一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种测量材料抗气蚀性能试验台，包括压力容器罐、离心泵、稳压罐和空蚀发生装置；压力容器罐、离心泵、稳压罐、空蚀发生装置之间通过管路连接构成循环回路；管路上所设的测压孔分别连接压力变送器的输入端，压力变送器和电磁流量计的输出端通过信号线连接泵TPA测试仪；泵TPA测试仪的输出端与计算机连接；空蚀发生装置包括彼此连接的前面板和后面板，前面板的中心设有渐缩孔；后面板对应于前面板一面的中间对称开有两个矩形槽；与前面板连接的管路为渐缩管，直径小的一端连接前面板，直径大的一端连接稳压罐。本实用新型利用孔板射流原理测试材料的抗气蚀性能，操作容易、测量精度较高。
【专利说明】
一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台
技术领域
[0001] 本实用新型属于流体机械实验领域，尤其是涉及一种用于测量材料抗气蚀性能的 试验台。
【背景技术】
[0002] 空蚀也称气蚀，是指当液体在与固体表面接触处的压力低于它的饱和蒸汽压力 时，将在固体表面附近形成气泡。另外，溶解在液体中的气体也可能析出而形成气泡。随后， 当气泡流动到液体压力超过气泡压力的地方时，气泡便溃灭，在溃灭瞬时产生极大的冲击 力和高温。固体表面经受这种冲击力的多次反复作用，材料发生疲劳脱落，使表面出现小凹 坑，进而发展成海绵状。严重的其实可在表面形成大片的凹坑，甚至穿孔。空蚀的程度以空 蚀强度来衡量。空蚀强度常用单位时间内材料的减重、减容、穿孔数和表面粗糙度变化作为 特征量。空化空蚀是以液体为介质的栗、水轮机、水栗水轮机以及螺旋桨等透平机械的两个 特有流体力学问题之一。为了保证水力机械的正常运转，需要对空化和空蚀采取防护措施， 除了提高水力机械本身的空化性能外，还需要对材料的抗空化空蚀性能进行研究，即要尽 量选用抗空蚀性能良好的材料，尤其是在叶片及其他易遭受空蚀破坏的零部件，选用抗空 蚀性能良好的材料是很重要而有效的防护空蚀侵蚀的措施。现有技术中有利用超声波气蚀 实验机直接在材料表面产生空蚀破坏来测试材料的抗气蚀性能，但其存在造价昂贵，且适 用性较差的不足。 【实用新型内容】
[0003] 针对现有技术中存在不足，本实用新型提供了一种用于测量材料抗气蚀性能的试 验台，利用孔板射流原理测试材料的抗气蚀性能，操作容易、测量精度较高。
[0004] 本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0005] -种测量材料抗气蚀性能试验台，包括压力容器罐、离心栗、稳压罐和空蚀发生装 置;所述压力容器罐的出水管路通过第一管路连接离心栗的进水口；所述离心栗的出水口 通过第二管路连接稳压罐的进水口；所述稳压罐的出水口通过第三管路连接空蚀发生装置 的进水口，所述空蚀发生装置的出水口通过第四管路连接第五管路;所述第五管路连接压 力容器罐的进水管路;所述出水管路和第一管路之间设有进口调节阀门，所述第五管路和 进水管路之间设有出口调节阀门；所述第五管路上设有电磁流量计;所述第一管路、第二管 路和第三管路的测压孔均分别连接3个压力变送器的输入端，所述压力变送器和电磁流量 计的输出端通过信号线连接栗TPA测试仪;所述栗TPA测试仪的输出端与计算机连接;所述 压力容器罐还连接有真空栗，压力容器罐上设有真空表;所述离心栗连接有电机变频器；
[0006] 所述空蚀发生装置包括彼此连接的前面板和后面板，所述前面板的中心设有渐缩 孔;所述后面板对应于前面板一面的中间对称开有两个矩形槽;所述第三管路为渐缩管，直 径小的一端连接前面板，直径大的一端连接稳压罐。
[0007] 进一步的，所述前面板和后面板均为圆形有机玻璃板，所述前面板和后面板之间 设有圆环形橡胶垫片。
[0008] 进一步的，所述前面板和后面板通过螺栓连接;所述后面板上均布有4个出水口， 分别经4个第四管路通过五通阀连接第五管路的进口端。
[0009] 进一步的，所述第五管路为渐扩管，直径小的一端连接第四管路的出口，直径大的 一端连接进水管路。
[0010]进一步的，所述压力容器罐和稳压罐均为不锈钢材质；所述压力容器罐包括筒形 罐体、罐盖、罐盖吊环、给水管路、液位计、撑脚和排水管路;所述筒形罐体上部设有罐盖，所 述罐盖顶部设有取压孔，取压孔上部设有中间带螺纹孔通孔的凸台；所述罐盖上设有给水 管路和抽真空管路;所述筒形罐体底部设有撑脚和排水管路;所述筒形罐体侧面设有液位 计。
[0011]进一步的，所述筒形罐体罐身为圆筒形、底部为球壳形，筒形罐体的壁厚为5mm，负 压最大为IMpa;3个撑脚均布焊接在筒形罐体底部。
[0012] 进一步的，所述压力容器罐的抽真空管路通过PVC钢丝软管与真空栗的栗入口连 接;所述抽真空管路上设有抽真空快开阀门。
[0013] 进一步的，所述离心栗为NIS050-32-200型单级离心栗;所述的电磁流量计型号为 DKS-LDE智能一体式电磁流量计;所述真空表的型号为YZ-100BF型;所述的真空栗为XD型旋 片式真空栗，抽气速率为40m3/h，极限真空200Pa。
[0014] 本实用新型的有益效果：
[0015] 本实用新型所述的一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，利用孔板射流原理制 得空蚀发生装置，并将其与压力容器罐、离心栗和稳压罐通过管路连接构成循环回路，进而 实现材料抗气蚀性能的测试;通过该试验台对测量的抗汽蚀性能进行测试，与现有的振动 空蚀方法相比，更加贴近实际，能真实的反映不同空化数σ下水力机械内部发生的空化空蚀 对材料表面的破坏作用，可同时进行不同材料的空蚀试验，对比不同材料的抗空蚀性能试 验;该试验台结构简单、安装方便、适用范围广、操作容易、精度较高。
【附图说明】
[0016] 图1为本实用新型用于测量材料抗气蚀性能的试验台的结构示意图。
[0017] 图2为空蚀发生装置的结构示意图。
[0018]附图标记说明如下：
[0019] 1-压力容器罐，2-离心栗，3-稳压罐，4-空蚀发生装置，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测试仪，11-真空栗，12-电机变频器，1-1-筒形罐体，1 _2-罐盖，1-3-罐盖吊环，1-4 -进水管路，1-5-给水管路，IH仪位计，1-7 -撑脚， 1-8-排水管路，1-9-出水管路，4-1-前面板，4-2-后面板，4-3-圆环形橡胶垫片，4-4-矩形 槽，4-5-渐缩孔，5-1-进口调节阀门，5-2-压力变送器，9-1-出口调节阀门，9-2-电磁流量 计，11-1-抽真空快开阀门。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保 护范围并不限于此。
[0021] 如图1所示，一种测量材料抗空蚀性能试验台，包括压力容器罐1、离心栗2、稳压罐 3和空蚀发生装置4;压力容器罐1和稳压罐3均为不锈钢材质;所述压力容器罐1包括筒形罐 体1-1、罐盖1-2、罐盖吊环1-3、进水管路1-4、给水管路1-5、液位计1-6、撑脚1-7、排水管路 1-8和出水管路1-9;所述筒形罐体1-1的罐身为圆筒形、底部为球壳形，两部分焊接在一起； 筒形罐体1-1的壁厚参照GB150-2011《压力容器》，负压最大为-0.1 MPa，容器壁厚不包含腐 蚀裕量为3_，该容器正常实验工况下介质为水，故确定腐蚀裕量为1_，同时考虑到焊接及 结构设计，确定最终罐体壁厚为5mm;筒形罐体1-1上部设有罐盖1-2,所述罐盖1-2顶部设有 取压孔，直径d = 2~6mm，取压孔上部设有中间带螺纹孔通孔的凸台，当需要吊装时，可通过 罐盖吊环1-3下部的螺栓杆装入螺纹孔中进行吊装；当需要测压力容器罐1压力时，可安装 真空表于凸台的螺纹孔中，真空表型号可以为YZ-100BF型。
[0022] 所述罐盖1-2的两侧还分别设有给水管路1-5和抽真空管路，抽真空管路通过PVC 钢丝软管与真空栗11连接;接口处用金属卡箍拧紧防止漏气，真空栗11需通过地脚螺栓固 定在地面上，真空栗11为XD型旋片式真空栗，抽气速率为40m 3/h，极限真空200Pa;给水管路 1-5主要通过将外来水源注入压力容器罐1中；筒形罐体1-1的一侧面竖直设有液位计1-6， 其量程需大于压力容器罐1储液的最大高度。筒形罐体1-1的另一侧面上部设有进水管路1-4,下部设有出水管路1-9。筒形罐体1-1的底部焊接有均布的3个不锈钢材料的撑脚1-7,钢 材厚度为8mm。
[0023] 所述压力容器罐1的出水管路1-9通过第一管路5连接离心栗2的进水口；所述离心 栗2的出水口通过第二管路6连接稳压罐3的进水口；离心栗2为NIS050-32-200型单级离心 栗;所述稳压罐3的出水口通过第三管路7连接空蚀发生装置4的进水口，所述空蚀发生装置 4的出水口通过第四管路8连接第五管路9;所述第五管路9连接压力容器罐1的进水管路ΙΑ; 所述出水管路 1-9 和第一管路 5 之间是设有进口调节阀门 5-1，所述第五管路 9 和进水管路 1-4之间设有出口调节阀门9-1;所述第五管路9上设有电磁流量计9-2，电磁流量计9-2为 DKS-LDE智能一体式电磁流量计;所述第一管路5、第二管路6和第三管路7的测压孔均分别 连接3个压力变送器的输入端，连接处用细铁丝扎紧保证气密性，所述压力变送器的输出端 通过信号线与栗TPA测试仪连接，将压力信号转变为电信号;所述栗TPA测试仪10的输出端 与计算机连接;所述离心栗2还连接有电机变频器12,所述电磁流量计9-2的输出端通过信 号线连接栗TPA测试仪10,将流量信息传递至栗TPA测试仪10;栗TPA测试仪10带有数显功 能，可以直接读出压力跟流量的值。
[0024] 如图2所示，所述空蚀发生装置4包括彼此螺纹连接的前面板4-1和后面板4-2,前 面板4-1和后面板4-2均为圆形有机玻璃板，所述前面板4-1和后面板4-2之间设有圆环形橡 胶垫片4-3，所述前面板4-1的中心设有渐缩孔4-5;所述后面板4-2对应于前面板4-1 一面的 中间对称开有两个矩形槽4-4，两者之间间距为前面板4-1中心孔直径，尺寸为38mm*16mm* 4mm，用来放置试验材料样块，两个矩形槽4-4中可以依据实验需求放置相同材料试样或者 不同材料的试样，试验材料需要加工成尺寸为38mm* 1的标准样块;所述第三管路7 为渐缩管，直径小的一端连接前面板4-1的渐缩孔，直径大的一端连接稳压罐3;所述后面板 4-2上均布有4个出水口，分别经4个第四管路8(即金属软管段)通过五通阀连接第五管路9 的进口端，所述第五管路9为渐扩管，直径小的一端连接第四管路8的出口，直径大的一端连 接进水管路1-4。
[0025] 工作过程：
[0026] 试验前先清洗被测试材料样块，放置在鼓风式干燥箱中，105°C下烘干Ih后并冷却 至常温，取出样块放置到电子分析天平中称重并记录，称重后对试件进行拍照。检查各仪表 和传感器的接线，将被测试的材料放置在气蚀发生装置后面板4-2的矩形槽4-4内，将进口 调节阀门5-1全开，关闭出口调节阀门9-1，调节电机变频器12使频率为50HZ，确保离心栗2 的转速为额定转速，缓慢打开出口调节阀门9-1使得流量达到要求值直至气蚀发生装置前 面板4-1的中心圆孔处发生理想范围的气蚀现象，读取并记录各个压力变送器和电磁流量 计9-2的数值;根据气蚀发生装置前面板4-1中心圆孔的直径计算流速，根据空化数公式
[0027]
[0028] 式中，poo和Voo分别为液体的来流压力和流速;P为液体密度;Pv为液体在环境温度 下的饱和蒸气压。将上述所测数据代人公式中可以求的此时的空化数σ;持续气蚀30min后 关闭电源，拆下气蚀发生装置并取出测试材料，用流动清水冲洗干净，需要注意的是，对测 试材料进行操作的时候需要佩戴橡胶手套，冲洗干净后，放置在鼓风式干燥箱中，105 °C下 烘干Ih后并冷却至常温，取出样块放置到电子分析天平中称重并记录，称重后对试件进行 拍照。
[0029]同样工况下，再次将试件样块放置在气蚀反生装置中持续气蚀30min，气蚀完成后 再次重复上述清洗、烘干、称重、拍照步骤。重复气蚀步骤，每次30min，同一试样气蚀总时间 应为4~5h。根据每次称重的数据绘制空蚀量和空蚀速率曲线，对比不同材料的抗气蚀性 能，调节出口调节阀门9-1以及开启真空栗11可以改变空化数，可获得试件在不同空化数下 的抗气蚀性能。
[0030]所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方 式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见 的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，其特征在于，包括压力容器罐（1)、离心栗 (2)、稳压罐(3)和空蚀发生装置(4);所述压力容器罐（1)的出水管路（1-9)通过第一管路 (5)连接离心栗(2)的进水口；所述离心栗(2)的出水口通过第二管路(6)连接稳压罐(3)的 进水口；所述稳压罐(3)的出水口通过第三管路(7)连接空蚀发生装置(4)的进水口，所述空 蚀发生装置(4)的出水口通过第四管路(8)连接第五管路(9);所述第五管路(9)连接压力容 器罐（1)的进水管路（1-4);所述出水管路（1-9)和第一管路(5)之间设有进口调节阀门（5-1)，所述第五管路(9)和进水管路（1-4)之间设有出口调节阀门（9-1);所述第五管路(9)上 设有电磁流量计(9-2);所述第一管路(5)、第二管路(6)和第三管路(7)的测压孔均分别连 接3个压力变送器(502)的输入端，所述压力变送器(502)和电磁流量计(9-2)的输出端通过 信号线连接栗TPA测试仪（10);所述栗TPA测试仪（10)的输出端与计算机连接;所述压力容 器罐(1)还连接有真空栗（11)，压力容器罐(1)上设有真空表;所述离心栗(2)连接有电机变 频器(12); 所述空蚀发生装置(4)包括彼此连接的前面板(4-1)和后面板(4-2)，所述前面板(4-1) 的中心设有渐缩孔(4-5);所述后面板(4-2)对应于前面板(4-1) 一面的中间对称开有两个 矩形槽(4-4);所述第三管路(7)为渐缩管，直径小的一端连接前面板(4-1)，直径大的一端 连接稳压罐(3)。2. 根据权利要求1所述的一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，其特征在于，所述前 面板(4-1)和后面板(4-2)均为圆形有机玻璃板，所述前面板(4-1)和后面板(4-2)之间设有 圆环形橡胶垫片(4-3)。3. 根据权利要求2所述的一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，其特征在于，所述前 面板(4-1)和后面板(4-2)通过螺栓连接;所述后面板(4-2)上均布有4个出水口，分别经4个 第四管路(8)通过五通阀连接第五管路(9)的进口端。4. 根据权利要求3所述的一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，其特征在于，所述第 五管路(9)为渐扩管，直径小的一端连接第四管路(8)的出口，直径大的一端连接进水管路 (1 _4)〇5. 根据权利要求1所述的一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，其特征在于，所述压 力容器罐（1)和稳压罐(3)均为不锈钢材质;所述压力容器罐（1)包括筒形罐体（1-1)、罐盖 (1-2)、罐盖吊环（1-3)、给水管路(1-5)、液位计（1-6)、撑脚（1-7)和排水管路(1-8);所述筒 形罐体(1-1)上部设有罐盖(1-2)，所述罐盖(1-2)顶部设有取压孔，取压孔上部设有中间带 螺纹孔通孔的凸台；所述罐盖(1-2)上设有给水管路(1-5)和抽真空管路;所述筒形罐体(1-1)底部设有撑脚(1-7)和排水管路(1-8);所述筒形罐体(1-1)侧面设有液位计(1-6)。6. 根据权利要求5所述的一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，其特征在于，所述筒 形罐体（1-1)罐身为圆筒形、底部为球壳形，筒形罐体（1-1)的壁厚为5mm，负压最大为-0.1 Mpa; 3个撑脚(1-7)均布焊接在筒形罐体(1-1)底部。7. 根据权利要求5所述的一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，其特征在于，所述压 力容器罐（1)的抽真空管路通过PVC钢丝软管与真空栗（11)的栗入口连接;所述抽真空管路 上设有抽真空快开阀门（11-1)。8. 根据权利要求1所述的一种用于测量材料抗气蚀性能的试验台，其特征在于，所述离 心栗(2)为NIS050-32-200型单级离心栗;所述的电磁流量计(9-2)型号为DKS-LDE智能一体 式电磁流量计;所述真空表的型号为YZ-100BF型;所述的真空栗（11)为XD型旋片式真空栗， 抽气速率为40m3/h，极限真空200Pa。
【文档编号】G01N3/56GK205580907SQ201620093395
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】刘厚林, 邵昌, 王勇, 谈明高, 王凯, 董亮
【申请人】江苏大学