汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)箱體和高速液滴發(fā)生器；試驗(yàn)箱體包括密封殼體、若干噴頭和轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子安裝于密封殼體上；密封殼體的一側(cè)布置有若干噴頭；轉(zhuǎn)子上設(shè)有若干用于安裝測(cè)試試樣的安裝槽；安裝槽與噴頭出口位置對(duì)應(yīng)；高速液滴發(fā)生器包括電磁閥、液動(dòng)閥、去離子水箱、水泵、第一管路和第二管路；水泵連接去離子水箱和液動(dòng)閥的去離子水輸入口；電磁閥連接液動(dòng)閥；液動(dòng)閥的第一、二去離子水出口通過(guò)第一管路、第二管路連通第三管路，第三管路連接所述若干噴頭；本發(fā)明一種汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置高速液滴發(fā)生器，能夠最大程度的還原低壓葉片真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境。
【專利說(shuō)明】汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料沖蝕試驗(yàn)裝置，具體涉及一種用于研宄材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能的試驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]汽輪機(jī)葉片是把蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要部件，其工作環(huán)境極其惡劣，運(yùn)行中除了受到氣流彎應(yīng)力、離心拉應(yīng)力和隨時(shí)間變化的氣流激振力，工作在濕蒸汽區(qū)的葉片還要承受水滴沖蝕和化學(xué)腐蝕，葉片事故時(shí)有發(fā)生。因此，葉片的安全性受到了汽輪機(jī)制造企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和電站的密切關(guān)注。
[0003]造成汽輪機(jī)濕蒸汽區(qū)葉片表面損傷的，主要有二次水滴和水中的腐蝕性離子。減少腐蝕性離子和高速水滴對(duì)汽輪機(jī)葉片的影響除了提高蒸汽品質(zhì)，采用更好的除濕裝置和捕水結(jié)構(gòu)，目前主要采用被動(dòng)防護(hù)方式，即對(duì)采用強(qiáng)度硬度更好的葉片材料以及采用更好的防護(hù)層。
[0004]被動(dòng)防護(hù)技術(shù)的效果如果在實(shí)際運(yùn)行的汽輪機(jī)上檢驗(yàn)，成本將是極其高昂的，并且校驗(yàn)周期也很長(zhǎng)，發(fā)生危險(xiǎn)的可能性很大。葉片材料和防護(hù)層的測(cè)試平臺(tái)需要能提供和濕蒸汽區(qū)葉片相近的環(huán)境，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠，同時(shí)要能快速給出材料和防護(hù)涂層抗腐蝕和撞擊的結(jié)果。研宄葉片受水滴、腐蝕性液滴撞擊導(dǎo)致的損傷機(jī)理，給出葉片在此類環(huán)境下的損傷過(guò)程曲線。
[0005]大型電站汽輪機(jī)濕蒸汽區(qū)葉片工作于濕度較大、氣流速度很快的環(huán)境，而現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)了大氣壓下的高速撞擊，有的系統(tǒng)用超過(guò)100°c的蒸汽流代替溫度較低的高速水滴，都難以真實(shí)的還原低壓葉片真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境，實(shí)驗(yàn)效果就難以保證。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，最大程度的還原低壓葉片真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)而研宄葉片水蝕的機(jī)理并給出葉片損傷的過(guò)程曲線。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)箱體和高速液滴發(fā)生器；試驗(yàn)箱體包括密封殼體、若干噴頭和轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子安裝于密封殼體上；密封殼體的一側(cè)布置有若干噴頭；轉(zhuǎn)子上設(shè)有若干用于安裝測(cè)試試樣的安裝槽；安裝槽與噴頭出口位置對(duì)應(yīng)；高速液滴發(fā)生器包括電磁閥、液動(dòng)閥、去離子水箱、水泵、電機(jī)、低壓油泵、油箱、第一管路和第二管路；水泵連接去離子水箱和液動(dòng)閥的去離子水輸入口 ；電磁閥連接液動(dòng)閥；液動(dòng)閥的第一、二去離子水出口通過(guò)第一管路、第二管路連通第三管路，第三管路連接所述若干噴頭；電機(jī)連接低壓油泵，低壓油泵的油液入口連通油箱，低壓油泵的油液出口連通液動(dòng)閥的油液入口，液動(dòng)閥的油液出口連通油箱。
[0009]優(yōu)選的，第三管路的直接小于第一管路和第二管路的直徑。
[0010]優(yōu)選的，轉(zhuǎn)子的主軸一端通過(guò)軸承支撐在密封殼體的一側(cè)，另一端伸出密封殼體外并通過(guò)主軸軸伸端密封結(jié)構(gòu)密封。
[0011]優(yōu)選的，第二管路的長(zhǎng)度是第一管路的三倍。
[0012]優(yōu)選的，所述汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)還包括控制電柜、直流電機(jī)、齒輪增速箱、潤(rùn)滑油站、真空泵、排水泵、雙級(jí)過(guò)濾器、水箱以及狀態(tài)監(jiān)控和信號(hào)采集處理系統(tǒng)；所述狀態(tài)監(jiān)控和信號(hào)采集處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器和振動(dòng)傳感器；控制電柜的輸出端連接直流電機(jī)的控制端，直流電機(jī)的輸出軸連接齒輪增速箱的輸入軸，直流電機(jī)的輸出軸上設(shè)有振動(dòng)傳感器，振動(dòng)傳感器的輸出端連接計(jì)算機(jī)；齒輪增速箱連接為其提供潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑油站；轉(zhuǎn)子的主軸伸出密封殼體的一端連接齒輪增速箱的輸出軸，齒輪增速箱的輸出軸上安裝有連接計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器；密封殼體連接真空泵和排水泵；過(guò)濾器的入口連接水箱，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾得到的去離子水通入去離子水箱中。
[0013]優(yōu)選的，噴頭通過(guò)噴頭支撐裝置固定在密封殼體的側(cè)壁；所述若干噴頭環(huán)形均布于密封殼體的一側(cè)；噴頭的噴口直徑為0.1?0.3mm。
[0014]優(yōu)選的，所述去離子水箱中設(shè)有加熱裝置。
[0015]優(yōu)選的，噴頭連接有腐蝕性液體補(bǔ)償裝置。
[0016]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明一種汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置高速液滴發(fā)生器，能夠最大程度的還原低壓葉片真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境；同一次實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)各種材料(含表面處理的材料)以各種撞擊角度和速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研宄；不同次實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)同種材料進(jìn)行多種工況下的沖蝕實(shí)驗(yàn)分析；可以對(duì)腐蝕性離子對(duì)沖蝕的影響進(jìn)行分析。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)圖；
[0018]圖2為本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)箱體結(jié)構(gòu)主視圖；
[0019]圖3為本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)箱體側(cè)面剖視圖；
[0020]圖4為本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)箱體螺紋水密封結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖5為本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)的高速連續(xù)液滴發(fā)生裝置的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]請(qǐng)參閱圖1至圖5所示，本發(fā)明一種材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能的試驗(yàn)系統(tǒng)，包括控制電柜1、直流電機(jī)2、齒輪增速箱3、試驗(yàn)箱體4、高速液滴發(fā)生器5、潤(rùn)滑油站6、真空泵7、排水泵8、雙級(jí)過(guò)濾器9、水箱10以及狀態(tài)監(jiān)控和信號(hào)采集處理系統(tǒng)(包括計(jì)算機(jī)11、轉(zhuǎn)速傳感器12和振動(dòng)傳感器13)。
[0024]控制電柜I的輸出端連接直流電機(jī)2的控制端，直流電機(jī)2的輸出軸連接齒輪增速箱3的輸入軸，直流電機(jī)2的輸出軸上設(shè)有振動(dòng)傳感器13，振動(dòng)傳感器13的輸出端連接計(jì)算機(jī)11 ;齒輪增速箱3連接為其提供潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑油站6。
[0025]請(qǐng)參閱圖2所不，試驗(yàn)箱體4包括1?'封殼體30、喂■頭31、喂■頭支撐裝置23和轉(zhuǎn)子32 ;轉(zhuǎn)子32的主軸25 —端通過(guò)軸承支撐在密封殼體30的一側(cè)，另一端伸出密封殼體30外并通過(guò)主軸軸伸端密封結(jié)構(gòu)24密封；密封殼體30的一側(cè)環(huán)形均勻布置多個(gè)噴頭31，噴頭31通過(guò)對(duì)應(yīng)的高速液滴發(fā)生器噴頭支撐裝置23固定在密封殼體30的側(cè)壁；轉(zhuǎn)子32上設(shè)有多個(gè)安裝槽，每個(gè)安裝槽內(nèi)安裝有測(cè)試試樣26 ;安裝槽與噴頭31出口位置對(duì)應(yīng)，噴頭31噴出的液體可以碰到安裝槽中的測(cè)試試樣26上。主軸軸伸端密封結(jié)構(gòu)24包括一套反向密封螺紋27以及密封用水進(jìn)出口 28。主軸25伸出密封殼體30的一端連接齒輪增速箱3的輸出軸，齒輪增速箱3的輸出軸上安裝有轉(zhuǎn)速傳感器12。
[0026]密封殼體30為不銹鋼材質(zhì)；工作段布置在密封殼體30內(nèi)。密封殼體30頂部和側(cè)壁還開設(shè)有透明觀察窗29，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察窗29主要用做實(shí)驗(yàn)進(jìn)展檢測(cè)并在需要的時(shí)候可以改造成噴頭安裝位置。密封殼體30頂部還開設(shè)有試樣更換窗，底部可設(shè)有排污口，排污口連接排水泵8。工作段由轉(zhuǎn)子和緊固試樣的壓板組成，安裝于箱體內(nèi)部，主軸上有水密封結(jié)構(gòu)，保證抽真空效果。主軸由調(diào)速性能優(yōu)秀的直流電機(jī)通過(guò)齒輪增速箱拖動(dòng)，齒輪箱和主軸軸承均強(qiáng)制潤(rùn)滑。
[0027]請(qǐng)參閱圖3所示，高速液滴發(fā)生器5包括電磁閥14、液動(dòng)閥15、去離子水箱16、水泵17、電機(jī)18、低壓油泵19、油箱20、第一管路21和第二管路22。水泵17連接去離子水箱16和液動(dòng)閥15的去離子水輸入口 ；電磁閥14連接液動(dòng)閥15，液動(dòng)閥15通過(guò)電磁閥14的控制將水進(jìn)行初級(jí)加壓，并以一定的頻率分別從第一管路21和第二管路22中排出；液動(dòng)閥15的第一、二去離子水出口通過(guò)第一管路21、第二管路22連通第三管路，第三管路的直接小于第一管路21和第二管路22的直徑，第三管路連接多個(gè)噴頭31。電機(jī)18連接低壓油泵19，用于驅(qū)動(dòng)低壓油泵19將油箱20內(nèi)的油壓入液動(dòng)閥15。
[0028]過(guò)濾器9的入口連接水箱10，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器9過(guò)濾得到的去離子水通入去離子水箱16中。
[0029]從第一管路21和第二管路22排出的高壓水進(jìn)入更細(xì)的管路之后，由噴頭31噴出；在流量滿足需求的條件下，可以安裝多個(gè)支撐裝置即多個(gè)噴頭進(jìn)行試驗(yàn)；優(yōu)選的，還可以在噴頭31處安裝連通噴頭31的腐蝕性液體補(bǔ)償裝置，以研宄腐蝕性離子的影響。
[0030]本發(fā)明一種材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能的試驗(yàn)系統(tǒng)工作時(shí)，直流電機(jī)2在控制電柜I的控制下通過(guò)齒輪增速箱3驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)箱體4內(nèi)的主軸25也即帶動(dòng)轉(zhuǎn)子32進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。同時(shí)高速液滴發(fā)生器5將去離子水從去離子水箱16內(nèi)抽取經(jīng)雙級(jí)增壓之后產(chǎn)生高速液滴通過(guò)噴頭31噴入試驗(yàn)箱體內(nèi)4，打擊安裝在轉(zhuǎn)子安裝槽內(nèi)的測(cè)試試樣26。
[0031]高速液固撞擊來(lái)自兩個(gè)方面:一方面是高速液滴發(fā)生器5，另一部分是來(lái)自主軸的旋轉(zhuǎn)，二者的配合可以形成高速液滴撞擊的效果。并且由于液體在增壓之前，可以在電加熱設(shè)備中加熱，進(jìn)一步接近葉片材料所處的環(huán)境溫度。
[0032]高速液滴發(fā)生器5采用雙級(jí)增壓，使用低壓油將去離子水加壓到高壓，再通過(guò)雙向噴水加上通過(guò)管徑的變徑縮小之后排向噴頭完成的，電液換向閥使用直流電源控制，并選用動(dòng)作頻率較高的類型。第二管路22的長(zhǎng)度是第一管路21的三倍，可以讓高壓波峰有規(guī)律的產(chǎn)生，配合主軸的高速旋轉(zhuǎn)，便可以產(chǎn)生明顯的高速液滴的撞擊效果。
[0033]舉例來(lái)說(shuō)，如低壓油泵將去離子水加壓到15MPa，則可以由伯努利方程近似求得第一管路21和第二管路22內(nèi)的水速約為173m/s，設(shè)計(jì)第一管路21長(zhǎng)度為0.5m，第二管路22為其三倍長(zhǎng)度1.5m，則即使高壓水流同時(shí)流向出口，其時(shí)間還是相差了 6ms左右，再假設(shè)電液換向閥的頻率為120次/分，即I秒內(nèi)換向2次，因此第一管路21和第二管路22的水肯定不是同時(shí)排出的，再經(jīng)過(guò)二級(jí)變徑增壓，最終可以產(chǎn)生類似高速液滴的效果。為了使系統(tǒng)更加可靠，系統(tǒng)再使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，便可以實(shí)現(xiàn)高速液滴撞擊的。
[0034]為了使液滴的形成、撞擊過(guò)程的發(fā)生環(huán)境更接近真實(shí)環(huán)境，并且由于箱體內(nèi)工作時(shí)飛濺的水花以及水霧充滿于其中，工作時(shí)，使用水環(huán)式真空泵7對(duì)密封殼體30抽真空；除了制造5kPa左右的壓力環(huán)境外，還能排除飛濺的水汽，并且對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀察和監(jiān)測(cè)起到重要作用。
[0035]本發(fā)明一種汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，具有可靠并且可以量化的參數(shù)，高速液滴速度最大可以超過(guò)700m/s，并且噴頭直徑可以在0.1?0.3mm之間調(diào)整，主軸轉(zhuǎn)速可以在O?9000rpm之間調(diào)整，實(shí)驗(yàn)段低壓可以達(dá)到并且穩(wěn)定維持在5kPa。同一次實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)各種材料(含表面處理的材料)以各種撞擊角度和速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研宄；不同次實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)同種材料進(jìn)行多種工況下的沖蝕實(shí)驗(yàn)分析；可以對(duì)腐蝕性離子對(duì)沖蝕的影響進(jìn)行分析。
【權(quán)利要求】
1.汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括試驗(yàn)箱體(4)和高速液滴發(fā)生器(5)； 試驗(yàn)箱體(4)包括密封殼體(30)、若干噴頭(31)和轉(zhuǎn)子(32);轉(zhuǎn)子(32)安裝于密封殼體(30)上；密封殼體(30)的一側(cè)布置有若干噴頭(31);轉(zhuǎn)子(32)上設(shè)有若干用于安裝測(cè)試試樣(26)的安裝槽；安裝槽與噴頭(31)出口位置對(duì)應(yīng)； 高速液滴發(fā)生器(5)包括電磁閥(14)、液動(dòng)閥(15)、去離子水箱(16)、水泵(17)、電機(jī)(18)、低壓油泵(19)、油箱(20)、第一管路(21)和第二管路(22);水泵(17)連接去離子水箱(16)和液動(dòng)閥(15)的去離子水輸入口 ；電磁閥(14)連接液動(dòng)閥(15);液動(dòng)閥(15)的第一、二去離子水出口通過(guò)第一管路(21)、第二管路(22)連通第三管路，第三管路連接所述若干噴頭(31);電機(jī)(18)連接低壓油泵(19)，低壓油泵(19)的油液入口連通油箱(20)，低壓油泵(19)的油液出口連通液動(dòng)閥(15)的油液入口，液動(dòng)閥(15)的油液出口連通油箱(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，第三管路的直接小于第一管路(21)和第二管路(22)的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，轉(zhuǎn)子(32)的主軸(25) —端通過(guò)軸承支撐在密封殼體(30)的一側(cè)，另一端伸出密封殼體(30)外并通過(guò)主軸軸伸端密封結(jié)構(gòu)(24)密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，第二管路(22)的長(zhǎng)度是第一管路(21)的三倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)還包括控制電柜⑴、直流電機(jī)⑵、齒輪增速箱(3)、潤(rùn)滑油站(6)、真空泵(7)、排水泵(8)、雙級(jí)過(guò)濾器(9)、水箱(10)以及狀態(tài)監(jiān)控和信號(hào)采集處理系統(tǒng)；所述狀態(tài)監(jiān)控和信號(hào)采集處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)(11)、轉(zhuǎn)速傳感器(12)和振動(dòng)傳感器(13);控制電柜⑴的輸出端連接直流電機(jī)(2)的控制端，直流電機(jī)(2)的輸出軸連接齒輪增速箱(3)的輸入軸，直流電機(jī)⑵的輸出軸上設(shè)有振動(dòng)傳感器(13)，振動(dòng)傳感器(13)的輸出端連接計(jì)算機(jī)(11);齒輪增速箱(3)連接為其提供潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑油站(6);轉(zhuǎn)子(32)的主軸(25)伸出密封殼體(30)的一端連接齒輪增速箱(3)的輸出軸，齒輪增速箱(3)的輸出軸上安裝有連接計(jì)算機(jī)(11)的轉(zhuǎn)速傳感器(12);密封殼體(30)連接真空泵(7)和排水泵⑶；過(guò)濾器(9)的入口連接水箱(10)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器(9)過(guò)濾得到的去離子水通入去離子水箱(16)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，噴頭(31)通過(guò)噴頭支撐裝置(23)固定在密封殼體(30)的側(cè)壁；所述若干噴頭(31)環(huán)形均布于密封殼體(30)的一側(cè)；噴頭(31)的噴口直徑為0.1?0.3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述去離子水箱(16)中設(shè)有加熱裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)葉片材料及強(qiáng)化涂層抗沖蝕和腐蝕性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，噴頭(31)連接有腐蝕性液體補(bǔ)償裝置。
【文檔編號(hào)】G01N3/56GK104502214SQ201410816601
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】謝永慧, 劉天源, 趙鵬飛, 張荻 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)