[发明专利]液－固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机

说明书

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验设备，特别涉及液-固二相流冲蚀磨损试验设备与气蚀试验设备。

背景技术

在含泥沙的水环境中工作的机器或机械中的过流部件，例如，水轮机叶轮、水泵的过流部件、输水管线等，通常遭遇的是液-固二相流冲蚀和气蚀两种磨损过程耦合的损伤工况。目前普遍采用的分别孤立地研究液-固二相流冲蚀磨损和气蚀的方式，无法揭示材料在液-固二相流冲蚀与气蚀两种磨损过程耦合工况下的损伤行为。因此，摩擦学界和工程界要求设计出一种液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机。

发明的内容

本发明提出了一种液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机，它将内缸套2同轴地置于外钢套1内，磁致伸缩换能器3穿过外缸套1和内缸套2，磁致伸缩换能器3一端的变幅杆4上安装气蚀试样22的端头伸入卧式水缸，卧式水缸的水平轴线上装一根空心主轴5，空心主轴5的一端与主轴6连接，另一端装冲蚀试样盘20。

图1中，由外缸套1和内缸套2共同组成夹层结构的卧式水缸，夹层中可通过循环冷却水进口17和循环冷却水出口18，通入循环流动的冷却水，对试验过程中产生的热量进行冷却。卧式水缸中的试验水是通过试验水的进口15泵入的。排出试验水时，通过试验水的溢水和排水口16用泵抽出。试验用的砂粒可预先盛入内缸套2内。

一个磁致伸缩换能器3穿过外缸套1和内缸套2，被垂直安装在卧式水缸上，磁致伸缩换能器3的一端是变幅杆4，变幅杆4上用于安装气蚀试样22的端头伸入到卧式水缸内，使所安装的气蚀试样22能浸没在装入卧式水缸的水中。由于磁致伸缩换能器3产生的磁致伸缩效应，使变幅杆4产生与交变电流频率相同的交变伸缩，当交变电流的频率与磁致伸缩换能器3的固有频率一致时，安装着气蚀试样22的变幅杆4的端面振动最强烈，向水中辐射出超声波，使水中产生超声振动，从而提供气蚀条件，使气蚀试样22受到气蚀磨损。

卧式水缸同时又是容纳液-固二相(水+砂粒)介质的容器。在卧式水缸的水平轴线上安装了一根空心主轴5，空心主轴5的一端与主轴6连接，另一端装配冲蚀试样转盘20。若干个冲蚀试样21被安装在冲蚀试样转盘20上。当空心主轴5随着主轴6旋转起来后，一同旋转起来的冲蚀试样转盘20产生搅水作用，提供液-固二相(水+砂粒)流的冲蚀条件，使冲蚀试样21受到冲蚀磨损。

通过控制，可使作用于试样22的气蚀磨损过程和作用于试样21的冲蚀磨损过程分别单独进行，这时进行的是无交互作用的各自独立的气蚀磨损试验(对于气蚀试样22)和冲蚀磨损试验(对于冲蚀试样21)。

如果在冲蚀试样转盘20旋转产生搅水作用的状况下进行气蚀磨损试验，这时对于气蚀试样22进行的是有冲蚀和气蚀交互作用的冲蚀与气蚀复合磨损试验。在进行这类试验时，冲蚀试样转盘20上可不安装冲蚀试样21。

主轴6带动空心主轴5进而带动冲蚀试样转盘20旋转的动力由电机19提供。电机19的输出轴的轴心线、主轴6的轴心线以及空心主轴5的轴心线相互重合。在电机19的输出轴上安装一个磁外转子9，在主轴6上安装一个磁内转子7，在磁外转子9和磁内转子7之间用一个非磁性材料制成的卧式杯形隔离套8将它们彼此隔开。隔离套8的圆周壁与其侧壁为一整体，隔离套8的开口一侧通过静密封环12与外缸套1后壁上相应的孔位连接，从而将磁内转子7完全封闭在由外缸套1和隔离套8构成的连通空间内。于是，磁外转子9、磁内转子7和隔离套8共同构成一个磁力联轴器，能够借助于磁场将电机19的旋转力矩传递给主轴6。

当内缸套2中充满水时，水也同时充满隔离套8的空腔。为了不使带有砂粒的液-固二相(水+砂粒)流对主轴6的滑动轴承10发生磨损作用，采用一种背压水系统。通过背压水进口13和与之相连的滑动轴承座11上的背压水连通管14，将一股压力高于内缸套2中水压(一个大气压)的清水引入隔离套8的空腔，使隔离套8的水压高于内缸套2的水压，让这股带有压力的清水从隔离套8的空腔透过装在滑动轴承座11上的滑动轴承10的间隙渗入到内缸套2内，这股带有压力的清水的固定流动，能够起到阻止带有砂粒的液-固二相(水+砂粒)流进入滑动轴承10的间隙中，从而发挥保护主轴的滑动轴承的作用。这股容量不大的带有压力的清水进入内缸套2内后，会使内缸套2内的总水量略有增加，增加的水量可通过试验水的溢水和排水口16，自动溢出。

由外缸套1和内缸套2共同组成夹层结构的卧式水缸以及电机19都被安装在机架23上。

本发明具有如下有益效果：