一種研究塗層抗汽蝕性能的實驗裝置的製作方法

2023-04-28 19:00:01

專利名稱：一種研究塗層抗汽蝕性能的實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及材料抗汽蝕性能研究，具體涉及一種研究塗層抗汽蝕性能的實驗裝置。
背景技術：
汽輪機作為一種常見的動力機械，廣泛的應用於電力、艦艇、航空工業等領域。其 運行的穩定性和工作壽命很大程度上取決於其葉片的可靠與否。葉片的工作環境比較惡 劣，要長時間承受高速氣流和液滴的衝擊。在汽蝕和疲勞的共同作用下，葉片表面材料損傷 並剝離，當損傷到一定程度後整個葉片報廢，需進行及時更換。葉片的造價很高，對局部衝 蝕損壞的葉片如能進行修復後再重新應用，無疑將大大節省生產成本。目前，國內外不少研 究學者都在這一領域進行了實驗探索，提出了釺焊、氬弧焊、熱噴塗、電火花和雷射熔覆等 不同的葉片修複方法。其中，雷射熔覆因具有自動化程度高，容易編程控制以及修復層與葉 片基體能實現冶金結合等特點是目前葉片修復中最先進的一種方法，因此對於汽輪機葉片 雷射熔覆層及對其他塗層的抗汽蝕性能的研究有十分重要的意義。而目前能夠研究材料抗汽蝕性能研究的相應設備很少，人們在選擇高溫高壓溼蒸 汽環境下使用的材料，一般依靠常規實驗裝置靜態或低流速或依靠經驗，這樣有可能由於 選材不當造成材料很快的失效，造成經濟損失，甚至還會導致人身事故。因此發明一種能夠 儘量模擬實際生產中的汽蝕過程，從而實現在實驗室進行試驗研究並進行性能的評估的實 驗裝置對於處於工業環境條件下材料的抗汽蝕性能研究有重要的意義。

發明內容
本發明目的就是提供一種能夠模擬材料在實際工作條件中處於高溫高壓溼蒸汽 環境的汽蝕實驗裝備，從而對塗層抗汽蝕性做出評估的實驗裝置。本發明具有如下優點由於本發明所採用的噴嘴設有進氣口，進水口和加熱感應圈並且氣流量，水流量 以及加熱溫度皆可控，能保證射出的水流滿足實驗所需的條件；能同時對多種材料的抗汽 蝕性能進行評估；另外本發明成本低，易於推廣。本發明包括包括控制櫃1以及與控制櫃1相連的直流電機2，直流電機固定在箱 體12外壁上，直流電機2的輸出端位於箱體12內部，齒輪加速器16與剛性聯軸器3，4相 連，通過軸5與轉盤7固定連接，軸5通過兩個滑動軸承座6固定，滑動軸承座6通過固定在 箱體12上的支撐板9支撐，轉盤7上安有試樣8，轉盤7上部有防護罩15防止水流四濺，防 護罩15上還安有噴嘴10，該噴嘴10與試樣8位置相對應，噴嘴10處安有加熱感應圈22， 箱體12與抽氣真空泵18相連通，通過調節閥M控制，另外箱體12與測溼器17相連通，測 溼器17可測量箱體裡德溼度，通過調節閥23控制，箱體12的下端安裝排水泵11，通過調節 閥26調節。所述的噴嘴10上設有進氣口 Q1，進水口 Q2，進水口 Q2與給水泵19相連，給水泵可對水流量進行控制，進水口位於噴嘴10的尾部；進氣口 Ql與噴嘴10的軸線形成的夾角 成30 60度，與空氣壓縮機14相連，空氣壓縮機14可對進氣量進行控制；噴嘴10的頭部 裝有加熱感應圈22，加熱感應圈22可對水流溫度進行控制，保證射出的水流能達到實驗所 需的要求。所述的試樣8基體材料為葉片常用材料，寬度為20 40mm，長度40 80mm，厚度 5 15mm，試樣上部距離邊緣10 20mm處有長度為20 40mm，寬度為10 20mm，厚度為 0.5 3mm的塗層。噴嘴10與塗層跟基體的分界線相對齊，試樣(8) 4 16個，對稱安裝於 轉盤7上。所述的轉盤7直徑150 300mm，厚度10 30mm。在圓盤7的外緣出有長度20 40mm,寬度5 15mm，深20 60mm的凹槽，凹槽在距離轉盤7外徑5 15mm處有直徑為 4 IOmm的通孔，凹槽的個數為4 16個，保證能同時進行多個試樣抗汽蝕性能的研究。本發明通過在密閉的箱體裡，試樣高速旋轉與液滴撞擊，模擬汽輪機葉片的工作 環境，研究塗層表面形態的變化，為塗層抗汽蝕性能的評估提供基礎的實驗數據。


圖1是本發明的整體結構示意圖。圖2是本發明中試樣8的三視圖。圖3是本發明中轉盤7的兩視圖。圖4是本發明中噴嘴10的示意中1.控制櫃，2.直流電機，3.聯軸器，4.聯軸器，5.軸承，6.滑動軸承座， 7.轉盤，8.試樣，9.支撐板，10.噴嘴，11.排水閥，12.箱體，13.控制閥，14.空氣壓縮機， 15.防護罩，16.齒輪加速器，17.測溼器，18.抽氣真空泵，19.給水泵，20.水箱，21.溫度 計，22.加熱感應圈，23.調節閥，24.調節閥，25.調節閥，26.調節閥。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理做進一步詳細說明參見圖1，包括控制櫃1以及與控制櫃相連的直流電機2，直流電機2作為原動機 位於箱體外壁，由控制櫃1控制其轉速，啟停。直流電機2的輸出端位於箱體內部，直流電機 2輸出端通過剛性聯軸器3與齒輪加速器16相連，齒輪加速器16再與另一個剛性聯軸器4 相連，通過軸承5帶動轉盤7轉動，軸承5由兩滑動軸承座6固定，滑動軸承座6通過固定 在箱體12的支撐板9支撐，試樣8為基材是葉片常用材料，試樣為寬度30mm，長度60mm，厚 度IOmm的薄板，試樣為12個，對稱安裝在轉盤7之上。轉盤7為直徑200mm，厚度20mm的 圓盤。在圓盤7的外緣出有長度30mm，寬度10mm，深20mm的凹槽，凹槽的個數為12個，凹 槽在距離轉盤7外徑IOmm處有直徑為6mm的通孔。可以通過通孔對試樣進行固定，保證試 樣8在高速旋轉的情況下不會飛出轉盤7。轉盤7上部有防護罩15防止水流四濺，同時防 護罩15上安有噴嘴10，該噴嘴10與試樣8位置相對應，噴嘴10處安有加熱感應圈22，對 水流進行加熱到85°C以上，同時噴嘴10與給水泵19相連，噴嘴10與給水泵19之間還安 有控制閥13，控制閥13由控制櫃1控制，噴嘴10與空氣壓縮機14相連，箱體內的壓力為 0. 55mpa在給水泵19和水箱20之間還設有調節閥25和溫度計21，水箱20 —端與排水泵11相連，構成一個循環系統。箱體12還通過真空調節閥M與抽氣真空泵18相連通，且箱 體12還通過測溼調節閥23與測溼器17相連，在需要時測量箱體12內的溼度在箱體12的 下端安裝排水泵11箱體12與排水泵11之間設有排水控制閥26。實驗前試樣8要用丙酮將表面油脂清洗乾淨，做實驗時先打開抽氣真空泵18前的 真空調節閥對，打開測溼器17前面的測溼調節閥23。然後啟動抽氣真空泵18對箱體12進 行抽真空，同時啟動給水泵19給水，啟動感應圈22進行加熱，啟動測溼器17對箱體12內 的溼度進行檢測。當箱體12內達到一定的真空度，並且水滴汽化，關閉抽氣真空泵18前面 的真空調節閥M，停止運行抽氣真空泵18。通過直流電機控制櫃1啟動直流電機2，直流電 機2通過與齒輪加速器16相連的聯軸器4帶動轉盤7轉動，當轉盤7轉速穩定後打開給水 泵19和控制閥25，實驗開始進行，當箱體12水位到達一定高度時依次打開排水控制閥26， 排水泵11進行排水。在實驗進行期間可隨時取下試樣8觀察其表面形態和汽蝕效果。本發明選用的直流電動機2額定轉速為1300rpm，不能達到汽輪機葉片正常工作 環境下的轉速，因此加一個齒輪加速器16來提高轉速，齒輪加速器的速比為4，能夠滿足實 驗所需的條件。而箱體12在實驗前進行抽真空為了減小由於輪圓盤旋轉與空氣摩擦所消 耗的電機功率，這樣就可以選取相對功率較小的電機，增加了安全性。水滴的產生由給水泵 19供給，給水泵19前面的給水控制閥25是為了維持管路水壓的穩定並且通過控制閥13測 定壓力，給水泵前面的溫度計21是對管路水溫進行檢測，測溼器17的作用是測定箱體內的 溼度。隨著實驗的不斷進行，箱體12的水位會越來越高，需要排水泵11將水抽走一部分， 排水泵11前面的調節閥26是防止排水泵11停止運行時水倒流入箱內。實驗中可以通過本發明來模擬汽輪機末級葉片近似的工作環境，試樣高速旋轉與 液滴撞擊，研究塗層被汽蝕的漸變過程，得到在相同環境下，不同塗層的試樣表面形態的不 同變化，對比得出不同塗層抗汽蝕性能的優劣，為材料抗汽蝕性能的評估提供基礎的實驗 數據。
權利要求
1.一種研究塗層抗汽蝕性能的實驗裝置，其特徵在於包括控制櫃⑴以及與控制櫃 ⑴相連的直流電機O)，直流電機⑵固定在箱體(12)外壁上，直流電機(2)的輸出端位 於箱體(12)內部，直流電機⑵的輸出端通過剛性聯軸器(3)與齒輪加速器(16)相連，齒 輪加速器(16)的另一端通過剛性聯軸器(4)與軸( 相連，軸(5)的末端固定連接有轉盤(7)，軸( 通過兩端的兩個滑動軸承座(6)固定，滑動軸承座(6)通過固定在箱體(12)上 的支撐板(9)支撐，轉盤(7)上安有用於安裝試樣(8)的凹槽，轉盤(7)上部有防止水流四 濺的防護罩(15)，防護罩(15)上與試樣(8)相對的位置還安裝有噴嘴(10)，噴嘴(10)處 安有加熱感應圈(22)，箱體(1 與抽氣真空泵(18)相連通，通過調節閥04)控制，另外箱 體(12)與測溼器(17)相連通，通過調節閥(23)控制，箱體(12)的下端安裝排水泵(11)， 通過調節閥06)調節；所述的噴嘴(10)上設有進氣口 Q1，進水口 Q2，進水口 Q2與給水泵(19)相連，給水泵 (19)可對水流量進行控制，進水口 Q2位於噴嘴(10)的尾部；進氣口 Ql與噴嘴(10)的軸 線形成的夾角成30 60度，與空氣壓縮機(14)相連，空氣壓縮機(14)可對進氣量進行控 制；噴嘴(10)的頭部裝有加熱感應圈(22)，加熱感應圈02)可對水流溫度進行控制，保證 射出的水流能達到實驗所需的要求；給水泵(19)、排水泵(11)均與水箱00)相連，給水泵(19)與水箱00)之間還連接有 調節閥05)和溫度計。
2.根據權利要求1所述的塗層抗汽蝕性能的實驗裝置其特徵在於所述轉盤(7)的直 徑為150 300mm，厚度10 30mm ；所述凹槽位於圓盤(7)的外緣，其長20 40mm，寬5 15mm,深20 60mm，凹槽在距離轉盤(7)外徑5 15mm處有直徑為4 IOmm的通孔，凹槽 的個數為4 16個，保證能同時進行多個試樣抗汽蝕性能的研究。
3.根據權利要求1所述的研究塗層抗汽蝕性能的實驗裝置其特徵在於所述的試樣(8)基體材料為汽輪機葉片常用材料，寬度為20 40mm，長度40 80mm，厚度5 15mm， 試樣上部距離邊緣10 20mm處有長度為20 40mm，寬度為10 20mm，厚度為0. 5 3mm 的塗層；噴嘴(10)與塗層跟基體的分界線相對齊，可對比基體與塗層的抗汽蝕性能，試樣 ⑶數量為4 16個，對稱安裝於轉盤(7)上。
全文摘要
一種應用於研究塗層抗汽蝕性能的實驗裝置在密閉的箱體裡，具有高溫高壓性質的液滴與高速旋轉的試樣撞擊，模擬葉片汽蝕現象。以直流電機為原動力，通過齒輪加速器加快轉速，帶動裝有試樣的轉盤高速旋轉，水射流通過感應圈加熱後從噴嘴射出，與試樣產生軸向撞擊；安裝的排水系統抽真空系統以及測溼系統，可以保證實驗在近似於實際工作環境下正常持續的進行。本發明可以研究在高溫高壓溼蒸汽的工作環境下，試樣表面塗層的形態及金相組織的變化，為研究塗層抗汽蝕性能提供基礎的實驗數據。
文檔編號G01N3/56GK102116723SQ20111004127
公開日2011年7月6日 申請日期2011年2月21日 優先權日2011年2月21日
發明者丁嘯, 楊膠溪, 雷麗 申請人:北京工業大學