一種磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，包括水箱、水泵、進(jìn)水管、出水管和固定待測(cè)試材料的文丘里管；所述水箱內(nèi)具有攪拌器；所述進(jìn)水管和所述出水管均與所述水箱連通；所述水泵安裝在所述進(jìn)水管中；所述文丘里管安裝在所述進(jìn)水管和所述出水管間；所述文丘里管的管壁為透明的管壁；還包括用于拍攝所述文丘里管中渾水空化狀態(tài)的高速攝像機(jī)。水箱中的攪拌器可使水箱形成懸浮含沙水流并使得含沙水流在文丘里管流動(dòng)形成磨蝕，利用高速攝像機(jī)拍攝文丘里管的空化流場(chǎng)結(jié)合待測(cè)試材料的磨損狀態(tài)可進(jìn)行磨蝕機(jī)理的研究。
【專利說明】
一種磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及水力機(jī)械磨蝕模擬測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]由于水力機(jī)械結(jié)構(gòu)符合文丘里模型，當(dāng)水流經(jīng)過較窄區(qū)域后空化而對(duì)管壁造成空蝕。同時(shí)，由于水流中還具有泥沙等小顆粒固體，水力機(jī)械還會(huì)受到泥沙磨損。泥沙磨損和空蝕的聯(lián)合破壞作用為磨蝕。
[0003]經(jīng)過實(shí)際的工程應(yīng)用和理論數(shù)據(jù)比對(duì)已經(jīng)得知，過流表面遭受空蝕作用產(chǎn)生的破壞是單純磨蝕和泥沙磨損作用的幾倍到十幾倍。由于我國(guó)河流中含沙量較大，在已建的一百多座大中型水電站中，有30%_40%的發(fā)電機(jī)組存在磨蝕問題。因此對(duì)水利機(jī)械磨蝕作用機(jī)理進(jìn)行深入研究，進(jìn)而對(duì)具有不同含沙量河流水電站機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供合理的模型基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)指導(dǎo)，具有重大的理論意義和實(shí)際價(jià)值。
[0004]然而，現(xiàn)有的試驗(yàn)測(cè)試通常是單純的進(jìn)行空化空蝕試驗(yàn)或泥沙磨損試驗(yàn)，用于磨蝕測(cè)試的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)試成本高，且不能用于對(duì)磨蝕機(jī)理的研究。因此提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的材料磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，且同時(shí)能夠開展磨蝕機(jī)理的研究是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題之一。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為解決現(xiàn)有的試驗(yàn)測(cè)試僅是單純的進(jìn)行空化空蝕試驗(yàn)或泥沙磨損試驗(yàn)，無法實(shí)現(xiàn)磨蝕測(cè)試的機(jī)理進(jìn)行研究，本實(shí)用新型提供一種新的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備。
[0006]本實(shí)用新型提供一種磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，包括水箱、水栗、進(jìn)水管、出水管和固定待測(cè)試材料的文丘里管;所述水箱內(nèi)具有攪拌器;所述進(jìn)水管和所述出水管均與所述水箱連通;所述水栗安裝在所述進(jìn)水管管路中；所述文丘里管安裝在所述進(jìn)水管和所述出水管間；所述文丘里管的管壁為透明的管壁;還包括用于拍攝所述文丘里管中空化狀態(tài)的高速攝像機(jī)。
[0007]可選的，包括多個(gè)可更換地安裝在所述管壁上的移動(dòng)構(gòu)件;各個(gè)所述移動(dòng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)不同；各個(gè)所述移動(dòng)構(gòu)件與所述管壁配合形成不同形狀的所述文丘里管。
[0008]可選的，所述出水管還具有抽取測(cè)試時(shí)水流的取樣孔。
[0009]可選的，還包括兩端分別與所述進(jìn)水管和所述水箱連通的回水管;所述回水管與所述進(jìn)水管連接的三通口位于所述水栗的出水口側(cè);所述三通口與所述文丘里管間具有第一流量調(diào)節(jié)閥;所述出水管具有第二流量調(diào)節(jié)閥;所述回水管具有第三流量調(diào)節(jié)閥。
[0010]可選的，還包括位于所述第一流量調(diào)節(jié)閥和所述文丘里管間的第一壓力表、位于所述文丘里管和所述取樣孔之間的第二壓力表。
[0011]可選的，所述出水管具有流量計(jì)。
[0012]可選的，所述管壁的截面為矩形;所述進(jìn)水管和所述出水管的截面為圓形;還包括使所述文丘里管分別與所述進(jìn)水管和所述出水管連通的圓變方管。
[0013]可選的，還包括用于照射所述文丘里管的光源。
[0014]可選的，所述水栗為離心栗。
[0015]本實(shí)用新型提供的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，水箱內(nèi)具有攪拌器;進(jìn)水管、文丘里管和出水管依次導(dǎo)通;且文丘里管的管壁為透明的管壁;還包括用于拍攝所述文丘里管中渾水空化狀態(tài)的高速攝像機(jī)。水箱中的攪拌器可使水箱形成懸浮含沙水流并使得含沙水流在文丘里管流動(dòng)形成磨蝕，利用高速攝像機(jī)拍攝文丘里管的空化流場(chǎng)結(jié)合待測(cè)試材料的磨損狀態(tài)可進(jìn)行磨蝕機(jī)理的研究。
【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】中的文丘里管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]其中:1-水箱、2-水栗、3-進(jìn)水管、4-出水管、5-文丘里管、51-管壁、52-移動(dòng)構(gòu)件、6-攪拌器、7-高速攝像機(jī)、8-取樣孔、9-回水管、10-第一流量調(diào)節(jié)閥、11-第二流量調(diào)節(jié)閥、12-第三流量調(diào)節(jié)閥、13-第一壓力表、14-第二壓力表、15-流量計(jì)、16-圓變方管、17-光源。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0021 ]如圖1，圖1為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備示意圖。本實(shí)用新型提供的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備包括水箱1、水栗2、進(jìn)水管3、出水管4和文丘里管5。其中進(jìn)水管3和出水管4的一端均與水箱I連接、而另一端均與文丘里管5連接，且進(jìn)水管3和出水管4均與文丘里管5可拆卸的連接，而水栗2安裝在進(jìn)水管3中。如水箱I中灌裝一定量的水、且水位高于淹沒進(jìn)水管3和出水管4與水箱I連接的接口后，水栗2工作帶動(dòng)水流在進(jìn)水管3、文丘里管5和出水管4之間循環(huán)，并在文丘里管5的喉管和擴(kuò)散段形成空化并產(chǎn)生空蝕。如在文丘里管5內(nèi)安裝待測(cè)試材料，就可進(jìn)行待測(cè)試材料的空化空蝕測(cè)試。實(shí)際應(yīng)用中，待測(cè)試材料可通過粘接方式安裝在文丘里管5內(nèi)，也可采用螺釘固定安裝在文丘里管5內(nèi)。
[0022]為進(jìn)行待測(cè)試材料的磨蝕測(cè)試，進(jìn)而獲取磨蝕測(cè)試的試驗(yàn)機(jī)理，本實(shí)用新型中的文丘里管5的管壁51為透明材料制成的管壁51，水箱I內(nèi)具有攪拌器6;另外還包括用于拍攝文丘里管5中渾水空化狀態(tài)的高速攝像機(jī)7。在測(cè)試過程中，水箱I中具有諸如石英砂一類的磨料。在攪拌器6的攪拌作用下，石英砂處于懸浮狀態(tài)而循環(huán)水流為含沙水流。水栗2驅(qū)動(dòng)含沙水流經(jīng)進(jìn)水管3流入到文丘里管5而形成磨蝕。由于文丘里管5的管壁51為透明材料制成，高速攝像機(jī)7拍攝到文丘里管5內(nèi)的空化流場(chǎng)形態(tài)，結(jié)合待測(cè)試材料磨蝕后的形貌結(jié)果可用于磨蝕機(jī)理研究。
[0023]在本實(shí)用新型具體實(shí)施中，包括多個(gè)可更換安裝在管壁51內(nèi)的移動(dòng)構(gòu)件52，各移動(dòng)構(gòu)件52的結(jié)構(gòu)并不相同。圖2為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】中的文丘里管5結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2，可看出移動(dòng)構(gòu)件52采用螺釘固定連接的方式安裝在管壁51內(nèi)側(cè)，并可拆卸更換。由于各個(gè)移動(dòng)構(gòu)件52的結(jié)構(gòu)并不相同，側(cè)壁和不同移動(dòng)構(gòu)件52結(jié)合形成實(shí)際形狀不同的文丘里管5，用于形成不同類型的空化流場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)不同空化流場(chǎng)條件下的磨蝕機(jī)理研究。當(dāng)然，在其他具體實(shí)施中，也可僅設(shè)置一個(gè)不可拆卸的文丘里管5。
[0024]在其他參數(shù)相同情況下，水流中含沙量不同可造成實(shí)際磨蝕程度和待測(cè)試材料表面形狀發(fā)生變化。為測(cè)量不同含沙量情況下的磨蝕情況，水箱I中的石英砂量可做相應(yīng)調(diào)節(jié)。此外，在文丘里管5的出口，也就是出水管4側(cè)還具有抽取測(cè)試時(shí)水樣的取樣孔8，從取樣孔8取出的渾水含沙量代表了經(jīng)過文丘里管5的水流含沙量。當(dāng)然，在其他具體實(shí)施中，也可不設(shè)置取樣孔8，而是以水箱I中被攪動(dòng)水流的含沙量作為經(jīng)過文丘里管5的水流含沙量;但是這樣的數(shù)據(jù)可能并沒有真實(shí)反映實(shí)際發(fā)生磨蝕區(qū)域的含沙量。另外，從取樣孔8取樣最好采用周期取樣，在不取樣時(shí)將取樣孔8封閉。
[0025]根據(jù)原理分析，文丘里管5形成空化現(xiàn)象需要在喉管兩側(cè)具有一定的壓力差，也就是進(jìn)水管3和出水管4之間具有一定的壓力差。為形成一定要求的壓力差，本實(shí)用新型具體實(shí)施中還包括與進(jìn)水管3連通的回水管9;回水管9和進(jìn)水管3通過三通連接，且三通的三通口位于水栗2的出水口側(cè)；另外，在進(jìn)水管3、出水管4和回水管9分別設(shè)置第一流量調(diào)節(jié)閥
10、第二流量調(diào)節(jié)閥11和第三流量調(diào)節(jié)閥12，通過三個(gè)流量調(diào)節(jié)閥之間的相互配合實(shí)現(xiàn)文丘里管5流量的調(diào)節(jié)、進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩側(cè)壓力的調(diào)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)壓力差的反饋調(diào)節(jié)，在文丘里管5的兩側(cè)還具有第一壓力表13和第二壓力表14分別用于測(cè)試兩側(cè)的實(shí)際水壓，試驗(yàn)人員可通過兩個(gè)壓力表的數(shù)值差反饋調(diào)節(jié)壓力差。此外，在出水管4還設(shè)置了流量計(jì)15，以獲取整個(gè)試驗(yàn)實(shí)際經(jīng)過文丘里管5的水流量大小。
[0026]本實(shí)用新型中，為方便安裝移動(dòng)構(gòu)件52和方便拍攝文丘里管5內(nèi)的空化現(xiàn)象，文丘里管5的管壁51的截面為矩形;而實(shí)際使用中的進(jìn)水管3和出水管4截面均為圓形，當(dāng)圓形管直接連接文丘里管5的矩形側(cè)壁會(huì)造成流場(chǎng)突變而影響空化。為解決這一問題，在文丘里管5的兩側(cè)還具有用于過渡水流的圓轉(zhuǎn)方管。
[0027]另外，考慮到攝像中可能因內(nèi)部光線不足而無法完全捕捉文丘里管5內(nèi)的空化現(xiàn)象，本實(shí)用新型還設(shè)置了照射文丘里管5的光源17，實(shí)際使用中的光源17可為L(zhǎng)ED光源17，也可為其他類型的光源17。
[0028]本實(shí)用新型具體應(yīng)用中采用的水栗2為離心栗；當(dāng)然，在其他具體實(shí)施中也可采用諸如軸流栗等類型的水栗2。此外，本實(shí)用新型具體應(yīng)用中采用的水箱I可為開式水箱I，也可采用閉式水箱I。
[0029]下面對(duì)采用本實(shí)用新型中試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行磨蝕試驗(yàn)的具體步驟做分析:
[0030]首先，將不同材質(zhì)的待測(cè)試材料固定安裝在文丘里管5的移動(dòng)構(gòu)件52的頂部(即移動(dòng)構(gòu)件52的喉管和擴(kuò)散段)；
[0031]其次，運(yùn)轉(zhuǎn)離心栗使清水通過文丘里管5，并調(diào)節(jié)各個(gè)流量調(diào)節(jié)閥，使得文丘里管5的進(jìn)出口形成一定的壓力差、以在喉部和擴(kuò)散段形成空化;利用高速攝像機(jī)7記錄清水的空化形態(tài);運(yùn)行一定時(shí)間后，取出待測(cè)試材料；
[0032]再次，更換待測(cè)試材料，在水箱I內(nèi)加入一定的石英砂，啟動(dòng)攪拌器6使得石英砂與水混合均勻后運(yùn)轉(zhuǎn)離心栗，并調(diào)節(jié)各個(gè)流量調(diào)節(jié)閥使得文丘里管5形成如前步驟設(shè)定的壓力差，利用高速攝像機(jī)7拍攝渾水空化狀態(tài)并按照設(shè)定周期通過取樣孔8取出渾水;待運(yùn)行一定時(shí)間后取出待測(cè)試材料；
[0033]最后，結(jié)合高速攝像相機(jī)拍攝影像和前述步驟中的不同待測(cè)試材料進(jìn)行比對(duì)分析。
[0034]以上本實(shí)用新型實(shí)施例中的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的核心思想，在不脫離本實(shí)用新型原理的情況下，還可對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:包括水箱(I)、水栗(2)、進(jìn)水管(3)、出水管(4)和固定待測(cè)試材料的文丘里管(5);所述水箱(I)內(nèi)具有攪拌器(6);所述進(jìn)水管(3)和所述出水管(4)均與所述水箱(I)連通;所述水栗(2)安裝在所述進(jìn)水管(3)管路中；所述文丘里管(5)可拆卸地安裝在所述進(jìn)水管(3)和所述出水管(4)間;所述文丘里管(5)的管壁(51)為透明的管壁(51);還包括用于拍攝所述文丘里管(5)中空化狀態(tài)的高速攝像機(jī)(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:包括多個(gè)可更換地安裝在所述管壁(51)上的移動(dòng)構(gòu)件(52);各個(gè)所述移動(dòng)構(gòu)件(52)結(jié)構(gòu)不同；各個(gè)所述移動(dòng)構(gòu)件(52)與所述管壁(51)配合形成不同形狀的所述文丘里管(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述出水管(4)還具有抽取測(cè)試時(shí)水流的取樣孔(8)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:還包括兩端分別與所述進(jìn)水管(3)和所述水箱(I)連通的回水管(9);所述回水管(9)與所述進(jìn)水管(3)連接的三通口位于所述水栗(2)的出水口側(cè);所述三通口與所述文丘里管(5)間具有第一流量調(diào)節(jié)閥(10);所述出水管(4)具有第二流量調(diào)節(jié)閥(11);所述回水管(9)具有第三流量調(diào)節(jié)閥(⑵。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:還包括位于所述第一流量調(diào)節(jié)閥(10)和所述文丘里管(5)間的第一壓力表(13)、位于所述文丘里管(5)和所述取樣孔(8)之間的第二壓力表(14)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述出水管(4)中還具有流量計(jì)(15)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述文丘里管(5)的截面為矩形;所述進(jìn)水管(3)和所述出水管(4)的截面為圓形;還包括使所述文丘里管(5)分別與所述進(jìn)水管(3)和所述出水管(4)連通的圓變方管(16)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:還包括用于照射所述文丘里管(5)的光源(17)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磨蝕測(cè)試用試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述水栗(2)為離心栗。
【文檔編號(hào)】G01N3/56GK205538524SQ201620111106
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月3日
【發(fā)明人】趙琴
【申請(qǐng)人】西華大學(xué)