一种旋转式冲蚀磨损试验装置的组合式叶轮的制作方法

本发明属于搅拌设备领域，具体涉及一种旋转式冲蚀磨损试验装置的组合式叶轮，它适用于防止固体颗粒物沉降的液固两相流体的搅拌场合。

背景技术：
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液固两相流冲蚀磨损现象普遍存在于冶金、化工、采矿、水电等行业，是引起各种料浆泵、阀、管道等过流部件快速损坏的重要原因。根据不同工况条件，使用适当的冲蚀磨损装置和方法来研究液固两相流冲蚀磨损规律和机理、合理选用过流部件材料及防护，降低过流部件损坏速度、延长使用寿命具有重要意义。液固两相流冲蚀磨损试验装置主要有旋转式、喷射式、管流式和组合式四种。旋转式因其设备简单、成本低、实验周期短等优点, 适用于模拟和分析料浆泵叶轮、搅拌桨等旋转部件在稀料浆或单相流体中的冲蚀磨损行为。旋转式冲蚀磨损试验装置中，通常采用带有叶片的叶轮(旋转盘)来搅拌料浆液以防止固体颗粒物沉降，使固体颗粒物与液体充分混合并高速旋转，从而使液固两相或多相流体高速冲击试样表面，研究和分析液固两相或多相流体对材料的冲蚀磨损规律和机理。可见，叶轮是旋转式冲蚀磨损试验装置的一个关键部件。叶轮材料使用较多的为耐磨合金（不锈钢或普通钢材），叶轮形状较多的为盘状或简易十字形叶片。

目前旋转式冲蚀磨损试验装置使用的叶轮搅拌方式主要存在以下问题：

（1）耐磨合金叶轮自身重量大。当转速超过800r/min时，电机及旋转主轴出现明显晃动，叶轮运行中出现不平稳现象。

（2）叶轮形状为盘状或简易十字形叶片，耐磨耐腐蚀性差，使用寿命短，需要经常更换维修。

（3）叶轮形状结构设计不合理，搅拌料浆液效果不理想。

技术实现要素：
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综上所述，为了克服现有旋转式冲蚀磨损试验装置中搅拌叶轮存在的问题，本发明提供了一种旋转式冲蚀磨损试验装置的组合式叶轮，它应用于旋转式冲蚀磨损试验装置中可以模拟具有腐蚀性的单相、液固两相或多相流体的工况条件。叶轮材质选用超高分子量聚乙烯，该材质的组合叶轮经长期液固冲蚀磨损试验表明，具有较好的耐磨和耐腐蚀性能；与普通不锈钢材料叶轮相比显著的减轻了叶轮重量，高速冲蚀磨损试验过程中叶轮和主轴运行平稳，安全可靠性，电机使用寿命得到提高，叶轮材料及制造成本显著降低。

本发明技术方案是这样实现的：

一种旋转式冲蚀磨损试验装置的组合式叶轮，其中，所述的组合式叶轮包括上叶片、连接套筒、下叶片和上螺钉、下螺钉，所述上叶片为八片齿状结构，下叶片为六片齿状叶片结构，上叶片通过上螺钉固定在连接套筒的上端，下叶片通过下螺钉固定在连接套筒的下端构成组合式叶轮。

进一步，所述的上叶片为八片齿状叶片, 八片齿状叶片等角度分布在圆环四周。

进一步，所述的下叶片为六片齿状叶片，六片齿状叶片等角度分布在圆环四周。

进一步，所述的组合式叶轮的上叶片、连接套筒和下叶片的材料为高分子量聚乙烯。

进一步，所述的上螺钉、下螺钉的数量至少为六个。

进一步，所述的上螺钉、下螺钉为304不锈钢螺钉。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的组合式叶轮重量轻使冲蚀磨损装置试验运行过程平稳，使用过程中如果组合式叶轮的某一组件（包括上叶片、下叶片、连接套筒及螺钉等，其中下叶片为易损件）出现问题可单独更换，其它组件可继续使用，节约了原材料成本，维修、更换方便；

（2）旋转式冲蚀磨损试验装置的组合式叶轮采用分体式结构设计，下叶片为主要工作部件，其作用是搅拌浆料防止固体颗粒沉降，下叶片齿部磨损后，只需更换下叶片即可继续使用，拆卸方便，维修成本低。

（3）旋转式冲蚀磨损试验装置的组合式叶轮是采用超高分子量聚乙烯材料加工而成的，具有重量轻的特点；根据使用过的三种材料中、相同尺寸规格的叶轮称重结果为：规格304的不锈钢叶轮的重量为1945g；聚四氟乙烯叶轮的重量为867g；本发明所用超高分子量聚乙烯材料的组合叶轮为357g；即规格304不锈钢、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯三种材料叶轮的重量比约为5.5:2.4: 1；由此可见，本发明用超高分子量聚乙烯材料加工的叶轮重量轻；

（4）使用本发明所述组合式叶轮可以在更高转速下进行冲蚀磨损试验（已进行1200r/min下的长时间试验），电机、主轴和叶轮运行平稳，安全可靠性好；由于可以在高速下进行加速冲蚀磨损试验，试验时间可以缩短，提高了试验效率。组合叶轮抗冲刷腐蚀磨损性能好；本发明所提供的叶轮在含固体颗粒及有腐蚀性的料浆液介质中具有优异的抗冲刷腐蚀磨损性能，使用寿命长；

（5）旋转式冲蚀磨损试验装置的组合式叶轮搅拌作用强，料浆液均匀性好，组合式叶轮的下叶片组件结构为圆环形四周等角度分布六片齿状叶片，搅拌作用强且均匀性好，降低紊流现象，冲蚀磨损试验数据重现性好。

附图说明：

图1为本发明工作状态的结构示意图；

图2为本发明组合式叶轮的结构示意图；

图3为本发明组合式叶轮的组装示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，1-伺服电机，电机主轴2，3-料浆罐，4-流体，5-组合式叶轮，6-被测试样,7-试样保护装置；如图2所示，5-1为上螺钉，5-2为键槽，5-3为上叶片，5-4为连接套筒，5-5为下叶片；如图3所示，5-6为下螺钉。

参见图1-3。一种旋转式冲蚀磨损试验装置的组合式叶轮，包括旋转式冲蚀磨损试验装置的伺服电机1，电机主轴2等，所述的组合式叶轮5包括上叶片5-3、连接套筒5-4、下叶片5-5和上螺钉5-1、下螺钉5-6，所述上叶片5-3为八片齿状叶片, 八片齿状叶片等角度分布在圆环四周，下叶片5-5为六片齿状叶片，六片齿状叶片等角度分布在圆环四周；上叶片5-3通过上螺钉5-1固定在连接套筒5-4的上端，下叶片5-5通过下螺钉5-6固定在连接套筒5-4的下端，该结构构成组合式叶轮5；组合式叶轮5装在电机主轴2上。组合式叶轮5的上叶片5-3、连接套筒5-4和下叶片5-5的材料为高分子量聚乙烯；所述的上螺钉5-1、下螺钉5-6的数量为六个，是采用304不锈钢螺钉。

如图1所示，旋转式冲蚀磨损试验装置的伺服电机1的转速可根据实际需要选择不同型号的伺服电机，伺服电机1带动电机主轴2转动，电机主轴2转动带动组合式叶轮5对料浆罐3中具有的腐蚀性的单相、液固两相或多相流体4进行搅拌。如图2、3所示，上叶片5-3通过上螺钉5-1装在连接套筒5-4的上端，下叶片5-5通过下螺钉5-6装在连接套筒5-4的下端，上螺钉5-1、下螺钉5-6采用304不锈钢螺钉；上叶片5-3、连接套筒5-4、下叶片5-5、通过上螺钉5-1、下螺钉5-6连接构成组合式叶轮；如图1、2所示，上叶片5-3的中间位置上设置有键槽5-2，组合叶轮5通过键槽5-2装在电机主轴2上，靠电机主轴2上端部的螺母固定。上叶片5-3或下叶片5-5磨损严重时可单独更换。

本发明的工作过程如下：参见图1-3。

1、首先将制作好的上叶片5-3、连接套筒5-4、下叶片5-5通过上螺钉5-1、下螺钉5-6装配成组合式叶轮5；然后，通过平键将组合式叶轮5（组合式叶轮5的上叶片5-3中间孔设置的键槽5-2）安装到电机主轴2上，通过电机主轴2端部的螺母固定，保证组合式叶轮5正常工作（此步骤为对新制作组合式叶轮进行试验，每次试验只需观察组合式叶轮5的磨损状况和检查组合式叶轮5的安装是否牢固）；

2、安装试验用的被测试样6，固定好试样保护装置7，按试验要求向料浆罐3内加入所需流体4（料浆液）；料浆罐3的位置可通过控制按钮上下运动进行调整至合适的高度(组合式叶轮5距离料浆罐底部的最小距离为10cm)。通过控制系统调整试验所需电机转速和冲蚀磨损试验时间进行试验；

3、试验完毕，通过天平可以称量冲蚀磨损失重量，利用显微镜观察冲蚀磨损后试样表面形貌，分析冲蚀磨损机理；每次试验结束，应对组合式叶轮5和料浆罐3内壁清洗干净，然后进行下一次试验。

经过试验，采用旋转式冲蚀磨损试验装置的组合式叶轮替代现有的304不锈钢叶轮，可以进行更高转速下的冲蚀磨损试验（已进行1200转/分下的长时间试验），电机和转轴运行平稳；由于可以在高速下进行加速冲蚀磨损试验，试验时间可以缩短，提高了试验效率。