專利名稱：液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及摩擦磨損試驗(yàn)設(shè)備，特別涉及液-固二相流沖蝕磨損試驗(yàn) 設(shè)備與氣蝕試驗(yàn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
在含泥沙的水環(huán)境中工作的機(jī)器或機(jī)械中的過流部件，例如，水輪機(jī) 葉輪、水泵的過流部件、輸水管線等，通常遭遇的是液-固二相流沖蝕和 氣蝕兩種磨損過程耦合的損傷工況。目前普遍采用的分別孤立地研究液_ 固二相流沖蝕磨損和氣蝕的方式，無法揭示材料在液-固二相流沖蝕與氣 蝕兩種磨損過程耦合工況下的損傷行為。因此，摩擦學(xué)界和工程界要求 設(shè)計(jì)出一種液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明提出了一種液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)，它將內(nèi)缸套2同軸地置于外鋼套1內(nèi)，磁致伸縮換能器3穿過外缸套1和內(nèi)缸 套2，磁致伸縮換能器3 —端的變幅桿4上安裝氣蝕試樣22的端頭伸入 臥式水缸，臥式水缸的水平軸線上裝一根空心主軸5，空心主軸5的一 端與主軸6連接，另一端裝沖蝕試樣盤20。圖1中，由外缸套1和內(nèi)缸套2共同組成夾層結(jié)構(gòu)的臥式水缸，夾 層中可通過循環(huán)冷卻水進(jìn)口 17和循環(huán)冷卻水出口 18，通入循環(huán)流動(dòng)的 冷卻水，對(duì)試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行冷卻。臥式水缸中的試驗(yàn)水是通 過試驗(yàn)水的進(jìn)口 15泵入的。排出試驗(yàn)水時(shí)，通過試驗(yàn)水的溢水和排水口 16用泵抽出。試驗(yàn)用的砂?？深A(yù)先盛入內(nèi)缸套2內(nèi)。一個(gè)磁致伸縮換能器3穿過外缸套1和內(nèi)缸套2，被垂直安裝在臥 式水缸上，磁致伸縮換能器3的一端是變幅桿4，變幅桿4上用于安裝 氣蝕試樣22的端頭伸入到臥式水缸內(nèi)，使所安裝的氣蝕試樣22能浸沒 在裝入臥式水缸的水中。由于磁致伸縮換能器3產(chǎn)生的磁致仲縮效應(yīng)， 使變幅桿4產(chǎn)生與交變電流頻率相同的交變伸縮，當(dāng)交變電流的頻率與 磁致伸縮換能器3的固有頻率一致時(shí)，安裝著氣蝕試樣22的變幅桿4 的端面振動(dòng)最強(qiáng)烈，向水中輻射出超聲波，使水中產(chǎn)生超聲振動(dòng)，從而 提供氣蝕條件，使氣蝕試樣22受到氣蝕磨損。臥式水缸同時(shí)又是容納液-固二相(水+砂粒)介質(zhì)的容器。在臥式 水缸的水平軸線上安裝了一根空心主軸5，空心主軸5的一端與主軸6 連接，另一端裝配沖蝕試樣轉(zhuǎn)盤20。若干個(gè)沖蝕試樣21被安裝在沖蝕 試樣轉(zhuǎn)盤20上。當(dāng)空心主軸5隨著主軸6旋轉(zhuǎn)起來后， 一同旋轉(zhuǎn)起來的 沖蝕試樣轉(zhuǎn)盤20產(chǎn)生攪水作用，提供液-固二相(水+砂粒)流的沖蝕條 件，使沖蝕試樣21受到?jīng)_蝕磨損。通過控制，可使作用于試樣22的氣蝕磨損過程和作用于試樣21的 沖蝕磨損過程分別單獨(dú)進(jìn)行，這時(shí)進(jìn)行的是無交互作用的各自獨(dú)立的氣 蝕磨損試驗(yàn)(對(duì)于氣蝕試樣22)和沖蝕磨損試驗(yàn)(對(duì)于沖蝕試樣21)。如果在沖蝕試樣轉(zhuǎn)盤20旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生攪水作用的狀況下進(jìn)行氣蝕磨損 試驗(yàn)，這時(shí)對(duì)于氣蝕試樣22進(jìn)行的是有沖蝕和氣蝕交互作用的沖蝕與氣 蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)。在進(jìn)行這類試驗(yàn)時(shí)，沖蝕試樣轉(zhuǎn)盤20上可不安裝沖蝕 試樣21。主軸6帶動(dòng)空心主軸5進(jìn)而帶動(dòng)沖蝕試樣轉(zhuǎn)盤20旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力由電機(jī) 19提供。電機(jī)19的輸出軸的軸心線、主軸6的軸心線以及空心主軸5 的軸心線相互重合。在電機(jī)19的輸出軸上安裝一個(gè)磁外轉(zhuǎn)子9，在主軸 6上安裝一個(gè)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子7，在磁外轉(zhuǎn)子9和磁內(nèi)轉(zhuǎn)子7之間用一個(gè)非磁性 材料制成的臥式杯形隔離套8將它們彼此隔開。隔離套8的圓周壁與其 側(cè)壁為一整體，隔離套8的開口一側(cè)通過靜密封環(huán)12與外缸套1后壁上
相應(yīng)的孔位連接，從而將磁內(nèi)轉(zhuǎn)子7完全封閉在由外缸套1和隔離套8 構(gòu)成的連通空間內(nèi)。于是，磁外轉(zhuǎn)子9、磁內(nèi)轉(zhuǎn)子7和隔離套8共同構(gòu) 成一個(gè)磁力聯(lián)軸器，能夠借助于磁場(chǎng)將電機(jī)19的旋轉(zhuǎn)力矩傳遞給主軸6。當(dāng)內(nèi)缸套2中充滿水時(shí)，水也同時(shí)充滿隔離套8的空腔。為了不使 帶有砂粒的液-固二相(水+砂粒)流對(duì)主軸6的滑動(dòng)軸承10發(fā)生磨損作 用，采用一種背壓水系統(tǒng)。通過背壓水進(jìn)口 13和與之相連的滑動(dòng)軸承座 11上的背壓水連通管14，將一股壓力高于內(nèi)缸套2中水壓(一個(gè)大氣壓) 的清水引入隔離套8的空腔，使隔離套8的水壓高于內(nèi)缸套2的水壓， 讓這股帶有壓力的清水從隔離套8的空腔透過裝在滑動(dòng)軸承座11上的滑 動(dòng)軸承10的間隙滲入到內(nèi)缸套2內(nèi)，這股帶有壓力的清水的固定流動(dòng)， 能夠起到阻止帶有砂粒的液-固二相(水+砂粒)流進(jìn)入滑動(dòng)軸承10的間 隙中，從而發(fā)揮保護(hù)主軸的滑動(dòng)軸承的作用。這股容量不大的帶有壓力 的清水進(jìn)入內(nèi)缸套2內(nèi)后，會(huì)使內(nèi)缸套2內(nèi)的總水量略有增加，增加的 水量可通過試驗(yàn)水的溢水和排水口 16，自動(dòng)溢出。由外缸套l和內(nèi)缸套2共同組成夾層結(jié)構(gòu)的臥式水缸以及電機(jī)19 都被安裝在機(jī)架23上。本發(fā)明具有如下有益效果1. 將液-固二相流沖蝕與氣蝕兩種類型的磨損試驗(yàn)手段有效地復(fù)合 在一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)上，提供在液-固二相流沖蝕和氣蝕兩種磨損過程耦合情況 下研究材料損傷行為的試驗(yàn)手段。2. 采用磁力聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)，取消了轉(zhuǎn)動(dòng)中的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了無 泄漏設(shè)計(jì)，徹底解決了液體介質(zhì)中磨損試驗(yàn)普遍存在的介質(zhì)泄漏問題。3. 采用背壓水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能對(duì)主軸的滑動(dòng)軸承起保護(hù)作用，解決 了液-固二相流沖蝕試驗(yàn)裝置中普遍存在的帶有砂粒的液-固二相(水+ 砂粒)流對(duì)主軸的滑動(dòng)軸承發(fā)生磨損作用，導(dǎo)致試驗(yàn)裝置經(jīng)常需耍更換
滑動(dòng)軸承的問題。4.根據(jù)本發(fā)明制造出的液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)的 實(shí)際使用效果已證實(shí)，本發(fā)明能可靠地提供一種在液-固二相流沖蝕和氣 蝕兩種磨損過程耦合情況下研究材料損傷行為的試驗(yàn)手段。


圖l液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)的原理示意圖。 l-外缸套，2-內(nèi)缸套，3-磁致伸縮換能器，4-變幅桿，5-空心主 軸，6-主軸，7-磁內(nèi)轉(zhuǎn)子，8-隔離套，9-磁外轉(zhuǎn)子，10-滑動(dòng)軸承， 11-滑動(dòng)軸承座，12-靜密封環(huán)，13-背壓水進(jìn)口， 14-背壓水連通管，15-試驗(yàn)水的進(jìn)口 ， 16-試驗(yàn)水的溢水和排水口 ， 17-循環(huán)冷卻水進(jìn)口 ， 18-循環(huán)冷卻水出口， 19-電機(jī)，20-沖蝕試樣轉(zhuǎn)盤，21-沖蝕試樣，22-氣蝕試樣，23-機(jī)架。
具體實(shí)施方式
將內(nèi)缸套2同軸地置于外鋼套1內(nèi)，磁致伸縮換能器3穿過外缸套 1和內(nèi)缸套2，磁致伸縮換能器3 —端的變幅桿4上安裝氣蝕試樣22的 端頭伸入臥式水缸，臥式水缸的水平軸線上裝一根空心主軸5，空心主 軸5的一端與主軸6連接，另一端裝沖蝕試樣盤20。電機(jī)19的輸出軸 的軸心線、主軸6的軸心線以及空心主軸5的軸心線相互重合。在電機(jī) 19的輸出軸上安裝一個(gè)磁外轉(zhuǎn)子9，在主軸6上安裝一個(gè)磁內(nèi)轉(zhuǎn)子7， 在磁外轉(zhuǎn)子9和磁內(nèi)轉(zhuǎn)子7之間用一個(gè)非磁性材料制成的臥式杯形隔離 套8將它們彼此隔開。通過背壓水進(jìn)口 13和與之相連的滑動(dòng)軸承座11 上的背壓水連通管14，使隔離套8的空腔與外部的一臺(tái)水泵接通。
權(quán)利要求
1.一種液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)，其特征在于內(nèi)缸套2同軸地置于外鋼套1內(nèi)，磁致伸縮換能器3穿過外缸套1和內(nèi)缸套2，磁致伸縮換能器3一端的變幅桿4上安裝氣蝕試樣22的端頭伸入臥式水缸，臥式水缸的水平軸線上裝一根空心主軸5，空心主軸5的一端與主軸6連接，另一端裝沖蝕試樣盤20。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)，其 特征在于其中一個(gè)磁致伸縮換能器穿過外缸套1和內(nèi)缸套2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)，其 特征在于其中一臺(tái)電機(jī)19的輸出軸上安裝磁外轉(zhuǎn)子9， 一根主軸6 上安裝磁內(nèi)轉(zhuǎn)子7，在磁外轉(zhuǎn)子9和磁內(nèi)轉(zhuǎn)子7之間裝隔離套8。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的一種液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)，其 特征在于其中一個(gè)背壓水進(jìn)口 13與背壓水連通管14連通，背壓水連 通管14裝在滑動(dòng)軸承座11上。
全文摘要
提出的液-固二相流沖蝕與氣蝕復(fù)合磨損試驗(yàn)機(jī)，它將內(nèi)缸套2同軸地置于外鋼套1內(nèi)，磁致伸縮換能器3穿過外缸套1和內(nèi)缸套2，磁致伸縮換能器3一端的變幅桿4上安裝氣蝕試樣22的端頭伸入臥式水缸，臥式水缸的水平軸線上裝一根空心主軸5，空心主軸5的一端與主軸6連接，另一端裝沖蝕試樣盤20?？商峁┮?固二相流沖蝕條件和氣蝕條件。
文檔編號(hào)G01N3/56GK101149321SQ20071005324
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月17日
發(fā)明者健 李, 肖德軍, 高萬振 申請(qǐng)人:武漢材料保護(hù)研究所