专利名称：一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量材料免蚀参数的方法，特别为一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法。
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。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。可见造成的损失很严重。
空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、压力等众多因素，是当今造船、水工、宇航、化工等工业发展的主要障碍。材料抗空蚀剥蚀的能力通常用空蚀稳定性表示。研究材料的抗空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，磁致伸缩仪是目前国际上广泛使用的测试材料空蚀稳定性的仪器。
目前，在液体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。但现在仍没有一种方法能测试材料在掺气措施下的空蚀稳定性，更不要说是测量其临界免蚀掺气浓度值。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述传统磁致伸缩仪存在的不足，提供一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法。
本发明的目的是这样实现的一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，利用磁致伸缩仪进行测量，其特征在于所述的测量材料在测量时其测试液为气液混合液。
本发明的目的还可以通过以下技术方案进一步实现前述的一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，根据试件试验要求确定所用磁致伸缩仪振动频率、振幅、功率，在测试液中掺入气体，掺气浓度分别为C1，C2，C3，…，CN时进行实验，所有试验均在相同试液温度下进行；根据试件测试要求确定一定的试验周期，在试验的不同时段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，置于精度大于等于0.1mg的电子分析天平上称重；根据试验实测数据，作出试件损失质量与掺气浓度和试验时间的关系曲线，即可得到该试件在实验温度下临界免蚀掺气浓度。
前述的一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，其特征在于所述的清洗溶液为丙酮溶液、汽油。
前述的一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，其特征在于所述的掺气浓度CN中的N为自然数。
由于采用以上方案，本发明很好的克服了原有磁致伸缩仪的不足，可以直接测量掺气情况下试件的空蚀稳定性，关键还可以测量在不同掺气浓度下试件的空蚀稳定性，具有一定的实用价值。
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制说明进行图示和解释，这些实施例仅作为例子给出的。
图1为本发明使用的具有掺气功能的磁致伸缩仪结构示意图。
图2为本发明第一个实施例的试件损失质量与掺气浓度、时间关系图。
图3为本发明第二个实施例的试件损失质量与掺气浓度、时间关系图。
图4为本发明第三个实施例的试件损失质量与掺气浓度、时间关系图。
图1中主要部件附图标记说明11镍振子12变幅杆 13试件14装有试液的容器21气泵 22控制阀23气压表24通气管 25气孔板26通气孔图2、图3中 未掺气 掺气浓度C1 掺气浓度C2 掺气浓度C3—— 掺气浓度C4图4中
未掺气 掺气浓度C5 掺气浓度C6 掺气浓度C7 掺气浓度C8具体实施方式
如图1、图2所示，一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，利用磁致伸缩仪进行测量，所述的测量材料在测量时其测试液为气液混合液。根据试件试验要求确定所用磁致伸缩仪振动频率、振幅、功率，在测试液中掺入气体，掺气浓度分别为C1，C2，C3，…，CN时进行实验，所述的掺气浓度CN中的N为自然数。所有试验均在相同试液温度下进行；根据试件测试要求确定一定的试验周期，在试验的不同时段取下试件进行质量测定；先用清洗液清洗，清洗溶液为丙酮溶液、汽油等，然后烘干，待自然冷却至室温时，置于精度值大于等于0.1mg的电子分析天平上称重；根据试验实测数据，作出试件失质量与掺气浓度和试验时间的关系曲线，即可得到该试件在实验温度下临界免蚀掺气浓度。所述实验用的磁致伸缩仪，包括磁化电源、超声波发生器、镍振子11、变幅杆12、试件13、装有试液的容器14，还含有掺气装置和气泡发生装置。磁化电源、超声波发生器、镍振子11组成产生高频振荡的设备，产生高频振荡的设备使变幅杆12产生轴向高频振动，带动试件13，使浸没在试液中的试件13产生空蚀破坏。掺气装置由气泵21、控制阀22、气压表23组成，通过通气管24与装有试液的容器14的底部连通。掺气装置可向装有试液的容器14中掺气，使本发明可测量掺气措施对减免材料空蚀的效果。由气泵21泵入气体，控制阀22控制气体的流量，由通气管24将气体通入装有试液的容器14中，起掺气作用，便可测试试件13在掺气作用下的空蚀稳定性。掺气装置中的控制阀22调节气体的流量，气压表23可以观察通入装有试液的容器14中气体的压力，通过控制阀22的调节和气压表23的压力显示，就可以得到想要通入装有试液的容器14中的气体浓度，比较不同掺气浓度下试件13的空蚀稳定性。在装有试液的容器14中还有气泡发生装置，气泡发生装置由气孔板25与通气孔26组成，通气孔26有一定的规格和排列方式，气体经过气泡发生装置后，气泡的大小可通过改变气孔板25与试件13的垂直距离来控制，气孔板25与试件13的垂直距离越大，到达试件13与试液接触面的气泡也越大，反之亦然。这样就可以测量不同掺气浓度下试件的空蚀稳定性，更好的模拟了实际产生空蚀的环境，因此能更好的运用到实际环境中去。
实施例一气孔板采用厚度为3mm的有机玻璃，气孔孔径0.15mm，开孔率49％，梅花形布置。
本实施例所用磁致伸缩仪的振动频率为19.3kHz，振幅为50μm，功率为1000W，试件为0Cr13Ni9Ti不锈钢，所用试液为水，如图1所示，在本发明的磁致伸缩仪装有试液的容器14中加入水，将0Cr13Ni9Ti不锈钢试件13装在磁致伸缩仪变幅杆12下端，调节试件13高度，使试件13刚好浸没在水中3mm，启动磁致伸缩仪，使试件13在水中轴向高频振动，由于磁致伸缩仪的振动频率为19.3kHz，振幅为50μm，功率为1000W，因此试件13振动频率也为19.3kHz，振幅也为50μm。试验周期为10h，每隔1小时取下试件13，先用丙酮溶液清洗，然后烘干，待自然冷却至室温时，置于精度值为0.1mg的电子分析天秤上称重，记下测量结果。直至该试件试验结束，换一个相同的试件，启动掺气装置，向装有试液的容器14内掺气，调节控制阀22，观察气压表23，使气压为P1＝0.001MPa，相应的掺气浓度为C1，在这个掺气浓度下按上述同样的方法，试验周期为10h，每隔1小时取下试件，用同样的方法测量试件质量，记下结果。重换相同的试件，重新调节控制阀22，在气压为P2＝0.0015MPa，相应的掺气浓度为C2时以同样方法测量试件的质量变化。再换相同的试件，再重新调节控制阀22，在气压为P3＝0.002MPa，掺气浓度为C3时以同样方法测量试件的质量变化。在控制阀22全开时，气压P4＝0.034MPa，掺气浓度为C4，以同样方法测量试件的质量变化，10小时后的质量损失为0。其中，由于阀门开度逐渐变大，气压P1＜P2＜P3＜P4，相应的掺气浓度值C1＜C2＜C3＜C4。气压PN下掺气浓度CN值采用掺气仪测量得到，根据多组测量数据可以拟合出这一系统的气压～掺气浓度的函数关系式，从而可以气压表读数直接计算出相应的掺气浓度。根据试验实测数据，作出了试件损失质量与掺气浓度和试验时间的关系曲线，见图2。由图2可知，掺气浓度越大，单位时间内质量损失约小，当达到某一临界值CX1时(C3＜CX1≤C4)，该试件将不会发生空蚀破坏，这一实验条件下的临界免蚀掺气浓度值CX1可以通过在C3、C4之间内插足够多次的试验得到。
实施例二试验设备同实施例一，试件材料为经过1000℃固液处理+600℃回火热处理的CrMnN不锈钢。试验方法和试验条件与实施例一完全相同。
根据试验实测数据，作出试件损失质量与掺气浓度和试验时间的关系曲线，见图3。掺气浓度值C1＜C2＜C3＜C4，与实施例一中对应相等。这一实验条件下的临界免蚀掺气浓度值CX2可以通过在C3、C4之间内插足够多次的试验得到。
实施例三拆除实施例一、二中气孔板25，采用微孔布气法掺气。掺气装置采用杭州蓝科环保科技有限公司的zy型可变微孔曝气器，合成橡胶膜片直径Φ200mm，曝气器尺寸Φ215mm，曝气器所发生的气泡直接≤3mm。其它试验条件、试件及方法步骤同实施例一。掺气浓度和试验时间的关系曲线如图4所示。
由于系统构造不同，在相同的气压下，掺气浓度与实施例一和二中的不相等。在气压表23的读数分别为P1＝0.001MPa，P2＝0.0015，P3＝0.002MPa，P4＝0.034MPa时，相应的的掺气浓度值为C5、C6、C7、C8。
这一实验条件下的临界免蚀掺气浓度值CX3可以通过在C7、C8之间内插足够多次的试验得到。
在实际工程中，使用与试件相同材料的设备，在与试验条件相同的工况下运行，只要设备与相同试液接触面处的掺气浓度大于等于临界掺气浓度CXn(n为自然数)，即可避免空蚀破坏，从而保证设备安全运行。
上述只是一种具有掺气功能的磁致伸缩仪。产生高频振荡的设备使变幅杆产生轴向高频振动，通过变幅杆使刚好浸没在试液中的试件轴向振动而产生空蚀破坏。掺气装置通过通气管与装有试液的容器连通，通气管插在装有试液的容器的下部，气体通过通气管就可以进入到浸没试件的溶液中，起到掺气作用，从而可测量掺气措施对减免材料空蚀的效果。通过改变进气的浓度，也可以进一步测量不同掺气浓度下试件的空蚀稳定性。由于气泡发生装置的存在，气体通过气泡发生装置后，气泡的大小就可以得到改变，这样就可以进行不同掺气浓度、不同气泡大小情况下试件空蚀稳定性的测量，从而可以确定材料的临界免蚀掺气浓度。
除上述实例外，本发明还可以有另外的实施方式。凡采用同等替换或等效变换在试件和试液接触面掺气的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，利用磁致伸缩仪进行测量，其特征在于所述的测量材料在测量时其测试液为气液混合液。
2.根据权利1所述的一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，其特征在于根据试件试验要求确定所用磁致伸缩仪振动频率、振幅、功率，在测试液中掺入气体，掺气浓度分别为C1，C2，C3，...，CN时进行实验，所有试验均在相同试液温度下进行；根据试件测试要求确定一定的试验周期，在试验的不同时段取下试件进行质量测定；先用清洗溶液清洗，然后烘干，待自然冷却至室温时，置于精度值大于等于0.1mg的电子分析天平上称重；根据试验实测数据，作出试件损失质量与掺气浓度和试验时间的关系曲线，即可得到该试件在实验温度下临界免蚀掺气浓度。
3.根据权利2所述的一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，其特征在于所述的清洗溶液为丙酮溶液、汽油。
4.根据权利2所述的一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，其特征在于所述的掺气浓度CN中的N为自然数。
全文摘要
本发明涉及一种测量材料临界免蚀掺气浓度值的方法，测量材料在测量时其测试液为气液混合液。其根据试件试验要求确定所用磁致伸缩仪功率、振幅，在测试液中掺入气体，掺气浓度分别为C1，C2，C3，…，CN时进行实验；根据试件测试要求确定一定的试验周期，并将试验周期等份分割，在试验周期分割点时取下试件进行质量测定；先用清洗溶液清洗，然后烘干，待自然冷却至室温时，置于精度值大于等于0.1mg的电子分析天平上称重；根据所测数据，作出试件损失质量与掺气浓度和试验时间的关系曲线，即可得到该试件在实验温度下临界免蚀掺气浓度。
文档编号G01N5/04GK1773247SQ20051009487
公开日2006年5月17日 申请日期2005年10月18日 优先权日2005年10月18日
发明者吴建华, 严忠民, 骆超, 阮仕平 申请人:河海大学