一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種測量材料抗氣蝕性能試驗臺，包括壓力容器罐、離心泵、穩(wěn)壓罐和空蝕發(fā)生裝置；壓力容器罐、離心泵、穩(wěn)壓罐、空蝕發(fā)生裝置之間通過管路連接構成循環(huán)回路；管路上所設的測壓孔分別連接壓力變送器的輸入端，壓力變送器和電磁流量計的輸出端通過信號線連接泵TPA測試儀；泵TPA測試儀的輸出端與計算機連接；空蝕發(fā)生裝置包括彼此連接的前面板和后面板，前面板的中心設有漸縮孔；后面板對應于前面板一面的中間對稱開有兩個矩形槽；與前面板連接的管路為漸縮管，直徑小的一端連接前面板，直徑大的一端連接穩(wěn)壓罐。本實用新型利用孔板射流原理測試材料的抗氣蝕性能，操作容易、測量精度較高。
【專利說明】
一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺
技術領域
[0001] 本實用新型屬于流體機械實驗領域，尤其是涉及一種用于測量材料抗氣蝕性能的 試驗臺。
【背景技術】
[0002] 空蝕也稱氣蝕，是指當液體在與固體表面接觸處的壓力低于它的飽和蒸汽壓力 時，將在固體表面附近形成氣泡。另外，溶解在液體中的氣體也可能析出而形成氣泡。隨后， 當氣泡流動到液體壓力超過氣泡壓力的地方時，氣泡便潰滅，在潰滅瞬時產生極大的沖擊 力和高溫。固體表面經受這種沖擊力的多次反復作用，材料發(fā)生疲勞脫落，使表面出現小凹 坑，進而發(fā)展成海綿狀。嚴重的其實可在表面形成大片的凹坑，甚至穿孔?？瘴g的程度以空 蝕強度來衡量?？瘴g強度常用單位時間內材料的減重、減容、穿孔數和表面粗糙度變化作為 特征量?？栈瘴g是以液體為介質的栗、水輪機、水栗水輪機以及螺旋槳等透平機械的兩個 特有流體力學問題之一。為了保證水力機械的正常運轉，需要對空化和空蝕采取防護措施， 除了提高水力機械本身的空化性能外，還需要對材料的抗空化空蝕性能進行研究，即要盡 量選用抗空蝕性能良好的材料，尤其是在葉片及其他易遭受空蝕破壞的零部件，選用抗空 蝕性能良好的材料是很重要而有效的防護空蝕侵蝕的措施。現有技術中有利用超聲波氣蝕 實驗機直接在材料表面產生空蝕破壞來測試材料的抗氣蝕性能，但其存在造價昂貴，且適 用性較差的不足。 【實用新型內容】
[0003] 針對現有技術中存在不足，本實用新型提供了一種用于測量材料抗氣蝕性能的試 驗臺，利用孔板射流原理測試材料的抗氣蝕性能，操作容易、測量精度較高。
[0004] 本實用新型是通過以下技術手段實現上述技術目的的。
[0005] -種測量材料抗氣蝕性能試驗臺，包括壓力容器罐、離心栗、穩(wěn)壓罐和空蝕發(fā)生裝 置;所述壓力容器罐的出水管路通過第一管路連接離心栗的進水口；所述離心栗的出水口 通過第二管路連接穩(wěn)壓罐的進水口；所述穩(wěn)壓罐的出水口通過第三管路連接空蝕發(fā)生裝置 的進水口，所述空蝕發(fā)生裝置的出水口通過第四管路連接第五管路;所述第五管路連接壓 力容器罐的進水管路;所述出水管路和第一管路之間設有進口調節(jié)閥門，所述第五管路和 進水管路之間設有出口調節(jié)閥門；所述第五管路上設有電磁流量計;所述第一管路、第二管 路和第三管路的測壓孔均分別連接3個壓力變送器的輸入端，所述壓力變送器和電磁流量 計的輸出端通過信號線連接栗TPA測試儀;所述栗TPA測試儀的輸出端與計算機連接;所述 壓力容器罐還連接有真空栗，壓力容器罐上設有真空表;所述離心栗連接有電機變頻器；
[0006] 所述空蝕發(fā)生裝置包括彼此連接的前面板和后面板，所述前面板的中心設有漸縮 孔;所述后面板對應于前面板一面的中間對稱開有兩個矩形槽;所述第三管路為漸縮管，直 徑小的一端連接前面板，直徑大的一端連接穩(wěn)壓罐。
[0007] 進一步的，所述前面板和后面板均為圓形有機玻璃板，所述前面板和后面板之間 設有圓環(huán)形橡膠墊片。
[0008] 進一步的，所述前面板和后面板通過螺栓連接;所述后面板上均布有4個出水口， 分別經4個第四管路通過五通閥連接第五管路的進口端。
[0009] 進一步的，所述第五管路為漸擴管，直徑小的一端連接第四管路的出口，直徑大的 一端連接進水管路。
[0010]進一步的，所述壓力容器罐和穩(wěn)壓罐均為不銹鋼材質；所述壓力容器罐包括筒形 罐體、罐蓋、罐蓋吊環(huán)、給水管路、液位計、撐腳和排水管路;所述筒形罐體上部設有罐蓋，所 述罐蓋頂部設有取壓孔，取壓孔上部設有中間帶螺紋孔通孔的凸臺；所述罐蓋上設有給水 管路和抽真空管路;所述筒形罐體底部設有撐腳和排水管路;所述筒形罐體側面設有液位 計。
[0011]進一步的，所述筒形罐體罐身為圓筒形、底部為球殼形，筒形罐體的壁厚為5mm，負 壓最大為IMpa;3個撐腳均布焊接在筒形罐體底部。
[0012] 進一步的，所述壓力容器罐的抽真空管路通過PVC鋼絲軟管與真空栗的栗入口連 接;所述抽真空管路上設有抽真空快開閥門。
[0013] 進一步的，所述離心栗為NIS050-32-200型單級離心栗;所述的電磁流量計型號為 DKS-LDE智能一體式電磁流量計;所述真空表的型號為YZ-100BF型;所述的真空栗為XD型旋 片式真空栗，抽氣速率為40m3/h，極限真空200Pa。
[0014] 本實用新型的有益效果：
[0015] 本實用新型所述的一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺，利用孔板射流原理制 得空蝕發(fā)生裝置，并將其與壓力容器罐、離心栗和穩(wěn)壓罐通過管路連接構成循環(huán)回路，進而 實現材料抗氣蝕性能的測試;通過該試驗臺對測量的抗汽蝕性能進行測試，與現有的振動 空蝕方法相比，更加貼近實際，能真實的反映不同空化數σ下水力機械內部發(fā)生的空化空蝕 對材料表面的破壞作用，可同時進行不同材料的空蝕試驗，對比不同材料的抗空蝕性能試 驗;該試驗臺結構簡單、安裝方便、適用范圍廣、操作容易、精度較高。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺的結構示意圖。
[0017] 圖2為空蝕發(fā)生裝置的結構示意圖。
[0018]附圖標記說明如下：
[0019] 1-壓力容器罐，2-離心栗，3-穩(wěn)壓罐，4-空蝕發(fā)生裝置，5-第一管路，6-第二管路， 7-第三管路，8-第四管路，9-第五管路，10-栗TPA測試儀，11-真空栗，12-電機變頻器，1-1-筒形罐體，1 _2-罐蓋，1-3-罐蓋吊環(huán)，1-4 -進水管路，1-5-給水管路，IH儀位計，1-7 -撐腳， 1-8-排水管路，1-9-出水管路，4-1-前面板，4-2-后面板，4-3-圓環(huán)形橡膠墊片，4-4-矩形 槽，4-5-漸縮孔，5-1-進口調節(jié)閥門，5-2-壓力變送器，9-1-出口調節(jié)閥門，9-2-電磁流量 計，11-1-抽真空快開閥門。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖以及具體實施例對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型的保 護范圍并不限于此。
[0021] 如圖1所示，一種測量材料抗空蝕性能試驗臺，包括壓力容器罐1、離心栗2、穩(wěn)壓罐 3和空蝕發(fā)生裝置4;壓力容器罐1和穩(wěn)壓罐3均為不銹鋼材質;所述壓力容器罐1包括筒形罐 體1-1、罐蓋1-2、罐蓋吊環(huán)1-3、進水管路1-4、給水管路1-5、液位計1-6、撐腳1-7、排水管路 1-8和出水管路1-9;所述筒形罐體1-1的罐身為圓筒形、底部為球殼形，兩部分焊接在一起； 筒形罐體1-1的壁厚參照GB150-2011《壓力容器》，負壓最大為-0.1 MPa，容器壁厚不包含腐 蝕裕量為3_，該容器正常實驗工況下介質為水，故確定腐蝕裕量為1_，同時考慮到焊接及 結構設計，確定最終罐體壁厚為5mm;筒形罐體1-1上部設有罐蓋1-2,所述罐蓋1-2頂部設有 取壓孔，直徑d = 2~6mm，取壓孔上部設有中間帶螺紋孔通孔的凸臺，當需要吊裝時，可通過 罐蓋吊環(huán)1-3下部的螺栓桿裝入螺紋孔中進行吊裝；當需要測壓力容器罐1壓力時，可安裝 真空表于凸臺的螺紋孔中，真空表型號可以為YZ-100BF型。
[0022] 所述罐蓋1-2的兩側還分別設有給水管路1-5和抽真空管路，抽真空管路通過PVC 鋼絲軟管與真空栗11連接;接口處用金屬卡箍擰緊防止漏氣，真空栗11需通過地腳螺栓固 定在地面上，真空栗11為XD型旋片式真空栗，抽氣速率為40m 3/h，極限真空200Pa;給水管路 1-5主要通過將外來水源注入壓力容器罐1中；筒形罐體1-1的一側面豎直設有液位計1-6， 其量程需大于壓力容器罐1儲液的最大高度。筒形罐體1-1的另一側面上部設有進水管路1-4,下部設有出水管路1-9。筒形罐體1-1的底部焊接有均布的3個不銹鋼材料的撐腳1-7,鋼 材厚度為8mm。
[0023] 所述壓力容器罐1的出水管路1-9通過第一管路5連接離心栗2的進水口；所述離心 栗2的出水口通過第二管路6連接穩(wěn)壓罐3的進水口；離心栗2為NIS050-32-200型單級離心 栗;所述穩(wěn)壓罐3的出水口通過第三管路7連接空蝕發(fā)生裝置4的進水口，所述空蝕發(fā)生裝置 4的出水口通過第四管路8連接第五管路9;所述第五管路9連接壓力容器罐1的進水管路ΙΑ; 所述出水管路 1-9 和第一管路 5 之間是設有進口調節(jié)閥門 5-1，所述第五管路 9 和進水管路 1-4之間設有出口調節(jié)閥門9-1;所述第五管路9上設有電磁流量計9-2，電磁流量計9-2為 DKS-LDE智能一體式電磁流量計;所述第一管路5、第二管路6和第三管路7的測壓孔均分別 連接3個壓力變送器的輸入端，連接處用細鐵絲扎緊保證氣密性，所述壓力變送器的輸出端 通過信號線與栗TPA測試儀連接，將壓力信號轉變?yōu)殡娦盘?所述栗TPA測試儀10的輸出端 與計算機連接;所述離心栗2還連接有電機變頻器12,所述電磁流量計9-2的輸出端通過信 號線連接栗TPA測試儀10,將流量信息傳遞至栗TPA測試儀10;栗TPA測試儀10帶有數顯功 能，可以直接讀出壓力跟流量的值。
[0024] 如圖2所示，所述空蝕發(fā)生裝置4包括彼此螺紋連接的前面板4-1和后面板4-2,前 面板4-1和后面板4-2均為圓形有機玻璃板，所述前面板4-1和后面板4-2之間設有圓環(huán)形橡 膠墊片4-3，所述前面板4-1的中心設有漸縮孔4-5;所述后面板4-2對應于前面板4-1 一面的 中間對稱開有兩個矩形槽4-4，兩者之間間距為前面板4-1中心孔直徑，尺寸為38mm*16mm* 4mm，用來放置試驗材料樣塊，兩個矩形槽4-4中可以依據實驗需求放置相同材料試樣或者 不同材料的試樣，試驗材料需要加工成尺寸為38mm* 1的標準樣塊;所述第三管路7 為漸縮管，直徑小的一端連接前面板4-1的漸縮孔，直徑大的一端連接穩(wěn)壓罐3;所述后面板 4-2上均布有4個出水口，分別經4個第四管路8(即金屬軟管段)通過五通閥連接第五管路9 的進口端，所述第五管路9為漸擴管，直徑小的一端連接第四管路8的出口，直徑大的一端連 接進水管路1-4。
[0025] 工作過程：
[0026] 試驗前先清洗被測試材料樣塊，放置在鼓風式干燥箱中，105°C下烘干Ih后并冷卻 至常溫，取出樣塊放置到電子分析天平中稱重并記錄，稱重后對試件進行拍照。檢查各儀表 和傳感器的接線，將被測試的材料放置在氣蝕發(fā)生裝置后面板4-2的矩形槽4-4內，將進口 調節(jié)閥門5-1全開，關閉出口調節(jié)閥門9-1，調節(jié)電機變頻器12使頻率為50HZ，確保離心栗2 的轉速為額定轉速，緩慢打開出口調節(jié)閥門9-1使得流量達到要求值直至氣蝕發(fā)生裝置前 面板4-1的中心圓孔處發(fā)生理想范圍的氣蝕現象，讀取并記錄各個壓力變送器和電磁流量 計9-2的數值;根據氣蝕發(fā)生裝置前面板4-1中心圓孔的直徑計算流速，根據空化數公式
[0027]
[0028] 式中，poo和Voo分別為液體的來流壓力和流速;P為液體密度;Pv為液體在環(huán)境溫度 下的飽和蒸氣壓。將上述所測數據代人公式中可以求的此時的空化數σ;持續(xù)氣蝕30min后 關閉電源，拆下氣蝕發(fā)生裝置并取出測試材料，用流動清水沖洗干凈，需要注意的是，對測 試材料進行操作的時候需要佩戴橡膠手套，沖洗干凈后，放置在鼓風式干燥箱中，105 °C下 烘干Ih后并冷卻至常溫，取出樣塊放置到電子分析天平中稱重并記錄，稱重后對試件進行 拍照。
[0029]同樣工況下，再次將試件樣塊放置在氣蝕反生裝置中持續(xù)氣蝕30min，氣蝕完成后 再次重復上述清洗、烘干、稱重、拍照步驟。重復氣蝕步驟，每次30min，同一試樣氣蝕總時間 應為4~5h。根據每次稱重的數據繪制空蝕量和空蝕速率曲線，對比不同材料的抗氣蝕性 能，調節(jié)出口調節(jié)閥門9-1以及開啟真空栗11可以改變空化數，可獲得試件在不同空化數下 的抗氣蝕性能。
[0030]所述實施例為本實用新型的優(yōu)選的實施方式，但本實用新型并不限于上述實施方 式，在不背離本實用新型的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見 的改進、替換或變型均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺，其特征在于，包括壓力容器罐（1)、離心栗 (2)、穩(wěn)壓罐(3)和空蝕發(fā)生裝置(4);所述壓力容器罐（1)的出水管路（1-9)通過第一管路 (5)連接離心栗(2)的進水口；所述離心栗(2)的出水口通過第二管路(6)連接穩(wěn)壓罐(3)的 進水口；所述穩(wěn)壓罐(3)的出水口通過第三管路(7)連接空蝕發(fā)生裝置(4)的進水口，所述空 蝕發(fā)生裝置(4)的出水口通過第四管路(8)連接第五管路(9);所述第五管路(9)連接壓力容 器罐（1)的進水管路（1-4);所述出水管路（1-9)和第一管路(5)之間設有進口調節(jié)閥門（5-1)，所述第五管路(9)和進水管路（1-4)之間設有出口調節(jié)閥門（9-1);所述第五管路(9)上 設有電磁流量計(9-2);所述第一管路(5)、第二管路(6)和第三管路(7)的測壓孔均分別連 接3個壓力變送器(502)的輸入端，所述壓力變送器(502)和電磁流量計(9-2)的輸出端通過 信號線連接栗TPA測試儀（10);所述栗TPA測試儀（10)的輸出端與計算機連接;所述壓力容 器罐(1)還連接有真空栗（11)，壓力容器罐(1)上設有真空表;所述離心栗(2)連接有電機變 頻器(12); 所述空蝕發(fā)生裝置(4)包括彼此連接的前面板(4-1)和后面板(4-2)，所述前面板(4-1) 的中心設有漸縮孔(4-5);所述后面板(4-2)對應于前面板(4-1) 一面的中間對稱開有兩個 矩形槽(4-4);所述第三管路(7)為漸縮管，直徑小的一端連接前面板(4-1)，直徑大的一端 連接穩(wěn)壓罐(3)。2. 根據權利要求1所述的一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺，其特征在于，所述前 面板(4-1)和后面板(4-2)均為圓形有機玻璃板，所述前面板(4-1)和后面板(4-2)之間設有 圓環(huán)形橡膠墊片(4-3)。3. 根據權利要求2所述的一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺，其特征在于，所述前 面板(4-1)和后面板(4-2)通過螺栓連接;所述后面板(4-2)上均布有4個出水口，分別經4個 第四管路(8)通過五通閥連接第五管路(9)的進口端。4. 根據權利要求3所述的一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺，其特征在于，所述第 五管路(9)為漸擴管，直徑小的一端連接第四管路(8)的出口，直徑大的一端連接進水管路 (1 _4)〇5. 根據權利要求1所述的一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺，其特征在于，所述壓 力容器罐（1)和穩(wěn)壓罐(3)均為不銹鋼材質;所述壓力容器罐（1)包括筒形罐體（1-1)、罐蓋 (1-2)、罐蓋吊環(huán)（1-3)、給水管路(1-5)、液位計（1-6)、撐腳（1-7)和排水管路(1-8);所述筒 形罐體(1-1)上部設有罐蓋(1-2)，所述罐蓋(1-2)頂部設有取壓孔，取壓孔上部設有中間帶 螺紋孔通孔的凸臺；所述罐蓋(1-2)上設有給水管路(1-5)和抽真空管路;所述筒形罐體(1-1)底部設有撐腳(1-7)和排水管路(1-8);所述筒形罐體(1-1)側面設有液位計(1-6)。6. 根據權利要求5所述的一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺，其特征在于，所述筒 形罐體（1-1)罐身為圓筒形、底部為球殼形，筒形罐體（1-1)的壁厚為5mm，負壓最大為-0.1 Mpa; 3個撐腳(1-7)均布焊接在筒形罐體(1-1)底部。7. 根據權利要求5所述的一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺，其特征在于，所述壓 力容器罐（1)的抽真空管路通過PVC鋼絲軟管與真空栗（11)的栗入口連接;所述抽真空管路 上設有抽真空快開閥門（11-1)。8. 根據權利要求1所述的一種用于測量材料抗氣蝕性能的試驗臺，其特征在于，所述離 心栗(2)為NIS050-32-200型單級離心栗;所述的電磁流量計(9-2)型號為DKS-LDE智能一體 式電磁流量計;所述真空表的型號為YZ-100BF型;所述的真空栗（11)為XD型旋片式真空栗， 抽氣速率為40m3/h，極限真空200Pa。
【文檔編號】G01N3/56GK205580907SQ201620093395
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】劉厚林, 邵昌, 王勇, 談明高, 王凱, 董亮
【申請人】江蘇大學