高速浆流冲蚀与腐蚀试验装置的制作方法

本发明涉及一种高速浆流冲蚀与腐蚀试验装置，具体涉及高速浆流条件下材料的平行冲蚀、角度自由冲蚀和淹没射流下的冲蚀、空蚀及其电化学腐蚀等单一或组合的磨损的测试装置。

背景技术：

在海洋运输、石油化工、煤矿电力等有液体介质参与的机械设备中，由于液体中的固体介质如沙粒、盐颗粒群等的存在，当固、液界面产生相对运动时，将可能产生冲蚀、空蚀及其电化学腐蚀等磨损行为，使设备失效，带来安全隐患或产生巨大的经济损失；随着相对运动速度的提高，比如喷射式水面、洋面舰船等，材料的冲蚀腐蚀机理的研究和评价、改进材料的耐磨蚀、耐腐蚀性能等需要相关测试装置。目前是通过软件仿真和冲蚀腐蚀试验来研究和评价材料性能的，其中冲蚀腐蚀试验主要有旋转式冲蚀腐蚀装置、喷射式冲蚀腐蚀装置和管道循环冲蚀腐蚀装置等，它们在研究磨蚀机理和评价材料性能中发挥着很大作用。已公开的旋转式磨蚀装置是通过试件在浆液里面高速旋转产生高的相对速度，来加速试件的冲蚀腐蚀过程；喷射式磨蚀装置是通过喷口将浆液自由喷射至试件实现高速冲蚀腐蚀，或者将旋转式和喷射式组合，来产生较高相对速度，但由于工作原理所限，这些试验方式局限较大，且无法控制和监测实际冲刷速度；水洞、管道循环冲蚀腐蚀、现场模拟等装置的体积庞大，且试验条件难以稳定，这些都影响了高速状态下材料的抗冲蚀、腐蚀性能的研究、评价和开发耐磨蚀、耐腐蚀等高性能新材料的进度。

技术实现要素：

针对国内外现有试验装置存在的不足，本发明提供了一种高速浆流冲蚀与腐蚀试验装置，通过充当射流流道并可以方便装拆的试件组，实现了高速冲蚀、腐蚀及其组合的测试，射流流道中流场稳定，避免了淹没射流中速度递减极快的缺点，从而在只需较小能量消耗的前提下实现较高相对速度的冲蚀，安装在箱体中的试件组又形成了第二次淹没射流冲刷，且各试件间及与箱体等零件间相互绝缘，这样，在同一实验条件中，可实现多种可控速度、电流强度单独可控的冲蚀、腐蚀及其组合的试验，如果在流道中安装扰流物，还可实现材料在浆液环境下的平行冲蚀、角度自由冲蚀和淹没射流下的冲蚀、空蚀及其电化学腐蚀等多种单一或组合的磨损类型，提高了实验的运行效率。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明的高速浆流冲蚀与腐蚀试验装置，包括变径口(1)、第一试件组(2)、法兰(3)、第一试件座(4)、视镜(5)、弱电接口(6)、第二试件组(7)、第二试件座(8)、调节螺钉(9)、腔体(10)及参比电极(11)；所述变径口(1)、法兰(3)、第一试件座(4)顺序安装，第一试件组(2)安装在第一试件座(4)上，视镜(5)、弱电接口(6)、第二试件座(8)、调节螺钉(9)、参比电极(11)安装在腔体(10)上，第二试件组(7)安装在第二试件座(8)上，腔体(10)与法兰(3)连接形成箱体。

优选地，第一试件座(4)在安装了第一试件(2)后形成的中空截面形状及尺寸与变径口(1)的出口相匹配，其形状为长方形并作为射流流道的一段，其中，第一试件组(2)至少有2件试件。

优选地，第一试件座(4)可以安装在变径口(1)与法兰(3)之间。

优选地，第二试件座(8)与第一试件座相邻，且在射流口喷出区域，可以通过调节螺钉(9)调节其与浆液喷出方向间的夹角。

优选地，形成的中空截面的射流流道中可以安装扰流物，便于形成空蚀源。

优选地，循环系统浆液流动方向为变径口(1)从大到小的方向，浆液可以充满箱体，形成淹没射流。

优选地，第一试件组(2)、第二试件组(7)可以独立安装弱电接口(6)，与其它零件间绝缘。

可见，本发明的高速浆流冲蚀与腐蚀试验装置，利用可以方便装拆的试件充当射流流道，可以在流道中安装扰流物，在同一实验条件中，实现浆液条件下可控的较高相对速度、单独电流强度下的单一或不同材料的冲蚀、空蚀、腐蚀及其组合磨损的试验及其比较，试验简单可靠，操作简便，整机功率小，特别容易实现高速浆液冲蚀、空蚀、腐蚀及其组合磨损。

附图说明

图1为本发明的结构和循环系统连接的示意图。

图2为本发明的试件及其安装结构示意图。

图3为本发明的实施例结构示意图。

图中：

1—变径口2—第一试件3—法兰4—第一试件座5—视镜6—弱电接口7—第二试件8—第二试件座9—调节螺钉10—腔体11—参比电极21—信号处理及控制装置22—传感器23—调节阀24—高压渣浆泵25—浆液池。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的高速浆流冲蚀与腐蚀试验装置，包括变径口(1)、第一试件组(2)、法兰(3)、第一试件座(4)、视镜(5)、弱电接口(6)、第二试件组(7)、第二试件座(8)、调节螺钉(9)、腔体(10)及参比电极(11)，浆液循环系统有信号处理及控制装置(21)、传感器(22)、调节阀(23)、高压渣浆泵(24)、浆液池(25)等常见浆液循环动力和相关流量计、压力计、温度计和电化学腐蚀测试装置等仪器仪表。

当高压渣浆泵(24)将浆液从浆液池(25)吸出并通过传感器(22)、调节阀(23)等测试仪器后送到变径口(1)；如图2所示，由于变径口(1)截面从大变小，因而使浆流加速，进入第一试件组所在磨损区，浆液中的固体颗粒和盐粒群因碰撞反弹，在该磨损区高速波动前进，从而形成对试件的冲蚀，由于切入时碰撞角度较小，且射流入口为长窄口（高度小于8mm，宽度大于20mm），因而其碰撞接近平行冲蚀；在颗粒逸出第一试件组所在磨损区后，即进入与第一试件组相邻的第二试件组所在磨损区，尽管在淹没流体中颗粒速度下降很快，但依然能对第二试件组形成冲蚀，之后，浆流回流至浆液池(25)；试件能单独加电，因此在同一试验环境下可以完成试件的单独冲蚀、冲蚀腐蚀组合的测试；在第一试件组组成的射流流道中安装扰流体，又可以实现冲蚀、空蚀和腐蚀及其组合的测试；当选择不同试件材料时，可以实现不同材料在同一试验环境下的耐磨蚀、腐蚀比较和评价。

设射流口截面为s，测得通过流量为q，则第一试件组的冲蚀速度v可表示为：v=q/s，因此可以准确确定冲蚀速度；通过腔体(10)上的视镜(5)，可以观察粒子运行轨迹和测量第二试件区的冲蚀速度及冲蚀速度的分布、颗粒轨迹等，便于装拆的试件方便定时取样，进行表面磨痕、失重量、表面微观观察等研究，为分析冲蚀腐蚀磨损机理提供实验数据。

如图3所示，在实施例中，设置了长×宽×高为50×24×5（单位mm）的射流口，不设置扰流体，通过建模、划分网格，在流体分析软件中数值计算了相关流场，计算结果表明，在第一试件组所在区域压力分布基本均匀，呈递减分布，速度分布基本均匀，压力和速度没有突变，因此，第一试件组的试件可以得到基本相同的冲刷；在第二试件组所在区域，由于淹没在浆液中，压力和颗粒运行速度迅速减小，第二试件组形成梯度磨损，这样对检测不同速度下的磨损和抗磨试验可提供更全面的实验数据。

虽然已经对本发明的优选实施例进行了详细的描述和说明，但是本发明并不局限于此。应当知道，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神和原理的条件下进行多种修改和变化，而不脱离其由权利要求书所限定的本发明的保护范围。