一种材料的抗汽蚀性能测试装置的制作方法

本实用新型属于材料抗汽蚀性能评估技术领域，具体涉及到一种材料的抗汽蚀性能测试装置。

背景技术：

汽轮机末级叶片在实际服役过程中，长期受到含有水滴与微颗粒的湿蒸汽的汽蚀。汽流中夹带着二次水滴高速冲击运行中的末级叶片，会导致叶片的边缘出现蜂窝状的缺陷组织，尤其是叶片的进汽边顶部和出汽边根部，进而形成大量微小的裂纹，导致叶片抗疲劳性能降低，从而改变叶片的振动特性，削弱叶片强度，使叶片的汽动性能恶化。这种恶化体现在缩小叶片局部截面面积，改变原有的动力学线型，增加表面粗糙度，严重降低末级叶片的运行效率。汽轮机末级叶片的动能转化占据整体机组的很大比例，是机组运行热经济性的关键部位。一旦发生叶片失效，严重时会引起汽轮机发电机组强烈振动等巨大事故。

有鉴于此，末级叶片的抗汽蚀性能对汽轮机制造商意义重大，有必要对汽轮机叶片材料的抗汽蚀性能进行针对性地测试，从而评估机组运行的安全性与可靠性。

目前，常见的材料抗汽蚀性能测试的方法与装备主要集中体现在液滴对材料表面的水锤与冲击波作用，例如中国专利文献公开：“汽轮机叶片水蚀试验装置”(公开号：cn101140210a，公开日：2008年3月12日)、“材料抗水蚀性能测试方法及装置”(公开号：cn102621057a，公开日：2012年8月1日)、“汽轮机叶片材料及强化涂层抗汽蚀和腐蚀性能试验系统”(公开号：cn104502214a，公开日：2015年4月8日)、“高压水射流旋转冲击水蚀实验装置”(公开号：cn102252927a，公开日：2011年11月23日)等。汽轮机叶片在实际服役环境中，同时受到来自液滴的冲击波、水锤压力以及液相中气泡的溃灭产生的高温高压微射流的作用。而以上的这些测试设备与手段只能实现单一气体或者液滴对材料作用的测试，而不能全面地评估实际工况中叶片材料的抗汽蚀性能。

此外，在实际的末级叶片服役过程中，存在于液相中的气泡溃灭时，在微秒到纳秒的时间内，瞬间释放出高温高压的微射流，对材料表面产生剧烈的空化效应与活化效应，而专利：“一种材料抗汽蚀性能测试系统”(申请公布号：cn106323851a，申请公布日：2017.01.11)仅仅依靠高压水喷嘴和高压气喷嘴是不可能模拟出汽轮机末级叶片实际服役过程中的空化效应与活化效应，与汽轮机机组实际服役情况不吻合。

技术实现要素：

本实用新型要克服现有评估手段的上述缺点，开发一套兼顾液滴冲击波、水锤作用、空化效应与活化效应的抗汽蚀性能测试装置。

本实用新型通过以下技术方案实现：

本实用新型所采用的技术方案是，一种材料的抗汽蚀性能测试装置，包括供水系统、测试系统、激光系统。

所述供水系统包括依次连接的水箱、高压水发生器、高压水喷嘴。所述水箱底部装有磁性搅拌器，用于给水箱内的水体进行搅拌。

所述测试系统包括箱体，箱体内设有夹具、轴、轴承底座、箱体、升降台，所述箱体采用透明材质，高压水喷嘴设置在箱体的开口上。

所述夹具夹持所述待测试试样。

所述轴承底座通过所述轴与所述夹具相连。

所述升降台固定在测试箱体的底部。所述轴承座固定在升降台上表面。

所述升降台位于所述高压水喷嘴的喷水方向，确保所述高压水喷嘴喷出的所述水射流射在所述待测试试样的表面。所述升降台用于改变所述待测试试样的上下位置。

所述轴上安装有电机，所述轴承底座上安装有分度盘。所述电机与分度盘用于控制所述夹具旋转的角度，进而控制所述待测试试样与所述水射流之间的夹角。

所述箱体底部设有排水口，所述排水口安装有排水阀。

所述激光系统包括沿激光光路依次设置的激光器、第一振镜、第二振镜、聚焦镜，所述激光器为脉冲激光器，激光光路通过所述两个振镜的反射与所述聚焦镜的折射，最终激光聚焦所产生的激光光斑位于所述待测试试样上方的水射流中。所述两个振镜控制所述光斑的水平位置。

优选地，所述水箱与所述高压水发生器之间设有水泵、液体流量阀。

本实用新型的工作原理在于：

本实用新型主要通过所述激光器在所述水射流中聚焦产生高温高压的气泡，利用所述气泡溃灭产生的空化效应与活化效应、所述水射流的水锤与冲击波作用，实现对实际汽轮机叶片服役工况的模拟，进而测试待测试试样的抗汽蚀性能。

本实用新型的有益效果主要表现在：

本实用新型为解决材料抗汽蚀性能测试问题，开发的一套兼顾液滴冲击波、水锤作用、空化效应与活化效应的抗汽蚀性能测试装置，进而真实客观全面地反映出待测试试样的抗汽蚀性能。该套装置可为汽轮机末级叶片的抗汽蚀性能研究提供极大的帮助。

本实用新型能够实现不同水体、气泡位置、数量及角度的可自由调控的材料抗汽蚀性能测试，使测试试验的模拟环境更加真实化，数据可靠性更强。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型。

本实用新型所述的一种材料的抗汽蚀性能测试装置，包括供水系统、测试系统、激光系统。

所述供水系统包括依次连接的水箱16、高压水发生器15、高压水喷嘴6。所述水箱16底部装有磁性搅拌器，对水箱16内的水体进行搅拌。

所述水箱16与高压水发生器15之间通过供水管相连，水箱与高压水发生器之间设有水泵、液体流量阀。

所述高压水发生器15与所述高压水喷嘴6之间用供水管相连。

所述高压水喷嘴6安装在所述测试系统的顶部。

所述测试系统包括箱体14，箱体14内装有夹具10、轴11、轴承底座12、排水口、箱体14、升降台13。所述箱体14采用透明材质，高压水喷嘴6设置在箱体14的开口上。

所述夹具10夹持所述待测试试样9。

所述轴承底座12通过所述轴11与所述夹具10相连。

所述升降台13固定在所述测试箱体14的底部。所述轴承底座12固定在所述升降台13上表面。

所述升降台13固定在所述高压水喷嘴6的正下方，确保所述高压水喷嘴6喷出的所述水射流7射在所述待测试试样9的表面。所述升降台13用于改变待测试试样9的上下位置。

所述轴11上安装有电机，所述轴承底座12上安装有分度盘。所述电机与分度盘用于控制夹具10旋转的角度，进而控制所述待测试试样9与水射流7之间的夹角。

所述测试箱体14底部设有排水口17，所述排水口17安装有排水阀。

所述激光系统包括沿激光光路依次设置的激光器1、第一振镜2、第二振镜3、聚焦镜4。激光光路5通过所述第一振镜2、第二振镜3的反射与所述聚焦镜4的折射，最终激光聚焦所产生的激光光斑位于所述待测试试样9上方的高压水射流7中。所述两个振镜2、3控制所述激光光斑的水平位置。

本实用新型的使用方法为：

测试开始时，将所述待测试试样9固定在所述夹具10上。接着，控制所述电机，使所述待测试试样9转到指定的角度。然后打开激光器1的指示光源，通过调节所述升降台13与所述两个振镜2、3，使得所述指示光源的光斑聚焦到所述待测试试样9上方的指定位置。光斑聚焦点到所述待测试试样9的距离一般是0.5～20毫米，较佳范围是2～10毫米。

随后，添加水体到所述水箱中，利用所述磁性搅拌器搅拌水体。待水体搅拌至均匀后，打开所述液体流量阀，所述高压水发生器产生所述水射流7从所述高压水喷嘴6射出至待测试试样9表面。

最后，启动所述激光器1的激光光源，激光脉冲能量作用于所述待测试试样9上方的水射流7中，从而产生局部高温，使所述激光光斑内的液体瞬间汽化，形成气泡8。所述气泡8在所述水体中长大并溃灭，瞬间释放出高温高压的微射流，对所述待测试试样9表面产生剧烈的空化效应与活化效应。此外，气泡8数量可以通过改变激光脉冲的占空比进行调整。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。