泥沙仿真實驗攪拌葉輪的製作方法
2023-11-04 20:10:52 2
本實用新型設計了一種針對水潤滑機理研究的真實性，仿真河流和海洋環境，防止實驗進行中大顆粒泥沙的沉澱的一種新型泥沙仿真實驗攪拌葉輪。
背景技術：
：金屬滑動軸承、水潤滑軸承、水潤滑動密封軸承等機械基礎件在機械傳動特別是船舶、水輪機、汽輪機、水泵等機械裝置中得到廣泛應用。水潤滑軸承採用新型工程複合材料替代貴重金屬作為摩擦副，用天然水替代礦物油作為潤滑介質，由多曲面圓弧直線凹槽的橡膠合金襯套和金屬外殼有機結合為一體，具有摩擦係數小、耐磨、減振、低噪音、重量輕、裝拆維修簡便、對衝擊不敏感等優點。將其與動密封件相結合，形成一體化的水潤滑動密封軸承，有效地降低或減少各種摩擦副因運動而產生的摩擦、磨損、振動、衝擊、噪聲、無功能耗、可靠性差、壽命短和舵軸油汙洩露等問題，節省了大量油料和貴重有色金屬等戰略資源，很好地解決了環境友好問題。在生產和科研中，要求在國內外有關技術標準或規範規定的試驗條件下評定滑動軸承、環塊，特別是金屬滑動軸承、水潤滑軸承、水潤滑動密封軸承等機械基礎件的綜合性能，即在水潤滑、油潤滑、邊界潤滑、自潤滑和幹摩擦等特殊與極端環境條件下，不同載荷、速度、潤滑介質、溫度、時間等各種工況下進行試驗，測試試件的轉速、轉矩、溫升、摩擦特性、試驗加載力、密封性能、PV值、動態剛度和動態阻尼等摩擦學綜合性能技術指標，以用於準確地了解金屬滑動軸承、水潤滑軸承、水潤滑動密封軸承等機械基礎件的載荷特性和動態服役行為，建立高可靠低噪聲水潤滑橡膠軸承系統實驗與評價體系，幫助科研技術人員開展對金屬滑動軸承、水潤滑軸承、水潤滑動密封軸承的理論性研究，有利於滑動軸承、環塊的生產、開發和改進。但當前技術中針對金屬滑動軸承、水潤滑軸承、水潤滑動密封軸承的綜合性能測試手段不夠完善，沒有能真實完整地模擬金屬滑動軸承、水潤滑軸承、水潤滑動密封軸承實際工況的實驗系統，特別是不能很好模擬真實河流或海洋環境(尤其是泥沙環境)中水潤滑軸承的水潤滑情況，從而不能真正地掌握滑動軸承和環塊的承載機理、潤滑機理以及磨損機理等規律。因此，需研發一種能模擬河流泥沙環境中帶有砂石等尖銳物質和化學腐蝕物質，具有磨損嚴重，腐蝕性高，對流強度大等特點的水潤滑泥沙攪拌葉輪，對於完善對金屬滑動軸承、水潤滑軸承、水潤滑動密封軸承等機械基礎件的各項性能測試，掌握水潤滑摩擦副的承載與失效機理、摩擦學性能與動態服役行為等規律，全面深入分析複合材料特性、軸承和滑塊結構形狀、負載變化、工作速度、特殊與極端環境等多因素、多層次禍合機制對機械系統動態服役行為的影響，為開發無汙染、低噪聲、高可靠、長壽命、高效節能的滑動軸承和環塊等摩擦學機械基礎件提供關鍵科學技術依據和試驗平臺支撐。為發展綠色高效的船舶，加速船舶節能減排事業發展提供科學的理論基礎。技術實現要素：本實用新型所要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供一種能夠仿真模擬、配合水潤滑摩擦實驗和研究水潤滑摩擦機理的泥沙仿真實驗攪拌葉輪。本實用新型解決其技術問題採用以下的技術方案：本實用新型提供的泥沙仿真實驗攪拌葉輪，是一種適用於泥沙環境下的水潤滑試驗攪拌葉輪，其設有自上而下布置的雙螺旋帶式葉輪和具有分散功能的可拆式葉片輪，兩者同軸，由中心軸杆貫通；還設有分散盤，該分散盤與雙螺旋帶式葉輪連接起來，連接處由摩擦墊片過渡連接。所述的雙螺旋帶式葉輪為減縮形葉輪，其截面為三角形，底邊厚度為5mm，螺旋帶收縮角度為60°，單螺旋帶繞中心杆旋轉360°；其設有中心軸杆，通過分散盤的中心軸孔將整個雙螺旋帶式葉輪的葉片串連，螺旋帶式葉輪由微米級碳化矽微粉燒結而成。所述的中心軸杆套有中心軸管，在該中心軸管的兩側均設有與之相連的葉片固定杆，三根固定杆的長度不同；所述葉片固定杆固定有葉片，分別是左旋螺帶葉片和右旋螺帶葉片；中心軸管自上而下布置的左旋螺帶與右旋螺帶兩弧面收縮角為60°，由三組葉片固定杆維持葉片固定，保證強度，單螺旋帶繞中心杆旋轉360°，軸管為空心結構，其空心截面為軸心軸孔。所述的中心軸杆，其橫截面為圓形帶中心軸鍵結構，該中心軸杆的底端為中心軸螺紋的螺孔結構。所述的分散盤，其中心設有中心軸孔，該中心軸孔的外側設有第一分散葉片，該分散葉片與分散盤表面呈45°，間隔分布在分散盤兩側；分散盤最外側為6個均布的可拆式攪拌葉片，二者用螺釘通過螺孔固定。所述的可拆式攪拌葉片，其長度為分散盤直徑的1/4；該葉片及分散盤均由微米級碳化矽微粉燒結而成。所述的摩擦墊片，其中心為中心軸杆的外部輪廓，其直徑與雙螺旋帶式葉輪的主軸、分散盤凸臺軸的直徑相同。所述的可拆式攪拌葉片，其由一片帶有兩個螺孔的固定底板和一片具有一定弧度的葉片組成，固定底板和葉片之間為垂直結構；該可拆式攪拌葉片安裝在可拆式分散葉片輪上。所述的可拆式分散葉片輪，其設有用於連接雙螺旋帶式葉輪的中心軸管的凸臺，還設有第二分散葉片，該第二分散葉片用於分散細化水槽底部沉積的大顆粒泥沙，同時也對底部泥沙起到一定的攪拌作用。所述葉輪由6片可拆卸式曲面葉片安裝固定，葉片輪中部均布著正反面間隔分布的分散葉片，上述葉片輪由微米級碳化矽燒結而成。所述的中心軸管，其設有用於連接凸臺的連接凸臺，兩者之間由摩擦墊片過渡。本實用新型能配合採用滑動摩擦和伺服電動缸軸向加載形式的液體潤滑試驗機，在國內外有關技術標準或規範規定的試驗條件下對於評定是金屬滑動軸承、水潤滑軸承、水潤滑動密封軸承等機械基礎件的綜合性能有促進改善的作用，即在水潤滑、油潤滑、邊界潤滑、自潤滑和幹摩擦等特殊與極端環境條件下，防止雜質沉澱，模擬仿真真實潤滑環境，在不同載荷、速度、潤滑介質、溫度、時間等各種工況下進行試驗，促進水潤滑機理的研究。本實用新型與現有技術相比，具有以下主要的有益效果：1.雙螺帶式的葉輪(1)在高速旋轉時將上部含沙量較少的水流向下推送，在漸縮式的雙螺帶葉片(4)的攪拌帶動下，使得水流形成向下的渦流，泥沙在重力作用下，多集中在水槽底部，在向下水流作用下，水槽中形成上下水流的循環如圖11所示，保證了水流中泥沙含量的均勻性，模擬真實的河流泥沙環境。通過試驗，對比前後是否使用葉輪，抽取試驗水槽固定區域的泥沙水樣10g(樣本平均含沙量5％)，乾燥後泥沙質量對比如下表1。表1使用葉輪攪拌前後水樣泥沙含量表含沙水樣質量(g)乾燥後泥沙質量(g)抽取樣本泥沙含量未使用葉輪攪拌10.0000.2932.93％使用葉輪攪拌10.0000.4084.08％2.具有分散作用的攪拌葉輪(9)可以細化泥沙顆粒，攪拌葉輪在工作過程中泥沙隨著渦流在分散葉片(7)的作用下分割細化大顆粒泥沙，防止出現大顆粒劇烈摩擦或卡住軸承，減少對試驗器件的摩擦磨損，同時可拆卸式的葉輪(6)，可以根據不同工況改變位置或選擇是否安裝，提高了試驗的可控性。3.在試驗中使用方便，無需操作，攪拌葉輪的轉速與試樣轉速相同，保證試驗過程轉速的穩定性，另外由於葉輪的旋轉方向與試驗中銷盤試樣一致，且銷盤試樣安裝位置位於葉輪的正下方，防止葉輪與銷盤之間的磨損。4.由於泥沙攪拌葉輪的安裝簡潔、使用可靠，因而可以避免整體式設計的複雜結構，並且6片可拆卸式葉輪輕便、安裝也十分容易。附圖說明圖1為雙螺旋帶式葉輪的整體裝配圖。圖2為雙螺旋帶式葉輪的結構示意圖。圖3為圖2的左視圖。圖4為具有分散功能的可拆式葉片輪的結構示意圖。圖5為圖4的左視圖。圖6為可拆式葉輪的結構示意圖。圖7為裝配連接圖。圖8為摩擦墊片的結構示意圖。圖9為中心軸杆剖面圖。圖10為圖9的左視圖。圖11為水槽中水流的走向圖。圖中：1.中心軸杆，2.中心軸管，3.左旋螺帶葉片，4.摩擦墊片，5.可拆式分散葉片輪，6.銷盤墊片,7.固定螺母，8.葉片固定杆，9.右旋螺帶葉片，10.第一分散葉片，11.可拆式攪拌葉片，12.銷盤，13.連接凸臺，14.中心軸孔，15.螺孔，16.凸臺,17.第二分散葉片，18.中心軸螺紋，19.中心軸鍵。具體實施方式下面結合實施例以及附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型提供的泥沙仿真實驗攪拌葉輪是一種適用於泥沙環境下的水潤滑試驗攪拌葉輪，如圖1所示，該泥沙仿真攪拌葉輪自上而下設有雙螺旋帶式葉輪、分散盤、可拆式攪拌葉片11、銷盤墊片6、銷盤12、固定螺母7，由中心軸杆1貫通，並由摩擦墊片4過渡連接在一起。所述的雙螺旋帶式葉輪如圖2、圖3所示，設有中心軸管2，其兩側布置了葉片固定杆8，兩側固定杆有三個不同長度的葉片固定杆，分別為100mm、60mm、35mm長度。葉片固定杆固定有左旋螺帶葉片3和右旋螺帶葉片9，在高速運轉中不會因為水流的阻力而發生變形，保證在高速旋轉過程中左旋和右旋雙螺帶葉片的強度。雙螺旋帶式葉輪為減縮形葉輪，其截面為三角形，底邊厚度為5mm，螺旋帶收縮角度為60°，單螺旋帶繞中心杆旋轉360°。中心軸杆1通過中心軸孔14將整個雙螺旋帶式葉輪串連，螺旋帶式葉輪由微米級碳化矽微粉燒結而成。所述的分散盤如圖4、圖5所示，該分散盤的中心設有中心軸孔14，通過中心軸杆1將分散盤與上述雙螺旋帶式葉輪連接起來，連接部分為避免兩部件之間的旋轉摩擦，加入摩擦墊片4減少相互間摩擦磨損。中心軸孔14外側為第一分散葉片10，該分散葉片與分散盤表面呈45°，間隔分布在分散盤兩側，保證兩側的泥沙顆粒能夠被均勻分散。分散盤最外側為6個均布的可拆式攪拌葉片11，二者用螺釘通過螺孔15固定；均布的可拆式攪拌葉片可按照實際試驗的要求拆裝，並且雙螺旋帶式葉輪的方向可按照實際要求安裝來控制水流的大小，可拆式攪拌葉片長度為分散盤直徑的1/4。該葉片及分散盤均由微米級碳化矽微粉燒結而成。所述中心軸杆1的結構如圖9、圖10所示，其橫截面為圓形帶中心軸鍵19結構，該中心軸杆的底端為中心軸螺紋18的螺孔結構。所述的摩擦墊片4的結構如圖8所示，該墊片的中心為中心軸杆1的外部輪廓，墊片的直徑與雙螺旋帶式葉輪的主軸、分散盤凸臺軸的直徑相同。所述的可拆式攪拌葉片11的結構如圖6所示，其由一片帶有兩個螺孔的固定底板和一片具有一定弧度的葉片組成，固定底板和葉片之間為垂直結構。該可拆式攪拌葉片11安裝在可拆式分散葉片輪5上。所述可拆式分散葉片輪5裝有凸臺16，該凸臺用於連接雙螺旋葉輪的中心軸管2，中間由摩擦墊片4作為過渡連接，防止在葉輪工作過程中，中心軸管與葉輪產生部件磨損。所述可拆式分散葉片輪5還裝有第二分散葉片17，該第二分散葉片17用於分散細化水槽底部沉積的大顆粒泥沙，同時也對底部泥沙起到一定的攪拌作用。在雙螺帶葉輪的中心軸管2有連接凸臺13，該連接凸臺用於連接可拆式分散葉片輪5上的凸臺16，兩者之間由摩擦墊片4過渡。本實用新型提供的水潤滑銷盤磨損試驗專用泥沙攪拌葉輪，其工作過程如下：(1)水潤滑磨損試驗銷盤和安裝加載：所述銷盤12是試驗部件之一，是按照試驗材料的性能加工而成的直徑100mm，厚10mm的金屬圓盤，銷盤中心為中心軸孔14。如圖1所示，銷盤的位置位於整個攪拌葉輪的底部，在分散葉輪下安裝銷盤墊片6，隨即安裝銷盤，銷盤墊片為金屬薄片，中心為中心軸孔，中心軸杆1連接貫穿攪拌葉輪及銷盤，銷盤底部由螺母固定。(2)攪拌葉輪的工作過程：整個攪拌葉輪為同軸結構，由中心軸杆1連接貫通，中心軸杆1的一端連接電機，電機轉動帶動中心軸杆，中心軸杆帶動攪拌葉輪旋轉，為攪拌葉輪工作提供動力。雙螺旋帶式葉輪在運轉過程中，雙螺帶葉片3帶動上部的大量水流往中心形成漩渦，水流中的泥沙由於漩渦的離心作用向邊緣擴散。可拆式分散葉輪5在運作過程中將上部的漩渦衝散，集中的泥沙在分散葉片10的作用下得到細化，並由可拆式分散葉輪5的葉片的作用下向水槽的上下方向運動，水槽中的泥沙在水流的循環下得到充分的攪拌。當前第1頁1 2 3