[发明专利]一种水蚀试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水蚀试验装置，属于流体机械技术领域。

背景技术

汽轮机叶片失效是导致电厂停机的主要原因之一。汽轮机末级叶片水蚀指工作在湿蒸汽区的动叶片与气流中夹带的二次水滴高速撞击，导致末级叶片表面材料损伤并剥离的现象。汽轮机末级叶片出汽边水蚀所形成的锯齿状毛刺会造成应力集中和减小叶型根部截面的面积，影响叶片的振动特性，极大削弱了叶片的强度，使叶栅的气动性能恶化，级效率下降；叶片严重的水蚀增加了断裂的危险性，有时会引起叶片的断裂破坏而导致机组发生强烈振动等恶性事故，对汽轮机的安全运行造成威胁。因此，减少和防止末级叶片失效对于汽轮机的安全运行有着重要意义。

为了了解水蚀破坏机理，建立准确的水蚀计算准则和研究有优良抗水蚀性能的材料或工艺应进行试验研究，但直接在实物上进行试验是不可取的。国内外许多汽轮机厂和实验室都建有水蚀试验装置，大多为转盘式和摇臂式。利用拖动电机来提高水滴或水柱与试验材料的撞击速度，模拟叶片水蚀过程。但速度较低、耗能高、不平衡引起振动等，难以精确模拟水蚀破坏过程和对水蚀破坏状况进行评估。Min Ku Lee等人发明了一种能精确控制的脉冲水滴水蚀试验装置，但其设备结构复杂、费用昂贵。中国专利ZL200710018830.7也公开了一种汽轮机叶片水蚀试验装置。该装置采用电机带动增速器带动叶片高速旋转，水滴由喷嘴和振动器产生，通过调节叶片转速来提高叶片和水滴的撞击速度来模拟叶片和水滴的高速撞击过程。由于该装置通过叶片转速来调节撞击速度，同时撞击过程中水滴在空间是无序分布的，不能实现压力和破坏区域的精确控制，导致试验时间较长。为此，有必要寻求结构简单、价格低廉、易于控制的设备来进行水蚀试验。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种结构简单、价格低廉、易于控制、试验时间短的水蚀试验装置。

实现本发明的目的技术方案是：水蚀试验装置由高压脉冲水射流装置及工件装夹台组成；高压脉冲水射流装置包括水箱、泵水装置，泵水装置与水箱连接，泵水装置的出水管接有回水管和射流管，射流管上装有压力表和喷嘴，回水管与水箱相连，回水管上设有泄压阀；喷嘴设在工件装夹台的上方；还包括控制板，控制板通过导线与高压脉冲水射流装置的泵水装置、压力表、泄压阀及工件装夹台的电机、升降装置连接。

所述工件装夹台包括设有夹具的转盘，转盘的周边设有带排水孔的挡边，转盘装在电机上，电机装在升降装置上。

所述泵水装置采用三柱塞泵。

本发明采用高压脉冲水射流装置来模拟叶片的水蚀过程。在高压脉冲水滴的冲击下，材料的破坏特征与水蚀破坏具有相似之处，并且高压脉冲水射流设备压力可调，可以加快材料破坏的进程，缩短水蚀试验时间。

在实际运行的300MW，600MW汽轮机末级叶片中，其运行温度在100℃以下，动叶片与气流中夹带的水滴的相对撞击速度在300-400m/s。根据国内外所做的汽轮机叶片水蚀试验知道，其水滴速度一般都在500m/s以下。根据射流流速简化的表达式其中υ_t为射流流速(m/s)，p为射流压力(MPa)。计算表明，在额定压力为150Mpa时，水射流速度可达500m/s左右，完全可以满足水蚀试验的要求。本装置与现有技术相比，具有设备结构简单，同时又能精确模拟水蚀试验过程，大幅度降低了试验成本，易于控制、试验时间短的优点。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2a、图2b是本发明用不同时间采用不同脉冲射流压力对材料水蚀失重的影响曲线图。

图3是采用本发明所进行的材料水蚀速率与水蚀时间的关系曲线图。

图4是不锈钢2Cr13、高铬铸铁以及司太立合金的平均水蚀深度与水蚀时间的关系曲线图。

图5是高铬铸铁以及司太立合金的平均水蚀深度与水蚀时间的关系曲线图。

具体实施方式