一种旋转式冲蚀磨损试验装置的试样冲击角度调整组件及方法与流程

本发明属于冲蚀磨损测试领域，具体涉及一种旋转式冲蚀磨损试验装置的试样冲击角度调整组件及方法。

背景技术：
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液固两相流冲蚀磨损现象普遍存在于冶金、化工、采矿、水电等行业，是引起各种料浆泵、阀、管道等过流部件快速损坏的重要原因。影响液固两相流冲刷磨损的因素很多，如流体的冲击角度、流速、固体颗粒特性（形状、粒度、硬度和含量等）、流体介质的酸碱盐浓度、流体介质的温度、被冲蚀磨损材料的性能等。国内外学者采用不同试验装置、被测试试样材料和不同料浆组成对其中这些因素进行了大量冲蚀磨损试验规律和机理研究。试验装置主要有旋转式、喷射式、管流式三种，根据不同工况条件，使用适当的冲蚀磨损装置和方法来研究材料的冲蚀磨损规律和机理，对合理选用过流部件材料及防护，降低过流部件损坏速度、延长使用寿命具有重要意义。喷射式试验装置具有冲击角度容易改变、流体的流速容易控制、设备投资少、试验周期短等优点，但是与泵、管道等的实际冲蚀强度有较大差距、不能很好地模拟实际工况，存在喷嘴易损坏，流体输送管路易泄露的缺点。管流式试验装置的优点是能较好地模拟管道内壁的冲蚀磨损行为,实验结果的可靠性高。但是整套系统体积大, 设备投资和运行成本高，实验周期长, 泵阀和管道易出现泄露问题。旋转式试验装置可以很好地模拟料浆泵叶轮和搅拌叶轮的冲蚀磨损行为，主要优点有设备投资和运行成本低、结构简单、实验周期短。但因料浆液和/或试样在高速旋转，存在电化学测试困难、冲蚀角度不易调整改变等问题。旋转式试验装置主要有旋转圆盘式结构和叶轮（片）式结构两种。

旋转圆盘式试验装置通常被测试样安装在圆盘上，试样与圆盘一起高速旋转，冲蚀角度不易调整。中国专利ZL201210309188.9，发明名称为《旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的测试组件》是将八个待测试件分别安装于各自试件紧固板的矩形凹槽中,可同时测试0°、15°、30°、45°、0°、60°、75°、90°共七种不同冲击角度下的试件,并缩小了实际冲击速度和冲击角度的计算误差，但试样紧固板较复杂，试样凹槽加工要求高，一处凹槽出现问题会引起整个紧固板将不能正常使用；文献《液/固双相流冲刷腐蚀实验装置的研制及动态电化学测试》（腐蚀科学与防护技术，1993,5（4）：286-290）是采用中空传动轴旋转圆盘方式，圆盘上安装楔形试样，裸露出一被冲蚀平面，可调转速、可控温，可进行冲蚀磨损过程中的电化学测试，但没有说明是否可以调整试样的冲蚀角度；文献《不锈钢与碳钢的液固两相流冲刷腐蚀磨损研究》（材料工程，2004,11:37-40）是采用中空传动轴带动圆盘和试样旋转，圆柱形试样（切出一被冲蚀平面）安装在圆盘上，裸露出被冲蚀平面，试样的冲击角有0°、15°、30°、45°、60°。

技术实现要素：
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综上所述，为了克服现有技术问题的不足，本发明提供了一种旋转式冲蚀磨损试验装置的试样冲击角度调整组件及方法。该组件可以比较方便地改变旋转式冲蚀磨损试验装置试样冲击角度，来研究不同冲击角度下材料的耐冲蚀磨损性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种旋转式冲蚀磨损试验装置的试样冲击角度调整组件，包括旋转式冲蚀磨损试验装置的料浆罐盖板，其中，所述的试样冲击角度调整组件包括试样及试样保护装置，试样保护装置为圆柱状，圆柱状的上端设置有法兰盘，底部设置有矩形凹槽，料浆罐盖板上设有调节孔及螺纹孔，试样保护装置通过调节孔靠紧固螺钉装在料浆罐盖板的一侧，料浆罐盖板上设置有角度标尺，角度指针设在法兰盘上。

进一步，所述的法兰盘两侧分别设置有环形凹槽，与环形凹槽对应的料浆罐盖板有螺钉孔。

进一步，所述的紧固螺钉穿过法兰盘上的环形凹槽通过料浆罐盖板螺纹孔固定。

进一步，所述的料浆罐盖板上设置的角度标尺和法兰盘上设的角度指针相对应。

进一步，所述的试样装在试样保护装置底部的矩形凹槽内。

进一步，所述的试样保护装置的材料为耐腐蚀性、耐磨性好的聚四氟乙烯，聚四氟乙烯具有很好的润滑性。

进一步，所述的角度标尺的刻度范围为0~90°，角度可精确到1°，在刻度范围内可任意调整。

一种旋转式冲蚀磨损试验装置的试样冲击角度的调整方法，包括以下步骤：

（1）先按规定尺寸加工出试样，试样经过打磨、抛光、丙酮清洗、干燥、对试验前试样的重量称重；

（2）将试样安装在试样保护装置底部的矩形凹槽内，试样保护装置通过料浆罐盖板上的调节孔安装在料浆罐内，通过转动试样保护装置将角度指针调整至角度标尺的相应角度位置来确定试验所需角度，调整完成后，通过紧固螺钉将试样保护装置固定在料浆罐盖板上，保证试样保护装置与料浆罐盖板相对位置保持不变，从而保证试验过程中试样受冲击表面与料浆冲击方向所形成的冲击角度保持不变；

（3）根据实际需要配置试验所需料浆，将料浆加入到料浆罐内，调整料浆罐盖板与料浆罐的位置，使料浆密闭在料浆罐内；调整伺服电机的转速、运行时间及试验参数，伺服电机通过主轴带动搅拌叶轮使料浆罐内的液固两相或多相流体作旋转运动，高速运动的流体对试样的受冲击面进行冲蚀磨损，通过调整试样保护装置的法兰盘上的角度指针和料浆罐盖板上设置的角度标尺的相应位置，使试样受冲击表面可以在不同冲击角度下进行冲蚀磨损试验；

（4）试验结束后，卸下试样，对试样进行超声波丙酮清洗、干燥后对冲蚀磨损试验后的试样重量进行称重，试验前、后的试样重量的差值即为失重量；

（5）利用显微镜观察不同冲击角度试样的表面形貌，分析不同冲击角度下材料的冲蚀磨损机理，按上述方法改变试样冲击角度，进行冲蚀磨损试验，可以研究不同冲击角度对试验材料冲蚀磨损性能的影响。

进一步，所述的试样受冲击表面可以在0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°不同冲击角度下进行冲蚀磨损试验。

进一步，所述的试样受冲击表面可以在0° 和90°冲击角度下进行冲蚀磨损试验。

本发明的有益效果是：

（1）本发明具有冲击角度易于控制且精度高，结构简单，操作方便的特点；该试样冲击角度调整组件通过试样保护装置上激光雕刻的角度指针与角度标尺上的刻度线对应来确定试样所受冲击角度，无需借助其他角度测量工具。

（2）本发明试样冲击角度调整组件的角度标尺为带有刻度线及数字的硬质塑料薄片，采用粘结能力强的粘结剂（如502胶）粘结在料浆罐盖板上预留孔的外侧，刻度线及数字采用激光雕刻，刻度线清晰、易于辨识，便于冲击角度的调整，保证控制精度；角度标尺耐腐蚀、耐磨损，使用寿命长；更换方便。

（3）试样保护装置采用聚四氟乙烯材料，具有重量轻、耐腐蚀、耐磨损的特性，转动方便，便于调整所需的试样冲击角度，且装卸便利；试样保护装置法兰外侧加工有两个环形凹槽，与凹槽对应位置的盖板上加工螺钉孔，采用螺钉固定，使试样保护装置牢固以保证试样冲击角度的精度准确；冲击角度可以为0~90°，角度可精确到1°，在刻度范围内可任意调整；冲击角度可以为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°等。

附图说明：

图1 为本发明的工作状态结构示意图。

图2为本发明料浆罐盖板的形状结构示意图。

图3为本发明试样保护装置和料浆罐盖板的组装示意图。

图4为本发明料浆罐盖板上的角度标尺结构示意图。

图5为本发明试样保护装置的法兰盘的结构示意图。

图6为本发明冲击角度为0°时的试样调整组件结构示意图。

图7为本发明冲击角度为0°时试样被冲击表面与料浆冲击方向示意图。

图8为本发明冲击角度为90°时的试样调整组件结构示意图。

图9为本发明冲击角度为90°时试样被冲击表面与料浆冲击方向示意图。

图1-9中，1、伺服电机，2、主轴，3、料浆罐盖板（其中，3-1为螺纹孔，3-2为调节孔），4、料浆罐，5、搅拌叶轮，6、试样（其中，6-1为试样受冲击表面），7、试样保护装置（其中，7-1为角度指针，7-2为环形凹槽），8、角度标尺，9、紧固螺钉，10、料浆冲击方向。

具体实施方式：

以下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，伺服电机1通过主轴2带动搅拌叶轮5对料浆罐4内的液固两相或多相流体搅动形成高速运动流体。试样6安装在试样保护装置7底部的矩形凹槽内，试样保护装置7固定在料浆罐盖板3上。如图1、2、5所示，试样保护装置7上设置有角度指针7-1和环形凹槽7-2，所需角度通过转动试样保护装置7将角度指针7-1调整至角度标尺8相应的角度，调整完成后，拧紧紧固螺钉9。高速运动的流体对试样6进行冲蚀磨损，通过调整试样保护装置7上的角度指针7-1与角度标尺8相应角度刻度线相对应，试样6可以在不同冲击角度下进行冲蚀磨损试验。

如图1、2、3、4、5所示，试样6固定于试样保护装置7底部的矩形凹槽内，料浆罐盖板3上设置有螺纹孔3-1及调节孔3-2，试样保护装置7通过料浆罐盖板3上的调节孔3-2直接装入料浆罐4内，通过紧固螺钉9将试样保护装置7固定在料浆罐盖板3上。料浆罐盖板3上设置有六个螺纹孔3-1，根据角度位置的不同，便于试样保护装置7的固定。

如图2、3、5所示，试样保护装置7上设有激光雕刻的刻度指针7-1，料浆罐盖板3上固定有角度标尺8，角度标尺8的刻度以0°为起点，角度标尺范围为0°~90°，精确到1°，在角度标尺8范围内可连续调整角度位置，当角度位置确定后，用紧固螺钉9穿过试样保护装置7的环形凹槽7-2拧紧到料浆罐盖板3上的螺纹孔3-1中。

如图2和图6～9所示，当图2中角度指针7-1调整的冲击角度分别设定某一角度的时候（图6、8分别以0°和90°为例），图7和图9分别显示冲击角度为0°和90°（即图6和图8）时，料浆冲击方向10与试样受冲击表面6-1的相应位置。采用相同方法可以方便地调整得到0°至90°范围内其它不同冲击角度，如15°、30°、45°、60°、75°的不同冲击角度。

参见图1-7，以冲击角度0°为例，说明本发明一种旋转式冲蚀磨损试验装置的试样冲击角度的调整方法，包括以下步骤：

（1）先按规定尺寸加工出试样6，试样6经过打磨、抛光、丙酮清洗、干燥、对试验前试样的重量称重；

（2）将试样6安装在试样保护装置7底部的矩形凹槽内，试样保护装置7通过料浆罐盖板3上的调节孔3-2安装在料浆罐4内，通过转动试样保护装置7将角度指针7-1调整至角度标尺30°的角度位置，调整完成后，通过紧固螺钉9将试样保护装置7固定在料浆罐盖板3上，保证试样保护装置7与料浆罐盖板3相对位置保持不变，从而保证试验过程中试样受冲击表面6-1与料浆冲击方向10所形成的冲击角度保持不变；

（3）根据实际需要配置试验所需料浆，将料浆加入到料浆罐4内，调整料浆罐盖板3与料浆罐4的位置，使料浆密闭在料浆罐4内；调整伺服电机1的转速、运行时间及试验参数，伺服电机1通过主轴2带动搅拌叶轮5使料浆罐4内的液固两相或多相流体作旋转运动，高速运动的流体对试样6的受冲击面进行冲蚀磨损，通过调整试样保护装置7上设的角度指针7-1和料浆罐盖板3上设置的角度标尺8的相应位置，使试样受冲击表面6-1可以在0°的冲击角度下进行冲蚀磨损试验；

（4）试验结束后，卸下试样6，对试样6进行超声波丙酮清洗、干燥后对冲蚀磨损试验后的试样6重量进行称重，试验前、后的试样重量的差值即为失重量；

（5）利用显微镜观察冲蚀磨损试验后试样的表面形貌，分析冲击角度0°下材料的冲蚀磨损机理。

参见图1-5和图8、9，当冲击角度为90°时的旋转式冲蚀磨损试验装置的试样冲击角度的调整方法，与冲击角度为0°的调整方法相同。

参见图6～9。转动试样保护装置7使角度指针7-1与角度标尺8上的0°或90°进行试验，试样保护装置7在旋转过程中，带动底部试样6转动相应角度，使试样6的受冲击表面6-1与料浆冲击方向10形成相应角度，该角度与角度指针7-1指向角度标尺8所对应的冲击角度一致。冲击角度调整完成后，将紧固螺钉9拧紧，保证试样保护装置7与盖板3相对位置保持不变，从而保证试验过程中试样受冲击表面6-1与料浆冲击方向10所形成的冲击角度保持不变。用相同的方法在0°~90°范围内，精度为1°的任意角度都可以非常方便调整得到，研究不同冲击角度对试验材料冲蚀磨损机理和性能的影响。具体调整方法与冲击角度0°或90°相同, 这里不再一一赘述。

对所公开实例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对本实施例的多重修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这种实例，而是在复合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。