专利名称：腐蚀环境多相流作用下冲蚀与空蚀联合作用试验机的制作方法
技术领域：
本实用新型设计一种配置有电化学测试装置的旋转式冲蚀与空蚀联合作用试验装置。
背景技术：
随着经济全球化与不可再生资源的过渡开发，近年来世界各国对海洋地理资源和空间资源开发利用的强度逐步增长，与之密切相关的现代船舶逐步向大型化、高速化发展， 这对船舶推进器用材料的性能提出更高的要求。船用螺旋桨等过流部件在服役过程中，与之相接触的流动海水是导电能力相当高的电解质溶液，尤其是当含有固体颗粒及气泡时， 属于多相流。过流部件服役过程中的冲蚀与空蚀联合作用是现代船舶螺旋桨失效或破坏的一个重要原因。目前，国内外研究冲蚀或空蚀时，其试验装置更多的针对气液或固液两相来设置。对空蚀而言，主要有文德里管型、旋转圆盘及水滴冲击空蚀设备；对冲蚀磨损而言主要有罐式、射流式两种，前者利用圆盘的高速旋转带动料浆，由样品与料浆之间的相对运动来实现浆体对测试样品的冲蚀。而射流式冲蚀试验装置则利用高压气体加速喷射出来的料浆，冲击固定的测试样品表面，实现冲蚀作用。上述实验设备所获得的结果仅仅从空蚀或冲蚀的角度来解释材料分别在两种作用下的材料流失或失效机理，但不能真正反应在含有气-液-固多相流中服役的螺旋桨等过流部件的实际破坏过程，即冲蚀与空蚀耦合作用下的失效。对此，专利号CN 201437694 U 公开了一种可直接测量含沙水流情况下的磨蚀测试装置，专利号CN 101149321 A公开了一种可进行液-固两相流中冲蚀与气蚀复合磨损试验机。但是上述两种装置更多的分析磨蚀作用后材料性质的变化，不能实时获得冲蚀与空蚀联合作用下的电化学因素影响作用。可以说，目前试验测试装置的设计缺陷，导致了人们不能深入阐释在含有气-液-固多相流中服役的螺旋桨等过流部件所收到的冲刷、腐蚀及磨损联合作用机理。
发明内容本实用新型的目的就是解决现有试验装置不能模拟螺旋桨等过流部件在多相流中的冲蚀与空蚀联合作用的问题，提供一种结构简单、参数可调、操作灵活，适于研究多相流作用下冲蚀与空蚀耦合作用、力学因素与电化学因素间耦合、材料组织演变与空化的耦合试验装置。为研究在气-液-固多相流中服役的螺旋桨等过流部件新型材料，为我国深度开发海洋地理资源和空间资源所必须的大型、高速舰船推进器用螺旋桨材料选择及其腐蚀磨损防护提供指导。本实用新型提供的多相流作用下冲蚀与空蚀联合作用试验装置，采用的技术方案是一种腐蚀环境多相流作用下冲蚀与空蚀联合作用试验机，其特征在于所述试验机包括固液气均相系统、电化学测试系统、冲蚀与空蚀联合作用系统三部分，所述固液气均相系统与所述冲蚀与空蚀联合作用系统之间通过机械夹紧结构实现连接，所述电化学测量系统与所述冲蚀与空蚀联合作用系统之间通过电信号进行连接。其中，固液气均相系统主要由电机控制器、储液槽、电机、皮带轮、转轴I及搅拌叶片构成，实现固-液-气三相均勻混合的测试介质；冲蚀与空蚀联合作用系统主要由变频电机与控制器、塔轮、联接轴套、空心转轴II、角度可调式试样夹持装置、待测试样、上下旋转圆盘构成，实现不同流速，变化冲击角的冲蚀与空蚀试验；电化学测试系统主要由工控计算机、铜环-碳刷、电化学工作站、参比电极、工作电极(待测试样)、辅助电极构成。有利于研究冲蚀与空蚀联合作用中的电化学因素对材料流失的影响。本实用新型具有的有益效果在于采用以上方案，有效克服了目前测量设备不能同时获得冲蚀与空蚀联合作用下材料的失效行为，可进行较为真实的螺旋桨等过流部件的实际服役状态模拟，适合于研究力学与电化学因素联合作用规律。而且，所采用的特殊设计试样夹持装置和电极设计，有利于考察流态、冲击角和电位等因素的作用规律。另外，本实用新型结构简单，易于推广。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是待测试样夹持装置。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图1所示，本实用新型包括固液气均相系统、电化学测试系统、冲蚀与空蚀联合作用系统三部分，所述固液气均相系统与所述冲蚀与空蚀联合作用系统之间通过机械夹紧结构实现连接，所述电化学测量系统与所述冲蚀与空蚀联合作用系统之间通过电信号进行连接。固液气均相系统主要由电机控制器2、储液槽22、电机3、皮带轮4、转轴I 6及搅拌叶片7构成，电机控制器2与电机4相连，电机4安装在底座1上，通过皮带轮5与转轴 I 6相连，转轴通过联接轴套20与搅拌叶片7相连，通过阻力块8获得较为平整的液面，最终获得固-液-气三相均勻混合的测试介质。冲蚀与空蚀联合作用系统主要由变频电机13与其控制器14、塔轮12、联接轴套 20、空心转轴II 21、角度可调式试样夹持装置23、待测试样M、上下旋转圆盘27构成。变频电机13通过塔轮与空心转轴II 21相连，转轴II 21利用联接轴套20固定在储液槽22的箱盖11上，上下旋转圆盘27通过螺丝固定在转轴II 21上；角度可调式试样夹持装置23利用螺丝分别固定在上下旋转圆盘27上，分别在的0°和180°的位置装载2个试样夹持装置 23，试样夹持装置23与上下旋转圆盘27的接触部位可进行一定角度的转动调整，获得不同的冲击角；待测试样M固定在样品夹持装置23上，每个装置上镶嵌2个被测试样M，可同时进行4个不同流速的实验。试样夹持装置与试样的形状如图2所示。待测试样M比夹持装置23的平面凸出1 mm，以便模拟冲蚀情况，利用螺丝30固定。在试样夹持装置23内装有铜弹簧观和导线，连接铜环-碳刷16 —起实现工作电极(待测试样24)电化学信号的导出。电化学测试系统主要由工控计算机15、铜环-碳刷16、电化学工作站17、参比电极18、待测试样(工作电极)24、辅助电极25构成。电化学工作站17通过导线与空心转轴 II 21上固定装载的铜环-碳刷16相连，参比电极18固定在箱盖11上，用不锈钢包覆，末端浸入介质中，通过导线与电化学工作站17联接，工作电极上的引线穿过上层圆盘27与空心转轴II 21后分别与铜环-碳刷联接，在上下旋转圆盘27中间的空心转轴II 21包覆一层白金或石墨作为辅助电极，利用导线通过空心转轴II 21与铜环-碳刷相连。本实用新型的工作过程如下安装好试验装置，将制作好的样品放置在试样夹持装置23上，固定好位置，随后利用螺丝固定在上下旋转圆盘27中间，并调整好角度。通过导线将铜环-碳刷16、参比电极18与电化学工作站17相连。通过进浆管9，使储液槽22内充满介质，同时起到充气装置。利用电机控制器2启动搅拌叶片7，获得均一的固液气多相流。启动变频电机13，获得不同转速，通过电化学工作站17实施测量时间-电位、极化曲线、交流阻抗图谱等电化学参数。同时观察电化学工作站17监测的电阻曲线变化，直至发生突变，则可认为试样表面在冲蚀与空蚀联合作用下发现了破坏，停机取样，分析材料表层组织、表面形貌、力学性能、失重的变化。通过调节试样夹持装置23的安装角度，可获得不同冲击角下材料的冲蚀与空蚀破坏失效行为。
权利要求1.一种腐蚀环境多相流作用下冲蚀与空蚀联合作用试验机，其特征在于所述试验机包括固液气均相系统、电化学测量系统、冲蚀与空蚀联合作用系统三部分； 所述固液气均相系统与所述冲蚀与空蚀联合作用系统之间通过机械夹紧结构实现连接，所述电化学测量系统与所述冲蚀与空蚀联合作用系统之间通过电信号进行连接。
2.根据权利要求1所述的冲蚀与空蚀联合作用试验机，其特征在于其中，所述固液气均相系统由电机控制器(2)、储液槽(22)、电机(3)、皮带轮(4)、转轴 I (6)及搅拌叶片(7)构成，电机控制器(2)与电机(4)相连，电机(4)安装在底座(1)上， 通过皮带轮(5)与转轴I (6)相连，转轴I (6)通过联接轴套(20)与搅拌叶片(7)相连，六块阻抗块(8)均布在所述储液槽(22)的内壁上。
3.根据权利要求1所述的冲蚀与空蚀联合作用试验机，其特征在于其中，冲蚀与空蚀联合作用系统由变频电机(13)与其控制器(14)、塔轮(12)、联接轴套(20)、空心转轴II (21)、角度可调式试样夹持装置(23)、待测试样(24)、上下旋转圆盘 (27)构成；变频电机(13)通过塔轮(12)与空心转轴II (21)相连，空心转轴II (21)利用联接轴套(20)固定在储液槽(22)的箱盖(11)上，上下旋转圆盘(27)通过螺丝固定在空心转轴II (21)上，角度可调式试样夹持装置(23)利用螺丝分别固定在上下旋转圆盘(27)上，分别在的0°和180°的位置装载2个试样夹持装置(23)，试样夹持装置(23)与上下旋转圆盘 (27)的接触部位可进行一定角度的转动调整，获得不同的冲击角；待测试样(24)固定在样品夹持装置(23 )上，每个样品夹持装置(23 )上镶嵌2个被测试样(24 )。
4.根据权利要求1所述的冲蚀与空蚀联合作用试验机，其特征在于其中，所述电化学测试系统由工控计算机(15)、铜环-碳刷(16)、电化学工作站(17)、 参比电极(18)、待测试样(M)、辅助电极(25)构成；电化学工作站(17)通过导线与空心转轴II (21)上固定装载的铜环-碳刷(16)相连，参比电极(18)固定在箱盖(11)上，用不锈钢包覆，末端浸入介质中，通过导线与电化学工作站(17)联接，工作电极上的引线穿过上层圆盘(27)与空心转轴II (21)后分别与铜环-碳刷(16)联接，在上下旋转圆盘(27)中间的空心转轴II (21)包覆一层白金或石墨作为辅助电极，利用导线通过空心转轴II (21)与铜环-碳刷(16)相连。
专利摘要一种腐蚀环境多相流作用下冲蚀与空蚀联合作用试验机，包括固液气均相装置、电化学工作系统及冲蚀与空蚀联系作用系统，所述试验机包括固液气均相系统、电化学测量系统、冲蚀与空蚀联合作用系统三部分；其中固液气均相系统与冲蚀与空蚀联合作用系统之间通过机械夹紧结构实现连接，所述电化学测量系统与冲蚀与空蚀联合作用系统之间通过电信号进行连接。本实用新型具有操作简单，模拟性好，可实现多个参数考虑等优点。
文档编号G01N3/56GK202057564SQ201120152150
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者刘成龙, 张小彬, 黄伟九 申请人:重庆理工大学