)定，能夠避免試樣在高速旋轉(zhuǎn)過程中因離心力作用飛出的安全隱患及過大不平衡量所引起的劇烈振動。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明一種基于水蝕試驗系統(tǒng)的試樣固定結(jié)構(gòu)整體示意圖；

圖2是本發(fā)明輪盤主視圖；

圖3是本發(fā)明壓板主視圖；

圖4是本發(fā)明整圈材料試樣及扇形擋塊分布示意圖；

圖5是本發(fā)明帶沖擊角度的材料試樣示意圖；

圖6是本發(fā)明扇形擋塊示意圖。

圖中：1-輪盤；2-壓板；3-滑動槽；4-輪盤螺紋孔；5-定位螺紋孔；6-安裝槽；7-輪盤定位孔；8-壓板螺紋孔；9-扇形擋塊；10-材料試樣；11-定位擋塊；12-試樣基座；13-沖擊靶體。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明

參見圖1至圖6，本發(fā)明提供的基于水蝕試驗系統(tǒng)的試樣固定及布置結(jié)構(gòu)，包括輪盤1，輪盤1外緣開設(shè)有安裝槽6，靠近安裝槽6的一個端面上開設(shè)有滑動槽3，滑動槽3用于安放材料試樣10及扇形擋塊9，其寬度與材料試樣10及扇形擋塊8尺寸相匹配，在安裝槽6開口處開設(shè)定位螺紋孔5，輪盤1內(nèi)圈加工有凸臺，其周圍均布設(shè)有12個輪盤螺紋孔4，輪盤1沖擊面覆蓋有環(huán)形的壓板2，用于固定試驗過程中材料試樣10軸向位置，壓板2內(nèi)圈直徑與輪盤1中心凸臺尺寸相匹配，壓板2表面均布12個壓板螺紋孔8，其尺寸與輪盤螺紋孔4尺寸一致，與輪盤1和壓板2相配套的是交錯設(shè)置在滑動槽3內(nèi)的24個扇形擋塊9與24個材料試樣10，其中最后一個扇形擋塊9為定位擋塊11，定位擋塊11中心位置加工定位螺紋孔，用于固定個材料試樣的周向位置，材料試樣10具體包括試樣基座12與帶角度的沖擊靶體13，沖擊靶體13上的沖擊面角度按試驗要求設(shè)計加工。

為了對本發(fā)明進一步了解，現(xiàn)對其工作過程做一說明。

試驗過程中，首先將輪盤1通過輪盤定位孔7固定在轉(zhuǎn)子上，將壓板2通過螺紋孔覆蓋在輪盤1上但不上緊螺釘并留出相應(yīng)間隙以安裝材料試樣10及扇形擋塊9，之后將材料試樣10及扇形擋塊9依次從安裝槽6滑入滑動槽3，材料試樣10與扇形擋塊9間隔排列，整圈共計24個材料試樣10與24個扇形擋塊9，具體分布方式參見圖4，最后滑入定位擋塊11，同時帶動整圈材料試樣10及扇形擋塊9轉(zhuǎn)動直至定位擋塊11上螺紋孔與輪盤1上的兩個定位螺紋孔5其中之一位置對齊，從輪盤1后側(cè)旋入螺釘固定材料試樣10及扇形擋塊9的周向位置，螺釘末端與材料試樣10及扇形擋塊9平面齊平即可，之后上緊壓板螺紋孔8內(nèi)螺釘至完全壓緊材料試樣10及扇形擋塊9以固定其軸向位置。需要注意的是，定位擋塊11最后的固定位置需要偏離安裝槽6一定角度，及定位擋塊11外緣需要有部分貼緊滑動槽3外壁，以承受其高速轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的巨大離心力，否則定位擋塊11中的定位螺釘很容易被剪斷而造成整圈試樣錯位，從而導致試驗失敗。

參見圖5，材料試樣10具體分為試樣基座12與沖擊靶體13，采用慢走絲整體切割加工，其中試樣基座12用于壓板2壓緊以固定試樣軸向位置，沖擊靶體13用于高速射流沖擊，其設(shè)計角度根據(jù)試驗要求的撞擊相對角度確定，具體通過撞擊點的旋轉(zhuǎn)線速度與高速射流速度的矢量差計算得到。需要注意的是，高速射流在沖擊材料試樣10的同時會同時對扇形擋塊9造成侵蝕，因此需要根據(jù)具體試驗情況對扇形擋塊9進行定期更換。

試驗結(jié)束或期間需要拆卸試樣時，首先松開壓板螺釘留出適當間隙，使得材料試樣10與扇形擋塊9既能滑動，又不會因間隙太大而掉落，之后從輪盤1后側(cè)旋下定位擋塊11螺釘，從安裝槽6內(nèi)依次滑出所有材料試樣10及扇形擋塊9。

待觀察稱重結(jié)束后，按照上述步驟繼續(xù)進行試驗，直至水蝕試驗全部結(jié)束。