抗衝磨仿真試驗裝置製造方法

2023-10-09 16:29:14

抗衝磨仿真試驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種抗衝磨仿真試驗裝置。本實用新型的目的是提供一種抗衝磨仿真試驗裝置，以提高模擬試驗的真實性和可靠性，同時不受水流速度的影響，理論上可以實現任意合理存在的速度。本實用新型的技術方案是：抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於：它包括帶進水口和出水口的試驗臺，以及置於該試驗臺上、採用被測試抗衝磨材料製成的測試試件，其中測試試件內部開設有水流通道，該水流通道兩端分別與試驗臺的進水口和出水口連通；所述試驗臺的進水口處設有一進水管，該進水管另一端經管道連接無級調速泵的出水端，試驗臺的出水口連接有消能沉澱裝置，該消能沉澱裝置另一端經管道連接無級調速泵的進水端。本實用新型適用於水利水電【技術領域】。
【專利說明】
抗衝磨仿真試驗裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種模擬表面高速水流衝刷磨損試驗方法，特別是一種抗衝磨仿真試驗裝置，主要適用於水利水電【技術領域】。

【背景技術】
[0002]混凝土過水建築物，在高速水流衝刷作用下，可能會存在以下三種形式的破壞，分別是推移質破壞、懸移質破壞和汽蝕破壞作用；所謂推移質就是在水流作用下產生貼底式的移動，會在水底表面形成一定摩擦力，根據推移質的比重及表面平整性不同，產生不同的摩擦阻力，對表面產生破壞；所謂懸移質就是在水流作用下會在接近底部位置產生跳躍式的接觸，累積大量的懸移質存在，對表面會產生嚴重的破壞；汽蝕破壞就是在水流局部流向發生突變，有凸起或凹陷處，在突變點的順流方向會產生負壓，負壓值達到一定等級後，會使液體產生汽化現象，一個個負壓氣泡會在順流而下過程中迅速破滅，每一個氣泡破滅點所產生的局部水波衝擊破壞力量，其單位能量不亞於子彈的直接衝擊，會對水底表面產生嚴重破壞。最常見的破壞形式為懸移質及汽蝕破壞，產生的原因為含泥沙水流及過水建築物表面不平整導致的破壞。
[0003]隨著清潔能源需求的增長，作為清潔能源之一的水力發電也獲得蓬勃發展，其排沙洩洪洞，導流洞，溢洪道等過水建築物表面的衝磨破壞一直困擾工程建設者，始終沒法有效解決，只有採取不斷修補，不斷更新表層材料的形式維持運行，為此數十年來國內外相關科研單位開展了名目眾多的抗衝磨材料及抗衝磨試驗設備的研究工作，以期尋找一種合適的材料及工藝來延緩或徹底杜絕破壞的發生。
[0004]表示抗衝磨性能的標準，國家沒有發布過，目前只有行業標準，且多種標準同時存在的局面，分別是水下圓環法，水下鋼球法及含水風砂槍法，由於方法不同，最終形成的磨損單位也不同，方法與方法之間沒有可比性，對抗衝磨材料的生產研發單位來說，引用標準困難，也不利於國家在抗衝【技術領域】的提高。
[0005]水下圓環法是一種採用圓環形試件,在圓心位置採用齒輪帶動水流,對圓環內表面不斷衝刷的抗衝磨模擬裝置，其缺點為模擬的表面只能是圓弧形，與實際情況大多數為直線型不符，此外齒輪高速轉動時，水在離心作用下，會被甩出齒輪，特別是提高線速度至20m/s以上時，會形成空轉現象，在測試過程中的一個現象可以反映出來，就是試件磨耗值在越高轉速下，反而變小的現象，限制了高流速的模擬試驗研究，目前採用補救的方法是對齒輪內空間進行加壓處理，在經過大量的數據擬合，以不同壓力下等同於多少流速來說明材料的抗衝磨等級，因此高流速下的抗衝磨性能指標說服力較差。
[0006]水下鋼球法是一種採用高速攪拌軸的形式，帶動水中的鋼球，對置於底部的圓形試件進行衝磨試驗，其缺點為破壞形式只能在圓形試件的外圈，由於在離心力的作用下，鋼球會被甩到桶形裝置的壁上，使鋼球之間產生堆積、擠壓及碰撞，因此破壞也只能在外圈產生，能在較低流速下模擬出材料的相對磨耗值，一般最高模擬流速不能大於10m/s,失去了模擬高速水流破壞的意義。
[0007]含水風砂槍法是一種採用轉動圓環形試件，在圓心位置採用噴射加氣加砂水流，對圓環內表面不斷衝刷的抗衝磨裝置，其缺點為只能靠噴嘴形成的點或線性接觸表面，水流與圓環內表面存在一定夾角，在噴的同時，水會產生反彈，也不能反映汽蝕破壞。
[0008]現有的以上三種主流的抗衝磨試驗方法，只能適用於對不同材料的抗衝磨比較判定上，而對於是否能真實反映實際衝磨破壞情況上都存在一定不足。


【發明內容】

[0009]本實用新型要解決的技術問題是:針對上述存在的問題提供一種抗衝磨仿真試驗裝置，以提高模擬試驗的真實性和可靠性，同時不受水流速度的影響，理論上可以實現任意合理存在的速度。
[0010]本實用新型所採用的技術方案是:抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於:它包括帶進水口和出水口的試驗臺，以及置於該試驗臺上、採用被測試抗衝磨材料製成的測試試件，其中測試試件內部開設有水流通道，該水流通道兩端分別與試驗臺的進水口和出水口連通；所述試驗臺的進水口處設有一進水管，該進水管另一端經管道連接無級調速泵的出水端，試驗臺的出水口連接有消能沉澱裝置，該消能沉澱裝置另一端經管道連接無級調速泵的進水端。
[0011]所述消能沉澱裝置包括沿水流方向依次連通的消能管道、第一沉澱池和第二沉澱池，其中消能管道進水端與試驗臺的出水口相連，第二沉澱池的出水端與無級調速泵的進水端相連。
[0012]所述進水管上連有一與混砂水池相連的進水支管。
[0013]所述水流通道呈直線等徑棒形、直線變徑棒形、T形或L形。
[0014]所述水流通道表面制有用於模擬氣蝕的凹凸部。
[0015]所述試驗臺包括實驗臺主體、可滑動安裝於試驗臺主體上以適應不同尺寸測試試件的滑塊，以及安裝於滑塊上用於實現其與試驗臺主體之間鎖緊定位的螺栓；所述試驗臺的進水口直徑小於出水口直徑。
[0016]所述無級調速泵和進水管之間的連接管道上分別設置有壓力表和管道流量計。
[0017]所述消能管道呈進水端直徑小於出水端直徑的喇叭狀，其中進水端設置有擋流板。
[0018]本實用新型的有益效果是:1、本實用新型採用被測抗衝磨材料製成測試試件，並且該測試試件內部水流通道可根據需要設計成不同的形狀，同時利用大流量無級調速泵提供足夠的可控壓力流來模擬自然狀態下的高速水流，能夠更加真實的反映不同介質材料在高速水流作用下的臨界衝磨破壞，根據設計水流要求，確定適宜安全運行流速。2、所模擬的水流速度可實現精確無級調速，解決因設備的局限性而使裝置在高流速和低流速狀態下，所模擬出來的效果會不同的問題。3、通過更換不同的測試試件，在同一套裝置內能夠收集出多樣的數據，例如不同水流速度下的清水衝磨，氣蝕衝磨、含砂衝磨以及各種拐彎形成的亂流衝磨等效果；也可以模擬同一水流速度下不同被測抗衝磨材料的臨界破壞點。4、測試試件製作簡單，只需澆鑄成型，尺寸小，以半模或一體澆鑄即可，且檢查方便。5、模擬水流方向和水流通道表面一致，各種缺陷狀況一目了然，易於量化和推廣應用。6、裝置構造簡單，除了泵送設備(無級調速泵)需要提供穩定、持續的泵送能力外，其它部件，能夠輕易的被製造出來。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型試驗裝置的結構示意圖。
[0020]圖2是本實用新型T形水流通道示意圖。
[0021 ] 圖3是本實用新型直管形水流通道示意圖。
[0022]圖4是本實用新型用於模擬氣蝕破壞的水流通道示意圖。
[0023]圖5是本實用新型變徑水流通道示意圖。
[0024]圖6是本實用新型測試試件的截面圖。
[0025]圖7是本實用新型試驗臺的結構圖。

【具體實施方式】
[0026]本實用新型採用大流量無級調速泵提供穩定的可控壓力流來模擬自然狀態下的高速水流，利用高速水流通過直線型小口徑通道，可等效於有限元分解後高流速水流通過大型隧洞時產生的界面破壞效果的原理，由大功率可無級調速泵送設備抽水，靠設備產生的高壓力使水流快速通過測試試件的小口徑水流通道，來模擬自然洩洪時的壓力流對表面的破壞，改變水流通道表面的平整性及同一試件的變直徑處理，可以模擬出氣蝕的產生過程，及一個試件模擬出不同流速；利用虹吸原理，可以通過進水支管添加砂子(例如:剛玉砂)來模擬挾砂水流試驗。
[0027]如圖1、圖6所示，本實施例包括帶進水口和出水口的試驗臺5，以及置於該試驗臺上、採用被測試抗衝磨材料製成的測試試件4，其中測試試件4內部開設有水流通道3，該水流通道兩端分別與試驗臺5的進水口和出水口連通；所述試驗臺5的進水口處設有一進水管2，該進水管另一端經管道連接無級調速泵I的出水端，試驗臺5的出水口沿水流方向依次連有消能管道6、第一沉澱池7和第二沉澱池8，第二沉澱池8的出水端與無級調速泵I的進水端相連，形成一個循環。所述無級調速泵I和進水管2之間的連接管道上分別設置有壓力表9和管道流量計10 ;所述試驗臺5的進水口和出水口均為孔狀結構，且進水口直徑小於出水口直徑；所述消能管道6呈進水端直徑小於出水端直徑的喇叭狀，材質可軟可硬，其中進水端設置有一層或多層擋流板，對水能進一步消能。
[0028]所述進水管2上連有一與混砂水池相連的進水支管2-1，實際應用中可以利用虹吸原理將砂料添加進去，以模擬挾砂水流試驗。
[0029]根據實際情況需要，可以將所述水流通道3設計成如圖2所示的T形，也可以設計成圖3所示的直線等徑棒形，也可以設計成圖5所示的直線變徑棒形，也可以設計成L形等其他形狀；如圖4所示，還可以在水流通道3表面製造出被標準化的各種缺陷(凹凸部)，來模擬氣蝕的發生和破壞。
[0030]如圖7所示，所述試驗臺5包括實驗臺主體5-1、可滑動安裝於試驗臺主體5-1上以適應不同尺寸測試試件4的滑塊5-2 (作為試驗臺的出水端)，以及安裝於滑塊5-2上用於實現其與試驗臺主體5-1之間鎖緊定位的螺栓；實際應用中，可以通過調整滑塊5-2的位置來適應不同尺寸的測試試件4。
【權利要求】
1.一種抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於:它包括帶進水口和出水口的試驗臺(5)，以及置於該試驗臺上、採用被測試抗衝磨材料製成的測試試件(4)，其中測試試件(4)內部開設有水流通道(3)，該水流通道兩端分別與試驗臺(5)的進水口和出水口連通；所述試驗臺(5)的進水口處設有一進水管(2)，該進水管另一端經管道連接無級調速泵(I)的出水端，試驗臺(5)的出水口連接有消能沉澱裝置，該消能沉澱裝置另一端經管道連接無級調速泵(I)的進水端。
2.根據權利要求1所述的抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於:所述消能沉澱裝置包括沿水流方向依次連通的消能管道(6)、第一沉澱池(7)和第二沉澱池(8)，其中消能管道(6)進水端與試驗臺(5)的出水口相連，第二沉澱池的出水端與無級調速泵(I)的進水端相連。
3.根據權利要求1或2所述的抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於:所述進水管(2)上連有一與混砂水池相連的進水支管(2-1)。
4.根據權利要求1或2所述的抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於:所述水流通道(3)呈直線等徑棒形、直線變徑棒形、T形或L形。
5.根據權利要求1或2所述的抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於:所述水流通道(3)表面制有用於模擬氣蝕的凹凸部。
6.根據權利要求1或2所述的抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於:所述試驗臺(5)包括實驗臺主體(5-1)、可滑動安裝於試驗臺主體(5-1)上以適應不同尺寸測試試件(4)的滑塊(5-2)，以及安裝於滑塊(5-2)上用於實現其與試驗臺主體(5-1)之間鎖緊定位的螺栓；所述試驗臺(5)的進水口直徑小於出水口直徑。
7.根據權利要求1或2所述的抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於:所述無級調速泵(I)和進水管(2)之間的連接管道上分別設置有壓力表(9)和管道流量計(10)。
8.根據權利要求1或2所述的抗衝磨仿真試驗裝置，其特徵在於:所述消能管道(6)呈進水端直徑小於出水端直徑的喇叭狀，其中進水端設置有擋流板。
【文檔編號】G01N3/56GK204064833SQ201420374654
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】吳啟民, 徐棟, 劉德明, 林忠華, 王麗娟, 譚建平 申請人:杭州國電大壩安全工程有限公司