水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，包括動力系統、穩壓箱、自動加砂裝置、試驗段和沉砂池，屬于水利工程材料試驗領域。利用流速越高壓力越小原理設計試驗裝置，在加砂桶內砂體的頂部和底部形成壓力差，實現高壓系統內壓差作用下的自動加砂，形成高速挾砂水流，在試驗段喉口挾砂水流流速達到最大值，出現負壓，發生強空化，固定在喉口后的試件將受到挾砂水流空蝕和沖磨的雙重作用。本實用新型專利技術在高壓系統內壓差的作用下實現自動加砂，不需要額外動力，且高速挾砂水流僅出現在試驗段，避免了對裝置其他部位的磨損。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種試驗裝置，具體說是一種水工混凝土沖磨和空蝕混合作用試驗裝置，屬于水利工程材料試驗領域。
技術介紹
沖刷磨損和空蝕破壞是水工泄水建筑物普遍存在的工程問題。統計資料顯示，我國70%以上的大型水利工程泄水設施存在沖磨和空蝕破壞，尤其近年來隨著工程規模的不斷擴大，高壩下泄水流已達到50m/s級的超高流速，泄水建筑物的沖磨空蝕問題日益突出。 因此，為解決這一工程技術難題，關于水工高性能混凝土抗蝕材料的研究始終沒有停止過， 優異的抗蝕材料不斷涌現，對于新型材料需要進行抗沖磨防空蝕性能的考察和評價。目前，研究水工混凝土的抗沖磨防空蝕性能主要采用對比試驗的方法，抗沖磨試驗如最常見的水下鋼球法、高速水砂法等，抗空蝕試驗如縮放型空蝕發生裝置等，通過對比試驗可以得出不同材料的相對抗沖磨或抗空蝕強度，以便對材料進行評價和優選。然而，已有的方法和裝置只能進行單一破壞作用下的試驗，而實際工程中，水工建筑物過流表面會受到挾砂水流沖磨和空蝕的共同作用，兩種破壞作用相互促進、相互影響，較為復雜，非一般單一破壞作用所能表征。因此，為能準確反映水工混凝土的抗沖磨和防空蝕性能，需要開發一種新的裝置和試驗方法，能夠模擬沖磨和空蝕的混合作用。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種能夠模擬高速水流沖磨和空蝕混合作用的試驗裝置。本技術達到上述目的的技術方案是水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，包括動力系統、穩壓箱、自動加砂裝置、 試驗段和沉砂池。動力系統采用三相電機驅動多級增壓離心泵為整個裝置供水，水流經進水管系進入穩壓箱，穩壓箱一端接試驗段，頂部通過連通管與加砂桶相連，加砂桶與試驗段喉口前的收縮段相接，試驗段后接沉砂池，最后水流回水庫形成循環。水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，在縮放型空蝕發生器的基礎上，根據流速越高壓力越小原理設計試驗裝置，在加砂桶內砂體的頂部和底部形成壓力差，實現高壓系統內壓差作用下的自動加砂，形成高速挾砂水流，在裝置收縮段喉口部位，挾砂水流流速達到最大值，出現負壓，發生強空化，固定在喉口后擴散段的試件將受到挾砂水流空蝕和沖磨的雙重作用。所述試驗裝置的動力系統，采用額定功率為120kw的三相電機驅動額定流量為 60L/s的多級增壓離心泵為整個裝置供水。所述試驗裝置的自動加砂裝置，主要由砂桶、蓋板、排氣管、觀察窗、輸砂管和控制閥門組成，砂桶頂部與穩壓箱相連，輸砂管與試驗段喉口前的收縮段相連，由于穩壓箱斷面尺寸較大，箱內水流流速較低，靜壓較大，待水流到達試驗段，斷面尺寸迅速減小，水流流3速顯著增大，靜壓較小，因此，砂桶頂部壓力將明顯大于輸砂管出口壓力，在上下壓差的作用下，砂粒被自動吸入水中，形成挾砂水流。所述試驗裝置的試驗段，包括收縮段、試件槽和擴散段，試驗段前后采用壓力表監測系統內壓力，喉口后壓力對空蝕狀態影響較大，因此采用閥門進行調節，以達到強空蝕狀態，試件固定于試件槽內，表面將受到挾砂強空化水流的沖磨空蝕作用。所述試驗裝置的沉砂池，采用較大斷面尺寸以降低斷面流速，使砂粒沉淀，以防砂粒進入水庫，同時可以測量水流的含砂量，以便控制試驗工況。所述試驗裝置屬于高壓系統，所有管系均采用高壓無縫鋼管，所有閥門均采用可承壓25kg的高壓閥門。所述試驗裝置試驗段水流流速最大可達60m/s，能夠滿足各級流速的試驗要求。本技術具有如下優點(1)利用裝置內的壓力分布特征，在高壓系統內壓差的作用下實現自動加砂，形成挾砂水流，不需要額外動力；(2)本裝置在沖磨空蝕發生位置之前形成挾砂水流，之后砂粒迅速沉淀，有效避免了對裝置其他部位的磨損。附圖說明圖1為水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置的正視圖。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本技術作進一步的詳細說明。水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，采用多級增壓離心泵為整個裝置供水， 水流進入穩壓箱1，穩壓箱1 一端漸縮與試驗段2相連，穩壓箱頂部通過連通管3與加砂桶 4相連，加砂桶頂部設置桶蓋5，桶內為試驗用砂6，側壁設置觀察窗7，桶蓋頂設置排氣管8 用于排出系統內的氣體，加砂桶通過輸砂管9與試驗段喉口 10前的收縮段相接，輸砂管中間布置閥門11控制加砂量，混凝土試件12固定于試驗段喉口后擴散段，試驗段后接尾水控制閥門13，然后水流進入沉砂池14，最后水流回水庫形成循環，試驗段前后采用壓力表15 監測系統內壓力。試驗前打開加砂桶桶蓋向桶內加入試驗用砂，并通過側壁觀察窗觀察加砂量，桶蓋與加砂桶之間采用金屬墊片和螺栓密封，將稱量初始質量后的混凝土試件裝入試件槽， 隨后進行密封，開啟動力裝置為系統供水，通過試驗段前后的壓力表觀察系統壓力，打開加砂桶頂的排氣管排出系統內氣體，由于穩壓箱和試驗段斷面流速相差較大，加砂桶頂和輸砂管末端存在較大的壓力差，打開輸砂管控制閥門，砂粒會在壓差的作用下自動摻入水流， 形成了挾砂水流，在試驗段喉口部位，過流斷面最小，挾砂水流流速達到最大值，出現負壓， 發生強空化，固定在喉口后擴散段的混凝土試件將受到挾砂水流空蝕和沖磨的雙重作用。 調節水流速度至試驗要求進行試驗，試驗達到規定時間后，稱量沖磨和空蝕共同作用后試件的質量，根據質量差、作用面積和作用時間計算蝕損率。權利要求1.水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，包括動力系統、穩壓箱、自動加砂裝置、試驗段和沉砂池，其特征在于所述的動力系統采用三相電機驅動多級增壓離心泵為整個裝置供水，水流經進水管系進入穩壓箱，穩壓箱一端接試驗段，頂部通過連通管與加砂桶相連，加砂桶與試驗段喉口前的收縮段相接，試驗段后接沉砂池，最后水流回水庫形成循環。2.如權利要求1所述的水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，其特征在于動力系統采用額定功率為120kw的三相電機驅動額定流量為60L/s的多級增壓離心泵。3.如權利要求1所述的水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，其特征在于自動加砂裝置包括砂桶、蓋板、排氣管、觀察窗、輸砂管和控制閥門，砂桶頂部與穩壓箱相連，輸砂管與試驗段喉口前的收縮段相連，由于穩壓箱斷面尺寸較大，箱內水流流速較低，靜壓較大，待水流到達試驗段，斷面尺寸迅速減小，水流流速顯著增大，靜壓較小，砂桶頂部壓力將明顯大于輸砂管出口壓力，在上下壓差的作用下，砂子被自動吸入水中，形成挾砂水流。4.如權利要求1所述的水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，其特征在于試驗段水流流速最大可達60m/s。5.如權利要求1 4任一所述的水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，其特征在于 所有管系為高壓無縫鋼管，所有閥門為高壓閥門。專利摘要本技術水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗裝置，包括動力系統、穩壓箱、自動加砂裝置、試驗段和沉砂池，屬于水利工程材料試驗領域。利用流速越高壓力越小原理設計試驗裝置，在加砂桶內砂體的頂部和底部形成壓力差，實現高壓系統內壓差作用下的自動加砂，形成高速挾砂水流，在試驗段喉口挾砂水流流速達到最大值，出現負壓，發生強空化，固定在喉口后的試件將受到挾砂水流空蝕和沖磨的雙重作用。本技術在高壓系統內壓差的作用下實現自動加砂，不需要額外動力，且高速挾砂水流僅出現在試驗段，避免了對裝置其他部位的磨損。文檔編號G01N3/56GK202216882SQ20112031367公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月26日 本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王新，駱少澤，張陸陳，王河生，袁強，胡亞安，
申請(專利權)人：水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院，
類型：實用新型
國別省市：