专利名称：测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新 型属于防止材料空蚀和磨蚀破坏技术领域，具体的说是一种测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置。
背景技术：
空蚀是在一定的环境温度条件下，液体介质中因局部压力变化致使空泡形成和溃灭，材料连续受到高压、高速微射流冲击作用产生的表面破坏。火力发电厂的燃气涡轮机和水电站的水轮机等常因空蚀引起局部早期失效而导致效率降低、使用寿命降低和设备检修费用大大增加，造成十分惊人的能源和材料损失。此外，由于我国长江、黄河等流域生态环境恶化，水土流失严重，水中含沙量高，水轮机叶片、船舶螺旋桨和高压阀门等水力机械过流部件的表面空蚀破坏因迭加泥沙冲刷磨损(磨蚀)而加剧。例如，某水电站水轮机空蚀破坏严重，每2年就要大修一次，全厂11台机组检修费高达660万元，加上汛期停止发电的损失，成本是相当惊人的。空蚀和磨蚀破坏是水力发电设备普遍存在和极为关注的问题。空蚀和磨蚀涉及材料力学性能和流动条件，如材料的硬度、抗疲劳性能、环境流体的速度、压力等诸多因素。材料抗空蚀和磨蚀的能力通常用空蚀和磨蚀稳定性表示。研究材料的抗空蚀、磨蚀性能通常用两种方式，一种是对某种材料进行现场原型实验，但试验历时较长，也不经济，同时由于现场环境的复杂性，困难较大；另一种是利用室内试验设备进行室内试验，在有条件时将其结果与现场资料进行对比。目前，向水中掺气以减免空蚀的方法已在工程中广泛采用，有的通过对过流面的掺气的确起到了减免空蚀的效果。但是，掺气减蚀的效果直接与掺气浓度有关，当掺气浓度低于临界免蚀掺气浓度时将达不到最佳的减蚀效果。因此，对于各种材料的临界免蚀掺气浓度值的测量尤为重要。此外，掺气对于减免材料的空蚀与磨蚀共同作用的效果目前还研究较少。现有的试验方法都是单独研究材料在水体不掺气条件下的抗空蚀和磨蚀性能，缺乏水体掺气对减免材料空蚀和磨蚀作用共同迭加破坏的研究。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对以上现有技术存在缺点，提出一种测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，可用以研究水体掺气对材料空蚀和磨蚀破坏的防护作用。本实用新型解决以上技术问题的技术方案是测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，包括缩放型空蚀磨蚀发生器和水库，缩放型空蚀磨蚀发生器内装有检测器件，水库通过水泵连接至缩放型空蚀磨蚀发生器的进水口，缩放型空蚀磨蚀发生器的进水口还通过通气管连接空压机。本实用新型进一步限定的技术方案是前述的测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，通气管上设有阀门和流量计。[0010]前述的测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，缩放型空蚀磨蚀发生器的进水口和出水口处都设有压力表。前述的测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，缩放型空蚀磨蚀发生器的进水管和出水管上都设有阀门；缩放型空蚀磨蚀发生器的进水管上设有流量计。前述的 测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，缩放型空蚀磨蚀发生器上接有真空表。本实用新型的优点是本实用新型利用减小局部过流面的缩放型空蚀磨蚀发生器增加流体的局部流速，使其在测试材料表面产生空蚀和磨蚀破坏，在空蚀和磨蚀试验过程中，测试材料所处流体为水、气混合体或者为水、气、泥沙混合体。本实用新型可用于不同材料的抗空蚀、磨蚀性能研究进行抗空蚀、耐磨蚀的新材料开发，也可用于高流速水力机械或泄水建筑物的掺气减蚀防护。

图1为缩放型空蚀磨蚀发生器的剖面图。图2为带有掺气设施的缩放型空蚀磨蚀发生器的剖面图。图3为本实用新型实施例一的连接示意图。图4为本实用新型实施例二的连接示意图。
具体实施方式
图1为缩放型空蚀磨蚀发生器的剖面图，F为水流流向；A为气流流向，缩放型空蚀磨蚀发生器1通过局部收缩减小过流面积，在喉管处过流面积最小，试验时高速水流在工作段喉部断面形成减压，当其压强将到临界压强以下时该处可以产生空穴，形成有主流的空化，在检测器件2表面产生空蚀破坏。如果所处流体为清水，则试件表面会受到空蚀破坏；如果所处流体为水沙混合体，则试件表面会受到空蚀和磨蚀共同作用。如图2所示，在缩放型空蚀磨蚀发生器1上游增加了掺气管3向水体掺气，用以研究试件在水流掺气对试件空蚀强度的影响或者对空蚀、磨蚀共同作用强度的影响及临界掺气浓度。含有低浓度气泡的水流在缩放型空蚀发生器1中可以使检测器件2空蚀强度减弱，当水中气泡浓度足够高时，检测器件2将完全免受空蚀破坏，使得试件免除空蚀破坏的最低掺气浓度值即为试件材料在试验工况下的临界免蚀掺气浓度。实施例1本实施例为一种测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，如图3所示，F为水流流向；A为气流流向，包括缩放型空蚀磨蚀发生器1和水库9，缩放型空蚀磨蚀发生器1内装有检测器件2，水库9通过水泵4连接至缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水口， 缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水口还通过通气管3连接空压机10。通气管3上设有阀门5 和流量计6 ；缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水口和出水口处都设有压力表7 ；缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水管和出水管上都设有阀门5 ；缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水管上设有流量计6 ；缩放型空蚀磨蚀发生器1上接有真空表8。本实施例用以研究水体掺气对材料空蚀破坏的减免作用以及临界免蚀掺气浓度，水库9中为清水。通气管3采用空压机10向水中掺气，通气量由流量计6读出，缩放型空蚀发生器1中的水流流量与流速通过阀门5调节，流量通过流量计6读出，试验断面的流速根据流量和相应断面面积计算得到，掺气浓度根据通气量和水流量之比计算得到。在试验过程中，调节相关装置使得掺气浓度分别为C1，C2，C3，…，Cn，进行实验。 在试验结束后取下试件进行质量测定；先用清洗液清洗，然后烘干，待自然冷却至室温时， 置于高精度的电子分析天平上称重，检测试件是否有空蚀或磨蚀；根据试验实测数据，可以得到试件失质量与掺气浓度以及运行试验时间的关系曲线，即可得到该试件在不同掺气浓度下的抗空蚀性能参数。水库中水体为清水，使得试件在试验结束后失质量为零的最低掺气浓度值即为试件材料在试验工况下的临界免蚀掺气浓度。
实施例2本实施例为一种测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，如图4所示，F为水流流向；A为气流流向，包括缩放型空蚀磨蚀发生器1和水库9，缩放型空蚀磨蚀发生器1内装有检测器件2，水库9通过水泵4连接至缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水口， 缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水口还通过通气管3连接空压机10。通气管3上设有阀门5 和流量计6 ；缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水口和出水口处都设有压力表7 ；缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水管和出水管上都设有阀门5 ；缩放型空蚀磨蚀发生器1的进水管上设有流量计6 ；缩放型空蚀磨蚀发生器1上接有真空表8。本实施例用以研究水体掺气对材料空蚀和磨蚀共同作用破坏的减免作用，水库9中为含泥沙水体。本实施例的试验方法同实施例一，根据试验实测数据，可以得到该试件在不同掺气浓度下的抗空蚀、磨蚀性能参数。水库中为含泥沙水体，使得试件在试验结束后失质量为常数的最低掺气浓度值即为试件材料在试验工况下的临界免蚀掺气浓度。本实用新型还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。
权利要求1.测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，其特征在于包括缩放型空蚀磨蚀发生器和水库，所述缩放型空蚀磨蚀发生器内装有检测器件，所述水库通过水泵连接至所述缩放型空蚀磨蚀发生器的进水口，所述缩放型空蚀磨蚀发生器的进水口还通过通气管连接空压机。
2.如权利要求1所述的测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，其特征在于所述通气管上设有阀门和流量计。
3.如权利要求1所述的测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，其特征在于所述缩放型空蚀磨蚀发生器的进水口和出水口处都设有压力表。
4.如权利要求1所述的测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，其特征在于所述缩放型空蚀磨蚀发生器的进水管和出水管上都设有阀门；所述缩放型空蚀磨蚀发生器的进水管上设有流量计。
5.如权利要求1所述的测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，其特征在于所述缩放型空蚀磨蚀发生器上接有真空表。
专利摘要本实用新型属于防止材料空蚀和磨蚀破坏技术领域，是一种测量材料抗空蚀磨蚀性能和临界免蚀掺气浓度的装置，包括缩放型空蚀磨蚀发生器和水库，缩放型空蚀磨蚀发生器内装有检测器件，水库通过水泵连接至缩放型空蚀磨蚀发生器的进水口，缩放型空蚀磨蚀发生器的进水口还通过通气管连接空压机。本实用新型利用减小局部过流面的缩放型空蚀磨蚀发生器增加流体的局部流速，使其在测试材料表面产生空蚀和磨蚀破坏，在空蚀和磨蚀试验过程中，测试材料所处流体为水、气混合体或者为水、气、泥沙混合体。本实用新型可用于不同材料的抗空蚀、磨蚀性能研究进行抗空蚀、耐磨蚀的新材料开发，也可用于高流速水力机械或泄水建筑物的掺气减蚀防护。
文档编号G01N5/04GK202166579SQ20112027173
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者严秀俊, 冯中华, 王河生, 胡亚安, 阮士平 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院