專利名稱：一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量材料免蝕參數(shù)的方法，特別為一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法。
背景技術：
空蝕是在一定的環(huán)境溫度條件下，液體介質(zhì)中因局部壓力變化致使空泡形成和潰滅，材料連續(xù)受到高壓、高速微射流沖擊作用產(chǎn)生的表面破壞。火力發(fā)電廠的燃氣渦輪機和水電站的水輪機等常因空蝕引起局部早期失效而導致效率降低、使用壽命降低和設備檢修費用大大增加，造成十分驚人的能源和材料損失。例如，某水電站水輪機空蝕破壞嚴重，每2年就要大修一次，全廠11臺機組檢修費高達660萬元?？梢娫斐傻膿p失很嚴重。
空蝕涉及材料力學性能和流動條件，如材料的硬度、抗疲勞性能、環(huán)境流體的速度、壓力等眾多因素，是當今造船、水工、宇航、化工等工業(yè)發(fā)展的主要障礙。材料抗空蝕剝蝕的能力通常用空蝕穩(wěn)定性表示。研究材料的抗空蝕性能通常用兩種方式，一種是對某種材料進行現(xiàn)場原型實驗，但試驗歷時較長，也不經(jīng)濟，同時由于現(xiàn)場環(huán)境的復雜性，困難較大；另一種是利用室內(nèi)試驗設備進行室內(nèi)試驗，在有條件時將其結(jié)果與現(xiàn)場資料進行對比，磁致伸縮儀是目前國際上廣泛使用的測試材料空蝕穩(wěn)定性的儀器。
目前，在液體中摻氣以減免空蝕的方法已在工程中廣泛采用，有的通過對過流面的摻氣的確起到了減免空蝕的效果。但是，摻氣減蝕的效果直接與摻氣濃度有關，當摻氣濃度低于臨界免蝕摻氣濃度時將達不到最佳的減蝕效果。因此，對于各種材料的臨界免蝕摻氣濃度值的測量尤為重要。但現(xiàn)在仍沒有一種方法能測試材料在摻氣措施下的空蝕穩(wěn)定性，更不要說是測量其臨界免蝕摻氣濃度值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述傳統(tǒng)磁致伸縮儀存在的不足，提供一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，利用磁致伸縮儀進行測量，其特征在于所述的測量材料在測量時其測試液為氣液混合液。
本發(fā)明的目的還可以通過以下技術方案進一步實現(xiàn)前述的一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，根據(jù)試件試驗要求確定所用磁致伸縮儀振動頻率、振幅、功率，在測試液中摻入氣體，摻氣濃度分別為C1，C2，C3，…，CN時進行實驗，所有試驗均在相同試液溫度下進行；根據(jù)試件測試要求確定一定的試驗周期，在試驗的不同時段取下試件進行質(zhì)量測定；先用清洗液清洗，然后烘干，待自然冷卻至室溫時，置于精度大于等于0.1mg的電子分析天平上稱重；根據(jù)試驗實測數(shù)據(jù)，作出試件損失質(zhì)量與摻氣濃度和試驗時間的關系曲線，即可得到該試件在實驗溫度下臨界免蝕摻氣濃度。
前述的一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，其特征在于所述的清洗溶液為丙酮溶液、汽油。
前述的一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，其特征在于所述的摻氣濃度CN中的N為自然數(shù)。
由于采用以上方案，本發(fā)明很好的克服了原有磁致伸縮儀的不足，可以直接測量摻氣情況下試件的空蝕穩(wěn)定性，關鍵還可以測量在不同摻氣濃度下試件的空蝕穩(wěn)定性，具有一定的實用價值。
本發(fā)明的目的、優(yōu)點和特點，將通過下面優(yōu)選實施例的非限制說明進行圖示和解釋，這些實施例僅作為例子給出的。


圖1為本發(fā)明使用的具有摻氣功能的磁致伸縮儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明第一個實施例的試件損失質(zhì)量與摻氣濃度、時間關系圖。
圖3為本發(fā)明第二個實施例的試件損失質(zhì)量與摻氣濃度、時間關系圖。
圖4為本發(fā)明第三個實施例的試件損失質(zhì)量與摻氣濃度、時間關系圖。
圖1中主要部件附圖標記說明11鎳振子12變幅桿 13試件14裝有試液的容器21氣泵 22控制閥23氣壓表24通氣管 25氣孔板26通氣孔圖2、圖3中 未摻氣 摻氣濃度C1 摻氣濃度C2 摻氣濃度C3—— 摻氣濃度C4圖4中
未摻氣 摻氣濃度C5 摻氣濃度C6 摻氣濃度C7 摻氣濃度C8具體實施方式
如圖1、圖2所示，一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，利用磁致伸縮儀進行測量，所述的測量材料在測量時其測試液為氣液混合液。根據(jù)試件試驗要求確定所用磁致伸縮儀振動頻率、振幅、功率，在測試液中摻入氣體，摻氣濃度分別為C1，C2，C3，…，CN時進行實驗，所述的摻氣濃度CN中的N為自然數(shù)。所有試驗均在相同試液溫度下進行；根據(jù)試件測試要求確定一定的試驗周期，在試驗的不同時段取下試件進行質(zhì)量測定；先用清洗液清洗，清洗溶液為丙酮溶液、汽油等，然后烘干，待自然冷卻至室溫時，置于精度值大于等于0.1mg的電子分析天平上稱重；根據(jù)試驗實測數(shù)據(jù)，作出試件失質(zhì)量與摻氣濃度和試驗時間的關系曲線，即可得到該試件在實驗溫度下臨界免蝕摻氣濃度。所述實驗用的磁致伸縮儀，包括磁化電源、超聲波發(fā)生器、鎳振子11、變幅桿12、試件13、裝有試液的容器14，還含有摻氣裝置和氣泡發(fā)生裝置。磁化電源、超聲波發(fā)生器、鎳振子11組成產(chǎn)生高頻振蕩的設備，產(chǎn)生高頻振蕩的設備使變幅桿12產(chǎn)生軸向高頻振動，帶動試件13，使浸沒在試液中的試件13產(chǎn)生空蝕破壞。摻氣裝置由氣泵21、控制閥22、氣壓表23組成，通過通氣管24與裝有試液的容器14的底部連通。摻氣裝置可向裝有試液的容器14中摻氣，使本發(fā)明可測量摻氣措施對減免材料空蝕的效果。由氣泵21泵入氣體，控制閥22控制氣體的流量，由通氣管24將氣體通入裝有試液的容器14中，起摻氣作用，便可測試試件13在摻氣作用下的空蝕穩(wěn)定性。摻氣裝置中的控制閥22調(diào)節(jié)氣體的流量，氣壓表23可以觀察通入裝有試液的容器14中氣體的壓力，通過控制閥22的調(diào)節(jié)和氣壓表23的壓力顯示，就可以得到想要通入裝有試液的容器14中的氣體濃度，比較不同摻氣濃度下試件13的空蝕穩(wěn)定性。在裝有試液的容器14中還有氣泡發(fā)生裝置，氣泡發(fā)生裝置由氣孔板25與通氣孔26組成，通氣孔26有一定的規(guī)格和排列方式，氣體經(jīng)過氣泡發(fā)生裝置后，氣泡的大小可通過改變氣孔板25與試件13的垂直距離來控制，氣孔板25與試件13的垂直距離越大，到達試件13與試液接觸面的氣泡也越大，反之亦然。這樣就可以測量不同摻氣濃度下試件的空蝕穩(wěn)定性，更好的模擬了實際產(chǎn)生空蝕的環(huán)境，因此能更好的運用到實際環(huán)境中去。
實施例一氣孔板采用厚度為3mm的有機玻璃，氣孔孔徑0.15mm，開孔率49％，梅花形布置。
本實施例所用磁致伸縮儀的振動頻率為19.3kHz，振幅為50μm，功率為1000W，試件為0Cr13Ni9Ti不銹鋼，所用試液為水，如圖1所示，在本發(fā)明的磁致伸縮儀裝有試液的容器14中加入水，將0Cr13Ni9Ti不銹鋼試件13裝在磁致伸縮儀變幅桿12下端，調(diào)節(jié)試件13高度，使試件13剛好浸沒在水中3mm，啟動磁致伸縮儀，使試件13在水中軸向高頻振動，由于磁致伸縮儀的振動頻率為19.3kHz，振幅為50μm，功率為1000W，因此試件13振動頻率也為19.3kHz，振幅也為50μm。試驗周期為10h，每隔1小時取下試件13，先用丙酮溶液清洗，然后烘干，待自然冷卻至室溫時，置于精度值為0.1mg的電子分析天秤上稱重，記下測量結(jié)果。直至該試件試驗結(jié)束，換一個相同的試件，啟動摻氣裝置，向裝有試液的容器14內(nèi)摻氣，調(diào)節(jié)控制閥22，觀察氣壓表23，使氣壓為P1＝0.001MPa，相應的摻氣濃度為C1，在這個摻氣濃度下按上述同樣的方法，試驗周期為10h，每隔1小時取下試件，用同樣的方法測量試件質(zhì)量，記下結(jié)果。重換相同的試件，重新調(diào)節(jié)控制閥22，在氣壓為P2＝0.0015MPa，相應的摻氣濃度為C2時以同樣方法測量試件的質(zhì)量變化。再換相同的試件，再重新調(diào)節(jié)控制閥22，在氣壓為P3＝0.002MPa，摻氣濃度為C3時以同樣方法測量試件的質(zhì)量變化。在控制閥22全開時，氣壓P4＝0.034MPa，摻氣濃度為C4，以同樣方法測量試件的質(zhì)量變化，10小時后的質(zhì)量損失為0。其中，由于閥門開度逐漸變大，氣壓P1＜P2＜P3＜P4，相應的摻氣濃度值C1＜C2＜C3＜C4。氣壓PN下?lián)綒鉂舛菴N值采用摻氣儀測量得到，根據(jù)多組測量數(shù)據(jù)可以擬合出這一系統(tǒng)的氣壓～摻氣濃度的函數(shù)關系式，從而可以氣壓表讀數(shù)直接計算出相應的摻氣濃度。根據(jù)試驗實測數(shù)據(jù)，作出了試件損失質(zhì)量與摻氣濃度和試驗時間的關系曲線，見圖2。由圖2可知，摻氣濃度越大，單位時間內(nèi)質(zhì)量損失約小，當達到某一臨界值CX1時(C3＜CX1≤C4)，該試件將不會發(fā)生空蝕破壞，這一實驗條件下的臨界免蝕摻氣濃度值CX1可以通過在C3、C4之間內(nèi)插足夠多次的試驗得到。
實施例二試驗設備同實施例一，試件材料為經(jīng)過1000℃固液處理+600℃回火熱處理的CrMnN不銹鋼。試驗方法和試驗條件與實施例一完全相同。
根據(jù)試驗實測數(shù)據(jù)，作出試件損失質(zhì)量與摻氣濃度和試驗時間的關系曲線，見圖3。摻氣濃度值C1＜C2＜C3＜C4，與實施例一中對應相等。這一實驗條件下的臨界免蝕摻氣濃度值CX2可以通過在C3、C4之間內(nèi)插足夠多次的試驗得到。
實施例三拆除實施例一、二中氣孔板25，采用微孔布氣法摻氣。摻氣裝置采用杭州藍科環(huán)?？萍加邢薰镜膠y型可變微孔曝氣器，合成橡膠膜片直徑Φ200mm，曝氣器尺寸Φ215mm，曝氣器所發(fā)生的氣泡直接≤3mm。其它試驗條件、試件及方法步驟同實施例一。摻氣濃度和試驗時間的關系曲線如圖4所示。
由于系統(tǒng)構(gòu)造不同，在相同的氣壓下，摻氣濃度與實施例一和二中的不相等。在氣壓表23的讀數(shù)分別為P1＝0.001MPa，P2＝0.0015，P3＝0.002MPa，P4＝0.034MPa時，相應的的摻氣濃度值為C5、C6、C7、C8。
這一實驗條件下的臨界免蝕摻氣濃度值CX3可以通過在C7、C8之間內(nèi)插足夠多次的試驗得到。
在實際工程中，使用與試件相同材料的設備，在與試驗條件相同的工況下運行，只要設備與相同試液接觸面處的摻氣濃度大于等于臨界摻氣濃度CXn(n為自然數(shù))，即可避免空蝕破壞，從而保證設備安全運行。
上述只是一種具有摻氣功能的磁致伸縮儀。產(chǎn)生高頻振蕩的設備使變幅桿產(chǎn)生軸向高頻振動，通過變幅桿使剛好浸沒在試液中的試件軸向振動而產(chǎn)生空蝕破壞。摻氣裝置通過通氣管與裝有試液的容器連通，通氣管插在裝有試液的容器的下部，氣體通過通氣管就可以進入到浸沒試件的溶液中，起到摻氣作用，從而可測量摻氣措施對減免材料空蝕的效果。通過改變進氣的濃度，也可以進一步測量不同摻氣濃度下試件的空蝕穩(wěn)定性。由于氣泡發(fā)生裝置的存在，氣體通過氣泡發(fā)生裝置后，氣泡的大小就可以得到改變，這樣就可以進行不同摻氣濃度、不同氣泡大小情況下試件空蝕穩(wěn)定性的測量，從而可以確定材料的臨界免蝕摻氣濃度。
除上述實例外，本發(fā)明還可以有另外的實施方式。凡采用同等替換或等效變換在試件和試液接觸面摻氣的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，利用磁致伸縮儀進行測量，其特征在于所述的測量材料在測量時其測試液為氣液混合液。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，其特征在于根據(jù)試件試驗要求確定所用磁致伸縮儀振動頻率、振幅、功率，在測試液中摻入氣體，摻氣濃度分別為C1，C2，C3，...，CN時進行實驗，所有試驗均在相同試液溫度下進行；根據(jù)試件測試要求確定一定的試驗周期，在試驗的不同時段取下試件進行質(zhì)量測定；先用清洗溶液清洗，然后烘干，待自然冷卻至室溫時，置于精度值大于等于0.1mg的電子分析天平上稱重；根據(jù)試驗實測數(shù)據(jù)，作出試件損失質(zhì)量與摻氣濃度和試驗時間的關系曲線，即可得到該試件在實驗溫度下臨界免蝕摻氣濃度。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，其特征在于所述的清洗溶液為丙酮溶液、汽油。
4.根據(jù)權(quán)利2所述的一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，其特征在于所述的摻氣濃度CN中的N為自然數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測量材料臨界免蝕摻氣濃度值的方法，測量材料在測量時其測試液為氣液混合液。其根據(jù)試件試驗要求確定所用磁致伸縮儀功率、振幅，在測試液中摻入氣體，摻氣濃度分別為C1，C2，C3，…，CN時進行實驗；根據(jù)試件測試要求確定一定的試驗周期，并將試驗周期等份分割，在試驗周期分割點時取下試件進行質(zhì)量測定；先用清洗溶液清洗，然后烘干，待自然冷卻至室溫時，置于精度值大于等于0.1mg的電子分析天平上稱重；根據(jù)所測數(shù)據(jù)，作出試件損失質(zhì)量與摻氣濃度和試驗時間的關系曲線，即可得到該試件在實驗溫度下臨界免蝕摻氣濃度。
文檔編號G01N5/04GK1773247SQ20051009487
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者吳建華, 嚴忠民, 駱超, 阮仕平 申請人:河海大學