專(zhuān)利名稱(chēng)：水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種試驗(yàn)裝置，具體說(shuō)是一種水工混凝土沖磨和空蝕混合作用試驗(yàn)裝置，屬于水利工程材料試驗(yàn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(wèn)題。統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)70%以上的大型水利工程泄水設(shè)施存在沖磨和空蝕破壞，尤其近年來(lái)隨著工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高壩下泄水流已達(dá)到50m/s級(jí)的超高流速，泄水建筑物的沖磨空蝕問(wèn)題日益突出。 因此，為解決這一工程技術(shù)難題，關(guān)于水工高性能混凝土抗蝕材料的研究始終沒(méi)有停止過(guò)， 優(yōu)異的抗蝕材料不斷涌現(xiàn)，對(duì)于新型材料需要進(jìn)行抗沖磨防空蝕性能的考察和評(píng)價(jià)。目前，研究水工混凝土的抗沖磨防空蝕性能主要采用對(duì)比試驗(yàn)的方法，抗沖磨試驗(yàn)如最常見(jiàn)的水下鋼球法、高速水砂法等，抗空蝕試驗(yàn)如縮放型空蝕發(fā)生裝置等，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)可以得出不同材料的相對(duì)抗沖磨或抗空蝕強(qiáng)度，以便對(duì)材料進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)選。然而，已有的方法和裝置只能進(jìn)行單一破壞作用下的試驗(yàn)，而實(shí)際工程中，水工建筑物過(guò)流表面會(huì)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(jìn)、相互影響，較為復(fù)雜，非一般單一破壞作用所能表征。因此，為能準(zhǔn)確反映水工混凝土的抗沖磨和防空蝕性能，需要開(kāi)發(fā)一種新的裝置和試驗(yàn)方法，能夠模擬沖磨和空蝕的混合作用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型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(yàn)裝置。本實(shí)用新型達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置，包括動(dòng)力系統(tǒng)、穩(wěn)壓箱、自動(dòng)加砂裝置、 試驗(yàn)段和沉砂池。動(dòng)力系統(tǒng)采用三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)多級(jí)增壓離心泵為整個(gè)裝置供水，水流經(jīng)進(jìn)水管系進(jìn)入穩(wěn)壓箱，穩(wěn)壓箱一端接試驗(yàn)段，頂部通過(guò)連通管與加砂桶相連，加砂桶與試驗(yàn)段喉口前的收縮段相接，試驗(yàn)段后接沉砂池，最后水流回水庫(kù)形成循環(huán)。水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置，在縮放型空蝕發(fā)生器的基礎(chǔ)上，根據(jù)流速越高壓力越小原理設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置，在加砂桶內(nèi)砂體的頂部和底部形成壓力差，實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)內(nèi)壓差作用下的自動(dòng)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(dá)到最大值，出現(xiàn)負(fù)壓，發(fā)生強(qiáng)空化，固定在喉口后擴(kuò)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(yàn)裝置的動(dòng)力系統(tǒng)，采用額定功率為120kw的三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)額定流量為 60L/s的多級(jí)增壓離心泵為整個(gè)裝置供水。所述試驗(yàn)裝置的自動(dòng)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(mén)組成，砂桶頂部與穩(wěn)壓箱相連，輸砂管與試驗(yàn)段喉口前的收縮段相連，由于穩(wěn)壓箱斷面尺寸較大，箱內(nèi)水流流速較低，靜壓較大，待水流到達(dá)試驗(yàn)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(dòng)吸入水中，形成挾砂水流。所述試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)段，包括收縮段、試件槽和擴(kuò)散段，試驗(yàn)段前后采用壓力表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)壓力，喉口后壓力對(duì)空蝕狀態(tài)影響較大，因此采用閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到強(qiáng)空蝕狀態(tài)，試件固定于試件槽內(nèi)，表面將受到挾砂強(qiáng)空化水流的沖磨空蝕作用。所述試驗(yàn)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(jìn)入水庫(kù)，同時(shí)可以測(cè)量水流的含砂量，以便控制試驗(yàn)工況。所述試驗(yàn)裝置屬于高壓系統(tǒng)，所有管系均采用高壓無(wú)縫鋼管，所有閥門(mén)均采用可承壓25kg的高壓閥門(mén)。所述試驗(yàn)裝置試驗(yàn)段水流流速最大可達(dá)60m/s，能夠滿(mǎn)足各級(jí)流速的試驗(yàn)要求。本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)利用裝置內(nèi)的壓力分布特征，在高壓系統(tǒng)內(nèi)壓差的作用下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加砂，形成挾砂水流，不需要額外動(dòng)力；(2)本裝置在沖磨空蝕發(fā)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(duì)裝置其他部位的磨損。

圖1為水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置的正視圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置，采用多級(jí)增壓離心泵為整個(gè)裝置供水， 水流進(jìn)入穩(wěn)壓箱1，穩(wěn)壓箱1 一端漸縮與試驗(yàn)段2相連，穩(wěn)壓箱頂部通過(guò)連通管3與加砂桶 4相連，加砂桶頂部設(shè)置桶蓋5，桶內(nèi)為試驗(yàn)用砂6，側(cè)壁設(shè)置觀察窗7，桶蓋頂設(shè)置排氣管8 用于排出系統(tǒng)內(nèi)的氣體，加砂桶通過(guò)輸砂管9與試驗(yàn)段喉口 10前的收縮段相接，輸砂管中間布置閥門(mén)11控制加砂量，混凝土試件12固定于試驗(yàn)段喉口后擴(kuò)散段，試驗(yàn)段后接尾水控制閥門(mén)13，然后水流進(jìn)入沉砂池14，最后水流回水庫(kù)形成循環(huán)，試驗(yàn)段前后采用壓力表15 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)壓力。試驗(yàn)前打開(kāi)加砂桶桶蓋向桶內(nèi)加入試驗(yàn)用砂，并通過(guò)側(cè)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(chēng)量初始質(zhì)量后的混凝土試件裝入試件槽， 隨后進(jìn)行密封，開(kāi)啟動(dòng)力裝置為系統(tǒng)供水，通過(guò)試驗(yàn)段前后的壓力表觀察系統(tǒng)壓力，打開(kāi)加砂桶頂?shù)呐艢夤芘懦鱿到y(tǒng)內(nèi)氣體，由于穩(wěn)壓箱和試驗(yàn)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(kāi)輸砂管控制閥門(mén)，砂粒會(huì)在壓差的作用下自動(dòng)摻入水流， 形成了挾砂水流，在試驗(yàn)段喉口部位，過(guò)流斷面最小，挾砂水流流速達(dá)到最大值，出現(xiàn)負(fù)壓， 發(fā)生強(qiáng)空化，固定在喉口后擴(kuò)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(diào)節(jié)水流速度至試驗(yàn)要求進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，稱(chēng)量沖磨和空蝕共同作用后試件的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量差、作用面積和作用時(shí)間計(jì)算蝕損率。
權(quán)利要求1.水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置，包括動(dòng)力系統(tǒng)、穩(wěn)壓箱、自動(dòng)加砂裝置、試驗(yàn)段和沉砂池，其特征在于所述的動(dòng)力系統(tǒng)采用三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)多級(jí)增壓離心泵為整個(gè)裝置供水，水流經(jīng)進(jìn)水管系進(jìn)入穩(wěn)壓箱，穩(wěn)壓箱一端接試驗(yàn)段，頂部通過(guò)連通管與加砂桶相連，加砂桶與試驗(yàn)段喉口前的收縮段相接，試驗(yàn)段后接沉砂池，最后水流回水庫(kù)形成循環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述的水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置，其特征在于動(dòng)力系統(tǒng)采用額定功率為120kw的三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)額定流量為60L/s的多級(jí)增壓離心泵。
3.如權(quán)利要求1所述的水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置，其特征在于自動(dòng)加砂裝置包括砂桶、蓋板、排氣管、觀察窗、輸砂管和控制閥門(mén)，砂桶頂部與穩(wěn)壓箱相連，輸砂管與試驗(yàn)段喉口前的收縮段相連，由于穩(wěn)壓箱斷面尺寸較大，箱內(nèi)水流流速較低，靜壓較大，待水流到達(dá)試驗(yàn)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(dòng)吸入水中，形成挾砂水流。
4.如權(quán)利要求1所述的水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置，其特征在于試驗(yàn)段水流流速最大可達(dá)60m/s。
5.如權(quán)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(yàn)裝置，其特征在于 所有管系為高壓無(wú)縫鋼管，所有閥門(mén)為高壓閥門(mén)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型水工混凝土沖磨空蝕混合作用試驗(yàn)裝置，包括動(dòng)力系統(tǒng)、穩(wěn)壓箱、自動(dòng)加砂裝置、試驗(yàn)段和沉砂池，屬于水利工程材料試驗(yàn)領(lǐng)域。利用流速越高壓力越小原理設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置，在加砂桶內(nèi)砂體的頂部和底部形成壓力差，實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)內(nèi)壓差作用下的自動(dòng)加砂，形成高速挾砂水流，在試驗(yàn)段喉口挾砂水流流速達(dá)到最大值，出現(xiàn)負(fù)壓，發(fā)生強(qiáng)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(shí)用新型在高壓系統(tǒng)內(nèi)壓差的作用下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加砂，不需要額外動(dòng)力，且高速挾砂水流僅出現(xiàn)在試驗(yàn)段，避免了對(duì)裝置其他部位的磨損。
文檔編號(hào)G01N3/56GK202216882SQ20112031367
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者張陸陳, 王新, 王河生, 胡亞安, 袁強(qiáng), 駱少澤 申請(qǐng)人:水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院