專利名稱：一種恒壓水射流空蝕試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于流體機械中的空蝕技術領域，具體涉及一種用于材料抗空蝕性能試驗的恒壓水射流空蝕裝置，能實現不同的射流速度和射流距離時，對多組試樣材料進行空蝕試驗。
背景技術：
空蝕是指空泡潰滅形成沖擊波或微射流，沖擊壁面造成材料損壞的過程。當前，隨著艦船、水輪機、高速軸承、流體泵、螺旋槳等流體機械產品不斷向高速、大功率方向發展，微射流空蝕問題變得更加突出，這些都對材料的抗空蝕性能提出了更高要求，抗空蝕材料研究及應用成為關鍵。 國際上公認的用于小試樣材料的抗空蝕性能試驗的裝置包括文丘里管空蝕裝置、振動空蝕裝置、旋轉圓盤空蝕裝置、空化隧洞試驗裝置等。其中，文丘里管空蝕裝置與空化隧洞試驗裝置主要用于模擬管道內流體對材料的空蝕破壞，而相比之下，旋轉圓盤空蝕裝置與振動空蝕裝置的應用更為普遍，分別用于模擬高速旋轉流體機械和高頻振動工況下空蝕破壞過程；對于旋轉圓盤空蝕裝置，又分為立式和臥式兩種，都是在圓盤上特定的徑向位置設置凹槽或安裝凸起物作為氣泡的產生源，并在空蝕位置安裝標準試樣，通過控制圓盤在水中的轉速模擬空蝕過程，此裝置操作簡單方便，然而高速旋轉時易產生劇烈顫振和大的旋轉離心力，無法進行高流速的材料空蝕試驗；對于振動空蝕裝置，美國材料工程學會已專門制訂ASTM G32標準，但是，該裝置也只能模擬高頻壓力脈動造成的空蝕破壞。而且，對于性能優異的陶瓷材料，旋轉圓盤空蝕裝置與振動空蝕裝置的空蝕率都很低，不能即時的對陶瓷材料的抗空蝕性能做出評價。20世紀末，一種噴射沖擊試驗方法已經被提出，即用高速液流垂直噴射試樣表面，該方法周期短，流速高，見效快。目前，國內一些專利已經涉及到這種射流空蝕試驗裝置CN1900685A專利公開高速含沙水流水利工程材料的抗沖耐磨試驗裝置，CN101451940A公開多功能液下噴射式空蝕試驗裝置，用于模擬不同深度海水環境中材料的空蝕和沖蝕試驗；CN101806691A與CN2672646Y均采用帶升降裝置的立式射流結構，對材料的抗空蝕性能進行試驗。以上專利存在如下缺陷1)多用壓力控制閥來調節泵的供給壓力，調節精度差，易造成噴嘴射流區的壓力脈動，對空化數的表征不夠精確；2)未提及射流噴嘴材料，而普通的不銹鋼噴嘴射流空蝕時壽命短；3)不能一次對多組試樣進行空蝕試驗，效率低；4)前兩個專利主要模擬海水或含沙水的沖蝕過程，裝置的通用性不強，后兩個專利使用升降裝置調節噴嘴與試樣的距離，使得結構過于復雜。
發明內容
本發明克服了上述試驗裝置存在的缺陷，提供了一種簡單通用的恒壓水射流空蝕試驗裝置，該裝置由恒壓變頻供水設備提供高壓水，由隔膜壓力罐消除壓力脈動，利用陶瓷材料的小孔射流噴嘴產生高沖擊力、長距離的高速射流(由“滴水穿石”原理，當射流沖擊試樣表面時容易造成射流空蝕破壞)，并且通過變頻水泵控制噴嘴射流速度以及通過螺紋副調節射流距離，能對多組材料進行不同空蝕度的空蝕試驗。本發明采用的技術方案為一種恒壓水射流空蝕試驗裝置，包括回水箱、供水設備、壓力罐、底座、底板、射流室、噴嘴固定管、射流噴嘴、硅膠平墊密封圈、透明有機玻璃板、壓緊頂板、試樣、試樣固定管和排水法蘭，所述射流室上端面安裝有透明有機玻璃板，透明有機玻璃板上設有壓緊頂板，射流室下端面安裝有底板，底板安裝在底座上，所述噴嘴固定管及試樣固定管均安裝于射流室管壁上，所述射流噴嘴設在噴嘴固定管上，所述試樣設在試樣固定管上，試樣與射流噴嘴的位置相向正對應，所述射流噴嘴與供水設備相通，所述射流室通過硅膠平墊密封圈進行整體密封，所述底板下方安裝有排水法蘭，排水法蘭連通回水箱，回水箱連通所述供水設備，供水設備又分別與壓力罐及噴嘴固定管連接。作為優選，所述供水設備為恒壓變頻供水設備，可以在額定壓力范圍內，任意調節供水壓力以實現不同的水射流速度，能進行不同空蝕度的試驗研究。
作為優選，所述壓力罐為不銹鋼外殼的隔膜式壓力罐，可以有效消除噴嘴射流區的壓力脈動，以精確表征空蝕區域的空化條件。作為優選，所述噴嘴固定管及試樣固定管均采用螺紋副安裝于射流室內，試樣固定管上安裝有手輪，通過手輪驅動螺紋副旋轉調節射流噴嘴與試樣之間的水平距離，以進行不同程度的空蝕破壞試驗。作為優選，所述射流噴嘴為陶瓷射流實心錐型噴嘴，壽命長，能產生高速、高沖擊力的錐形射流區域。作為優選，所述射流室內安裝有多組射流噴嘴，各個射流噴嘴之間通過隔板分隔，分別在其正對面安裝對應的試樣材料，能夠一次對多組試樣進行射流空蝕試驗以提高效率。本發明裝置空蝕室密封良好，排水順暢，無漏水現象，試驗中噴嘴孔口形成的錐形射流沖擊試樣表面，造成圓形的空蝕破壞區域，采用測溫儀定時測量射流空蝕工況下射流入口及出口水的溫升，并采用壓力表和流量表測量供給水路中的流量和壓力，從而獲得噴嘴的射流速度，試驗畢后，取出試樣，采用掃描電鏡方式，測量試樣表面的空蝕形貌。有益效果本發明射流試驗裝置結構緊湊合理，試樣拆卸靈活簡便；通過調節射流速度和射流距離，能對多組試樣材料進行不同空蝕度的試驗，通用性強；與傳統的旋轉圓盤空蝕裝置及振動空蝕裝置相比，本發明裝置周期短，流速高，更容易在短時間內對材料的抗空蝕性能進行評價。
圖I為本發明試驗裝置的結構示意 圖2為圖I的側視圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明。如圖I和2所示一種恒壓水射流空蝕試驗裝置，恒壓變頻供水設備2為兩臺立式泵的供水設備2DRL2-22，連接隔膜壓力罐14，分兩路分別與兩個射流噴嘴8連通，之間設有隔板17，射流噴嘴8采用2012GG系列SiC陶瓷材料的射流實心錐型噴嘴，噴嘴孔徑為
0.8-2mm，噴嘴采用G1/8的密封管螺紋，安裝于左右兩個噴嘴固定管7上，而噴嘴固定管7及試樣固定管13均采用細牙螺紋副安裝于射流室6管壁上，試樣固定管13上安裝有手輪16，射流室6采用規格為232X17的鋁管型材，上端面安裝有透明有機玻璃板10和壓緊頂板11，下端面安裝有底板5，底板5安裝在底座3上，通過雙頭螺柱、螺母壓緊硅膠平墊密封圈9對整個射流室6進行密封，底板5的下方安裝有排水法蘭19，連通回水箱I及恒壓變頻供水設備2。空蝕試驗時，預先通過恒壓變頻供水設備2設定供水壓力，啟動水泵后，回水箱I中的水被吸入恒壓變頻供水設備2及壓力罐14，然后以恒定的壓力分別泵入兩個噴嘴固定管7及兩個射流噴嘴8，在密封的射流室6形成兩股高速射流，分別沖擊安裝在兩個試樣固定管13上的兩個試樣12，試驗過程中的，可以透過透明有機玻璃板10監控射流室6內部的射流空蝕狀況，沖蝕完畢后的水經過排水法蘭19流回回水箱1，并又被吸入恒壓變頻供水 設備2實現水資源的循環利用，試驗完畢后關閉水泵，打開頂部壓緊頂板11以取出或更換試樣12。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種恒壓水射流空蝕試驗裝置，其特征在于包括回水箱、供水設備、壓力罐、底座、底板、射流室、噴嘴固定管、射流噴嘴、硅膠平墊密封圈、透明有機玻璃板、壓緊頂板、試樣、試樣固定管和排水法蘭，所述射流室上端面安裝有透明有機玻璃板，透明有機玻璃板上設有壓緊頂板，射流室下端面安裝有底板，底板安裝在底座上，所述噴嘴固定管及試樣固定管均安裝于射流室管壁上，所述射流噴嘴設在噴嘴固定管上，所述試樣設在試樣固定管上，試樣與射流噴嘴的位置相向正對應，所述射流噴嘴與供水設備及壓力罐相通，所述射流室通過硅膠平墊密封圈進行整體密封，所述底板下方安裝有排水法蘭，排水法蘭連通回水箱，回水箱連通所述供水設備。
2.根據權利要求I所述的一種恒壓水射流空蝕試驗裝置，其特征在于所述供水設備為可調節射流速度的恒壓變頻供水設備。
3.根據權利要求I所述的一種恒壓水射流空蝕試驗裝置，其特征在于所述壓力罐為可消除噴嘴射流區的壓力脈動的不銹鋼外殼的隔膜式壓力罐。
4.根據權利要求I所述的一種恒壓水射流空蝕試驗裝置，其特征在于所述噴嘴固定管及試樣固定管均采用螺紋副安裝于射流室內，試樣固定管上安裝有手輪。
5.根據權利要求I所述的一種恒壓水射流空蝕試驗裝置，其特征在于所述射流噴嘴為陶瓷射流實心錐型噴嘴。
6.根據權利要求I所述的一種恒壓水射流空蝕試驗裝置，其特征在于所述射流室內安裝有多組射流噴嘴，各個射流噴嘴之間通過隔板分隔。
全文摘要
本發明公開了一種恒壓水射流空蝕試驗裝置，包括回水箱、恒壓變頻供水設備、壓力罐、底座、底板、射流室、噴嘴固定管、射流噴嘴、硅膠平墊密封圈、透明有機玻璃板、壓緊頂板、試樣、試樣固定管和排水法蘭，所述射流室上端面安裝有透明有機玻璃板，透明有機玻璃板上設有壓緊頂板，射流室下端面安裝有底板，底板安裝在底座上，所述噴嘴固定管及試樣固定管均安裝于射流室管壁上，所述射流噴嘴設在噴嘴固定管上，所述試樣設在試樣固定管上，試樣與射流噴嘴的位置相向正對應，所述射流噴嘴與恒壓變頻供水設備及隔膜壓力罐相通。本發明射流試驗裝置結構緊湊合理，試樣拆卸靈活簡便，通過調節射流速度和射流距離，能對多組試樣材料進行不同空蝕度的試驗，通用性強。
文檔編號G01N3/56GK102735560SQ20121023338
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月6日 優先權日2012年7月6日
發明者程峰, 蔣書運 申請人:東南大學