專利名稱：磁致伸縮儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試空蝕穩(wěn)定性的裝置。具體的說(shuō)，是一種磁致伸縮儀。
背景技術(shù)：
空蝕是在一定的環(huán)境溫度條件下，液體介質(zhì)中因局部壓力變化致使空泡形成和潰滅，材料連續(xù)受到高壓、高速微射流沖擊作用產(chǎn)生的表面破壞?；鹆Πl(fā)電廠的燃?xì)鉁u輪機(jī)和水電站的水機(jī)等常因空蝕引起局部早期失效而導(dǎo)致效率降低、使用壽命降低和設(shè)備檢修費(fèi)用大大增加，造成十分驚人的能源和材料損失。例如，某水電站水輪機(jī)空蝕破壞嚴(yán)重，每2年就要大修一次，全廠11臺(tái)機(jī)組檢修費(fèi)高達(dá)660萬(wàn)元?？梢?jiàn)造成的損失很嚴(yán)重。
空蝕涉及材料力學(xué)性能和流動(dòng)條件，如材料的硬度、抗疲勞性能、環(huán)境流體的速度、壓力等眾多因素，是當(dāng)今造船、水工、宇航、化工等工業(yè)發(fā)展的主要障礙。材料抗空蝕剝蝕的能力通常用空蝕穩(wěn)定性表示。研究材料的抗空蝕性能通常用兩種方式，一種是對(duì)某種材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原型實(shí)驗(yàn)，但試驗(yàn)歷時(shí)較長(zhǎng)，也不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，困難較大；另一種是利用室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，在有條件時(shí)將其結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行對(duì)比。磁致伸縮儀是目前國(guó)際上廣泛使用的測(cè)試材料空蝕穩(wěn)定性的儀器，如圖1所示為傳統(tǒng)的磁致伸縮儀結(jié)構(gòu)示意圖，試件13在變幅桿12的底部，產(chǎn)生高頻振蕩的設(shè)備使變幅桿12軸向高頻振動(dòng)，通過(guò)變幅桿12軸向高頻振動(dòng)，從而使浸沒(méi)在裝有試液的容器14中的試件13產(chǎn)生空蝕破壞，從而測(cè)試試件材料的空蝕穩(wěn)定性。
目前，在液體中摻氣以減免空蝕的方法已在工程中廣泛采用，有的通過(guò)對(duì)過(guò)流面的摻氣的確起到了減免空蝕的效果。但是，摻氣減蝕的效果直接與摻氣濃度有關(guān)，當(dāng)摻氣濃度低于臨界免蝕摻氣濃度時(shí)將達(dá)不到最佳的減蝕效果。因此，對(duì)于各種材料的臨界免蝕摻氣濃度值的測(cè)量尤為重要。但現(xiàn)在仍沒(méi)有一種裝置能測(cè)試材料在摻氣措施下的空蝕穩(wěn)定性，更不要說(shuō)是測(cè)量其臨界免蝕摻氣濃度值。在傳統(tǒng)的磁致伸縮儀中，沒(méi)有摻氣裝置，無(wú)法測(cè)量摻氣措施對(duì)減免材料空蝕的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述傳統(tǒng)磁致伸縮儀存在的不足，提供一種具有摻氣功能的可以測(cè)試材料在摻氣措施下的空蝕穩(wěn)定性的磁致伸縮儀。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種磁致伸縮儀，包括產(chǎn)生高頻振蕩的設(shè)備、變幅桿、試件、裝有試液的容器，其特征在于還含有摻氣裝置和氣泡發(fā)生裝置，所述摻氣裝置與裝有試液的容器連通，所述氣泡發(fā)生裝置設(shè)在裝有試液的容器的內(nèi)部。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)方案進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)前述的磁致伸縮儀，其中所述摻氣裝置通過(guò)通氣管與裝有試液的容器連通。
前述的磁致伸縮儀，其中所述摻氣裝置包括有氣泵、控制閥、氣壓表，控制閥設(shè)在通氣管上位于氣泵的出氣端處，氣壓表設(shè)在通氣管上位于控制閥的出氣端處，氣壓表、控制閥、氣泵通過(guò)通氣管相連通。
前述的磁致伸縮儀，其中所述氣泡發(fā)生裝置為氣孔板，在氣孔板上設(shè)有通氣孔。
前述的磁致伸縮儀，其中所述氣孔板活動(dòng)的設(shè)在裝有試液的容器內(nèi)，氣孔板的周邊與裝有試液的容器的內(nèi)壁觸接。
前述的磁致伸縮儀，其中所述通氣管插在裝有試液的容器的下部。
產(chǎn)生高頻振蕩的設(shè)備使變幅桿產(chǎn)生軸向高頻振動(dòng)，使剛好浸沒(méi)在試液中的試件軸向振動(dòng)而產(chǎn)生空蝕破壞。摻氣裝置通過(guò)通氣管與裝有試液的容器連通，通氣管插在裝有試液的容器的下部，氣體通過(guò)通氣管就可以進(jìn)入到浸沒(méi)試件的溶液中，起到摻氣作用，從而可測(cè)量摻氣措施對(duì)減免材料空蝕的效果。通過(guò)改變進(jìn)氣量，可以進(jìn)一步測(cè)量不同摻氣濃度下試件的空蝕穩(wěn)定性。由于氣泡發(fā)生裝置的存在，氣體通過(guò)氣泡發(fā)生裝置后，氣泡的大小就可以得到改變，這樣就可以進(jìn)行不同摻氣濃度、不同氣泡大小情況下試件空蝕穩(wěn)定性的測(cè)量，從而可以確定材料的臨界免蝕摻氣濃度。
由于采用以上方案，本發(fā)明很好的克服了原有磁致伸縮儀的不足，可以直接測(cè)量摻氣情況下試件的空蝕穩(wěn)定性，關(guān)鍵還可以測(cè)量在不同摻氣濃度與不同氣泡大小下試件的空蝕穩(wěn)定性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過(guò)下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制說(shuō)明進(jìn)行圖示和解釋，這些實(shí)施例僅作為例子給出的。


圖1為傳統(tǒng)的磁致伸縮儀結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明的磁致伸縮儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的試件損失質(zhì)量與摻氣濃度、時(shí)間關(guān)系圖。
圖4為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的試件損失質(zhì)量與摻氣濃度、時(shí)間關(guān)系圖。
圖1、圖2中主要部件附圖標(biāo)記說(shuō)明11鎳振子 12變幅桿 13試件 14裝有試液的容器21氣泵22控制閥 23氣壓表24通氣管25氣孔板 26通氣孔 a冷卻水圖3、圖4中 未摻氣 摻氣濃度C1 摻氣濃度C2 摻氣濃度C3 摻氣濃度C具體實(shí)施方式
如圖2所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，一種特殊的磁致伸縮儀，包括磁化電源、超聲波發(fā)生器、鎳振子11、變幅桿12、試件13、裝有試液的容器14，還含有摻氣裝置和氣泡發(fā)生裝置。磁化電源、超聲波發(fā)生器、鎳振子11組成產(chǎn)生高頻振蕩的設(shè)備，產(chǎn)生高頻振蕩的設(shè)備使變幅桿12產(chǎn)生軸向高頻振動(dòng)，使浸沒(méi)在試液中的試件13產(chǎn)生空蝕破壞。摻氣裝置由氣泵21、控制閥22、氣壓表23組成，通過(guò)通氣管24與裝有試液的容器14的底部相連。摻氣裝置可向裝有試液的容器14中摻氣，使本發(fā)明可測(cè)量摻氣措施對(duì)減免材料空蝕的效果。由氣泵21泵入氣體，控制閥22控制氣體的流量，由通氣管24將氣體通入裝有試液的容器14中，起摻氣作用，便可測(cè)試試件13在摻氣作用下的空蝕穩(wěn)定性。摻氣裝置中的控制閥22調(diào)節(jié)氣體的流量，氣壓表23可以觀察通入裝有試液的容器14中氣體的壓力，通過(guò)控制閥22的調(diào)節(jié)和氣壓表23的壓力顯示，就可以得到想要通入裝有試液的容器14中的氣體濃度，比較不同摻氣濃度下試件13的空蝕穩(wěn)定性。在裝有試液的容器14中還有氣泡發(fā)生裝置，氣泡發(fā)生裝置由氣孔板25與通氣孔26組成，通氣孔26有一定的規(guī)格和排列方式，氣體經(jīng)過(guò)氣泡發(fā)生裝置后，到達(dá)試件13與試液接觸面的氣泡大小可通過(guò)改變氣孔板25與試件13的垂直距離來(lái)控制，氣孔板25與試件13的垂直距離越大，到達(dá)試件13與試液接觸面的氣泡也越大，反之亦然。這樣就可以測(cè)量不同摻氣濃度與不同氣泡大小下試件的空蝕穩(wěn)定性，更好的模擬了實(shí)際產(chǎn)生空蝕的環(huán)境，因此能更好的運(yùn)用到實(shí)際環(huán)境中去。
實(shí)施例一氣孔板采用厚度為3mm的有機(jī)玻璃，氣孔孔徑0.15mm，開孔率49％，梅花形布置。
本實(shí)施例所用磁致伸縮儀的振動(dòng)頻率為19.3kHz，振幅為50μm，功率為1000W，試件為OCr13Ni9Ti不銹鋼，所用試液為水，如圖2所示，在本發(fā)明的磁致伸縮儀裝有試液的容器14中加入水，將試件13裝在磁致伸縮儀變幅桿12下端，調(diào)節(jié)試件13高度，使試件13剛好浸入水中3mm，啟動(dòng)磁致伸縮儀，使試件13在水中軸向高頻振動(dòng)，由于磁致伸縮儀的振動(dòng)頻率為19.3kHz，振幅為50μm，功率為1000W，因此試件13振動(dòng)頻率也為19.3kHz，振幅也為50μm。試驗(yàn)周期為10h，每隔1小時(shí)取下試件13，先用丙酮溶液清洗，然后烘干，待自然冷卻至室溫時(shí)，置于精度值為0.1mg的電子分析天秤上稱重，記下測(cè)量結(jié)果。直到該試件試驗(yàn)結(jié)束，換一個(gè)相同的試件，啟動(dòng)摻氣裝置，向裝有試液的容器14內(nèi)摻氣，調(diào)節(jié)控制閥22，觀察氣壓表23，使氣壓為P1＝0.001MPa，相應(yīng)的摻氣體濃度為C1，在這個(gè)摻氣濃度下按上述同樣的方法，試驗(yàn)周期為10h，每隔1小時(shí)取下試件，用同樣的方法測(cè)量試件質(zhì)量，記下結(jié)果。重?fù)Q相同的試件，重新調(diào)節(jié)控制閥22，在氣壓為P2＝0.0015MPa，相應(yīng)的摻氣濃度C2時(shí)以同樣方法測(cè)量試件的質(zhì)量變化。再換相同的試件，再重新調(diào)節(jié)控制閥22，在氣壓為P3＝0.002MPa，相應(yīng)的摻氣濃度C3時(shí)以同樣方法測(cè)量試件的質(zhì)量變化。在控制閥22全開時(shí)，氣壓P4＝0.034MPa，相應(yīng)的摻氣濃度為C4，以同樣方法測(cè)量試件的質(zhì)量變化，10小時(shí)后的質(zhì)量損失為0。
由于閥門開度逐漸變大，氣壓P1＜P2＜P3＜P4，相應(yīng)的摻氣濃度值C1＜C2＜C3＜C4。氣壓PN下?lián)綒鉂舛菴N值采用摻氣儀測(cè)量得到，根據(jù)多組測(cè)量數(shù)據(jù)可以擬合出這一系統(tǒng)的氣壓與摻氣濃度的函數(shù)關(guān)系式，從而可以以氣壓表讀數(shù)直接計(jì)算出相應(yīng)的摻氣濃度。
根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，作出試件損失質(zhì)量與摻氣濃度和試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖3。由圖3可知，摻氣濃度越大，單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)量損失越小，當(dāng)達(dá)到某一臨界值CX1時(shí)(C3＜CX1≤C4)，該試件將不會(huì)發(fā)生空蝕破壞，這一實(shí)驗(yàn)條件下的臨界免蝕摻氣濃度值CX1可以通過(guò)在C3、C4之間內(nèi)插足夠多次的試驗(yàn)得到。
實(shí)施例二本實(shí)施例采用試件材料為經(jīng)過(guò)1000℃固液處理+600℃回火熱處理的CrMnN不銹鋼。試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件與實(shí)施例一完全相同。
根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，作出試件損失質(zhì)量與摻氣濃度和試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖4。氣壓與分別為P1、P2、P3、P4，摻氣濃度值C1＜C2＜C3＜C4，與實(shí)施例一中相同。這一實(shí)驗(yàn)條件下的臨界免蝕摻氣濃度值CX2可以通過(guò)在C3、C4之間內(nèi)插足夠多次的試驗(yàn)得到。
在實(shí)際工程中，使用與試件相同材料的設(shè)備，在與試驗(yàn)條件相同的工況下運(yùn)行，只要設(shè)備與相同試液接觸面處的摻氣濃度大于等于臨界摻氣濃度CX，即可避免空蝕破壞，從而保證設(shè)備安全運(yùn)行。
由以上兩個(gè)實(shí)施例可以看出，本設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)克服了傳統(tǒng)磁致伸縮儀試液只能是液相的缺點(diǎn)；通過(guò)同一實(shí)施例中不同摻氣濃度下的試件質(zhì)量損失對(duì)比，可以定量分析摻氣減蝕的效果；試驗(yàn)條件相同下兩種不同材料的試件質(zhì)量損失對(duì)比又可以定量分析不同材料的抗空蝕性能；一定次數(shù)的試驗(yàn)可以得出材料的臨界免蝕摻氣濃度。
上述只是一種具有摻氣功能的磁致伸縮儀。除上述實(shí)例外，本發(fā)明還可以有另外的實(shí)施方式。凡采用同等替換或等效變換在試件和試液接觸面摻氣的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁致伸縮儀，包括產(chǎn)生高頻振蕩的設(shè)備、變幅桿、試件、裝有試液的容器，其特征在于還含有摻氣裝置和氣泡發(fā)生裝置，所述摻氣裝置與裝有試液的容器連通，所述氣泡發(fā)生裝置設(shè)在裝有試液的容器的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮儀，其特征在于所述摻氣裝置通過(guò)通氣管與裝有試液的容器連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮儀，其特征在于所述摻氣裝置包括有氣泵、控制閥、氣壓表，控制閥設(shè)在通氣管上位于氣泵的出氣端處，氣壓表設(shè)在通氣管上位于控制閥的出氣端處，氣壓表、控制閥、氣泵通過(guò)通氣管相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮儀，其特征在于所述氣泡發(fā)生裝置為氣孔板，在氣孔板上設(shè)有通氣孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁致伸縮儀，其特征在于所述氣孔板活動(dòng)的設(shè)在裝有試液的容器內(nèi)，氣孔板的周邊與裝有試液的容器的內(nèi)壁觸接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁致伸縮儀，其特征在于所述通氣管插在裝有試液的容器的下部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)試空蝕穩(wěn)定性的裝置，為一種磁致伸縮儀。本發(fā)明中產(chǎn)生高頻振蕩的設(shè)備使變幅桿產(chǎn)生軸向高頻振動(dòng)，使浸沒(méi)在試液中的試件產(chǎn)生空蝕破壞。摻氣裝置中的氣泵把氣體泵入試液中，通過(guò)摻氣裝置中的控制閥來(lái)改變?cè)囈褐械膿綒鉂舛龋@一摻氣濃度可根據(jù)事先率定的“氣壓—流量—摻氣濃度”關(guān)系函數(shù)，由氣壓表讀數(shù)換算得到，從而可測(cè)量在不同摻氣濃度下試件的空蝕穩(wěn)定性，直接為防止空蝕破壞提供定量的設(shè)計(jì)依據(jù)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N3/56GK1766548SQ20051009487
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者吳建華, 嚴(yán)忠民, 駱超, 阮仕平 申請(qǐng)人:河海大學(xué)