湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，用于为试样提供湿蒸汽冲蚀模拟环境，该试验平台包括一多维调整试验台和一多相混合系统，其中，所述多维调整试验台包括：一箱体、一设置在所述箱体内的直线导轨、一滑动连接至所述直线导轨的基座、一安装在所述基座上的旋转台以及一安装在所述旋转台上并用于加热和固定所述试样的加热台；所述多相混合系统包括：依次连接的一蒸汽发生器、一减压阀、一微颗粒添加器以及一插入所述箱体并对准所述试样的音速喷嘴。本实用新型充分考虑了湿蒸汽环境、固粒冲蚀和试样温度对材料抗冲蚀性能的影响，真实模拟了汽轮机末级叶片所处的工作环境。
【专利说明】湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种模拟试验平台，尤其涉及一种湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台。
【背景技术】
[0002]汽轮机是以蒸汽热能为动力的回转机械设备，其通过叶片的旋转实现热功转换。为了提高汽轮机的能量转换效率，除了不断提高蒸汽的温度和压力，还需不断增大排汽面积，转子各级叶片的长度也需要配合能量转换不断加长。在此过程中，汽轮机中的蒸汽会膨胀几百倍甚至上千倍，到汽轮机末级时已经含有一定湿度。而尺寸极大、转速很高的末级叶片长期工作在湿蒸汽环境中时，将不断遭受到液滴引起的水蚀以及锅炉过热管受热冲击剥落下来的固体颗粒引起的固粒冲蚀磨损，从而导致汽轮机事故频发，在设计寿命之前就不得不退出历史舞台。据统计，在所有汽轮机事故中，由于叶片断裂导致的事故发生频率最高，带来的经济损失亦最大。美国电力行业统计数据表明，每年仅仅是固粒冲蚀带来的经济损失便高达2亿美元。
[0003]为了强化汽轮机末级叶片的抗水蚀能力和抗固粒冲蚀能力，控制和降低水蚀及固粒冲蚀带来的设备损耗，有效提高设备及材料的服役寿命，多年来国内外众多研究人员纷纷研制可以满足不同试验需求的冲蚀磨损试验设备，通过试验的方法对材料的冲蚀磨损过程展开更加深入的研究和探讨。所研制的试验设备大致可以分为四类:转盘式、振动式、高温气流冲击式和高速水柱撞击式。这些试验平台采用液滴、气流、或水柱等介质来代替湿蒸汽流的冲蚀，然而都没有考虑过由于锅炉过热管受热冲击剥落下来的固体颗粒引起的固粒冲蚀磨损及试样温度对冲蚀破坏的影响，因而对实际运行中的汽轮机末级叶片的工作环境的模拟不够真实。为深入研究汽轮机末级叶片失效机制，有必要构建一台可以真实模拟末级叶片工作环境的冲蚀磨损试验平台。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种可以真实模拟汽轮机末级叶片所处工作环境的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0006]一种湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，用于为试样提供湿蒸汽冲蚀模拟环境，其中，该试验平台包括一多维调整试验台和一多相混合系统，其中，
[0007]所述多维调整试验台包括:一箱体、一设置在所述箱体内的直线导轨、一滑动连接至所述直线导轨的基座、一安装在所述基座上的旋转台以及一安装在所述旋转台上并用于加热和固定所述试样的加热台；
[0008]所述多相混合系统包括:依次连接的一蒸汽发生器、一减压阀、一微颗粒添加器以及一插入所述箱体并对准所述试样的音速喷嘴。
[0009]进一步地，所述基座包括水平载物板以及设置在所述水平载物板底面并与所述直线导轨滑动连接的直线轴承。
[0010]进一步地，所述基座还包括设置在所述水平载物板底面并用于将所述水平载物板定位在所述直线导轨上的定位环。
[0011]优选地，所述多维调整试验台还包括一位于所述箱体内并平行于所述直线导轨设置的直线刻度尺、以及一固定连接在所述基座上并指向所述直线刻度尺的直线刻度尺指针。
[0012]优选地，所述多维调整试验台还包括一设置在所述旋转台与所述基座之间以带动所述旋转台转动的旋转轴承。
[0013]前述一种湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，所述旋转台包括一水平地安装在所述基座顶面上的水平台和一垂直地安装在所述水平台上的竖直台，且所述加热台安装在所述竖直台的面向所述音速喷嘴的一侧。
[0014]优选地，所述多维调整试验台还包括:
[0015]一设置在所述竖直台顶面上的上支撑板；
[0016]一穿过所述上支撑板与所述竖直台连接的凸台；
[0017]一位于所述上支撑板顶面并套设住所述凸台的环形抱刹；以及
[0018]一与所述环形抱刹锁紧配合的锁紧螺母。
[0019]前述一种湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，所述多相混合系统还包括一连接在所述蒸汽发生器与所述减压阀之间的球阀。
[0020]进一步地，所述多相混合系统还包括一连接在所述球阀与所述减压阀之间的流量计。
[0021]进一步地，所述多相混合系统还包括一设置在所述减压阀与所述微颗粒添加器之间的压力变送器。
[0022]综上所述，本实用新型通过总结前人的设计优点，结合汽轮机末级叶片实际工作环境，充分考虑了湿蒸汽环境、固粒冲蚀和试样温度对材料抗冲蚀性能的影响，与现有的试验平台相比，本申请具有如下特点:一是采用更接近实际情况的湿蒸汽作为冲蚀介质，二是考虑了固粒冲蚀磨损，三是考虑了试样温度对材料抗冲蚀性能的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的多相冲蚀磨损试验平台的整体结构示意图；
[0024]图2为图1中的多维调整试验台的透视图；
[0025]图3为图2中的多维调整试验台的立体结构示意图。
[0026]附图标记说明:
[0027]1.蒸汽发生器；2.球阀；3.流量计；4.减压阀；5.压力变送器；6.微颗粒添加器；
7.音速喷嘴；8.试样；9.加热台；10.旋转台；101.水平台；102.竖直台；11.箱体；12.直线导轨；13.直线刻度尺；14.冷却箱；15.排汽口 ；16.水平载物板；17.定位环；18.旋转轴承；19.直线刻度尺指针；20.角刻度尺指针；21.试样夹；22.环形抱刹；23.直线轴承；24.凸台；25.上支撑板；26.锁紧螺母；27.角刻度
具体实施方案[0028]下面结合附图给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。
[0029]本实用新型的试验平台用于为试样8提供湿蒸汽冲蚀模拟环境，如图1-3所示，该试验平台由一多相混合系统和一多维调整试验台组成，其中，
[0030]多相混合系统包括依次连接的一蒸汽发生器1、一球阀2、一流量计3、一减压阀4、一压力变送器5、一微颗粒添加器6以及一插入箱体11并对准试样8的音速喷嘴7 ；
[0031]多维调整试验台包括一箱体11以及设置在箱体11内的一直线导轨12、一滑动连接在直线导轨12上的基座、一安装在基座上的旋转台10、以及一安装在旋转台10上并用于加热和固定试样8的加热台9。
[0032]优选地，基座包括水平载物板16以及连接在水平载物板16底面的直线轴承23和定位环17，其中，直线轴承23与直线导轨12滑动连接并用于带动水平载物板16沿直线导轨12滑动；定位环17用于将水平载物板16定位在直线导轨12的期望位置处。
[0033]更加优选地，旋转台10包括垂直连接的水平台101和竖直台102，且水平台101通过一用于带动其转动的旋转轴承18水平地安装在基座的水平载物板16的顶面上，同时加热台9安装在竖直台102的面向音速喷嘴7的一侧，且其中心位置设有用于固定试样8的试样夹21。
[0034]此外，如图2和3所示，为了便于测量基座沿直线导轨12滑动的位移，本发明的多维调整试验台进一步包括了一平行于直线导轨12设置的直线刻度尺13、以及一固定连接在水平载物板16上并指向直线刻度尺13的直线刻度尺指针19。同理，为了测量旋转台10转动的角度，在水平载物板16顶面设有与旋转轴承18同轴的角刻度27、并且在水平台101上设有指向角刻度27的角刻度尺指针20。
[0035]进一步地，为了实现对旋转台10的转动角度的定位，在竖直台102的顶面还设有一上支撑板25，一圆形的凸台24穿过该上支撑板25与竖直台102固连接，且一作为制刹件的环形抱刹22位于上支撑板25的顶面并套设在凸台24的外缘，并且与一锁紧螺母26配合，当锁紧螺母26锁紧时可增加环形抱刹22对凸台24的夹持力，从而实现对旋转台10的角度调节的定位。
[0036]另外，如图2所示，试验平台还包括一设置在箱体11下方并通过排气口 15与箱体11连通的冷却箱14。
[0037]本实用新型的试验平台的工作原理如下:
[0038]首先，蒸汽发生器I产生一定压力的饱和蒸汽，且该饱和蒸汽依次通过球阀2、减压阀4等向音速喷嘴7传输，其中，减压阀4用于改变蒸汽的压力从而控制音速喷嘴7两端的压差，进而控制蒸汽流的速度；与此同时，由微颗粒给料机6输送的固体微颗粒进入主蒸汽管道，然后随蒸汽流经过音速喷嘴7加速以后高速冲击到试样8表面，此时，喷嘴7喷出的高速汽流会膨胀变成湿蒸汽，从而在箱体11中形成模拟汽轮机末级叶片的湿蒸汽环境。
[0039]由于音速喷嘴7出口蒸汽流的速度与两侧压差有关，而压差可由减压阀4控制，则音速喷嘴7出口蒸汽流速度可通过减压阀4调节，在将音速喷嘴7出口蒸汽流的速度调节到某一个速度值后，冲击在试样8上的蒸汽流的瞬时速度可以由冲蚀靶距来调节，而冲蚀靶距的调节可通过使基座沿直线导轨12滑动来实现，冲蚀角度的调节可通过转动旋转台10来实现，试样温度的调节可通过加热台9来实现。可见，本申请充分考虑了湿蒸汽环境、固粒冲蚀和试样温度对材料抗冲蚀性能的影响，真实模拟了汽轮机末级叶片所处的工作环境。而且，试验完成后的蒸汽可以排入到冷却水箱14中冷凝成水，然后排放掉。
[0040]以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化，例如电机驱动可以换成手轮驱动。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型的权利要求保护范围。
【权利要求】
1.一种湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，用于为试样提供湿蒸汽冲蚀模拟环境，其特征在于，该试验平台包括一多维调整试验台和一多相混合系统，其中， 所述多维调整试验台包括:一箱体、一设置在所述箱体内的直线导轨、一滑动连接至所述直线导轨的基座、一安装在所述基座上的旋转台以及一安装在所述旋转台上并用于加热和固定所述试样的加热台； 所述多相混合系统包括:依次连接的一蒸汽发生器、一减压阀、一微颗粒添加器以及一插入所述箱体并对准所述试样的音速喷嘴。
2.根据权利要求1所述的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，其特征在于，所述基座包括水平载物板以及设置在所述水平载物板底面并与所述直线导轨滑动连接的直线轴承。
3.根据权利要求2所述的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，其特征在于，所述基座还包括设置在所述水平载物板底面并用于将所述水平载物板定位在所述直线导轨上的定位环。
4.根据权利要求1所述的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，其特征在于，所述多维调整试验台还包括一位于所述箱体内并平行于所述直线导轨设置的直线刻度尺、以及一固定连接在所述基座上并指向所述直线刻度尺的直线刻度尺指针。
5.根据权利要求1所述的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，其特征在于，所述多维调整试验台还包括一设置在所述旋转台与所述基座之间以带动所述旋转台转动的旋转轴承。
6.根据权利要求1所述的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，其特征在于，所述旋转台包括一水平地安装在所述基座顶面上的水平台和一垂直地安装在所述水平台上的竖直台，且所述加热台安装在所述竖直台的面向所述音速喷嘴的一侧。
7.根据权利要求6所述的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，其特征在于，所述多维调整试验台还包括: 一设置在所述竖直台顶面上的上支撑板； 一穿过所述上支撑板与所述竖直台连接的凸台； 一位于所述上支撑板顶面并套设住所述凸台的环形抱刹；以及 一与所述环形抱刹锁紧配合的锁紧螺母。
8.根据权利要求1所述的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，其特征在于，所述多相混合系统还包括一连接在所述蒸汽发生器与所述减压阀之间的球阀。
9.根据权利要求8所述的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，其特征在于，所述多相混合系统还包括一连接在所述球阀与所述减压阀之间的流量计。
10.根据权利要求1所述的湿蒸汽环境下多相冲蚀磨损试验平台，其特征在于，所述多相混合系统还包括一设置在所述减压阀与所述微颗粒添加器之间的压力变送器。
【文档编号】G01N17/00GK203758890SQ201420093559
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】张显程, 王建, 王正东, 涂善东, 轩福贞 申请人:华东理工大学