水轮机磨蚀试验设备及方法技术

本发明专利技术公开了水轮机磨蚀试验设备及方法，它包括用于对整个试验设备进行支撑的箱体支撑结构；所述箱体支撑结构的内部设置有用于提供高速含沙射流水的喷射装置；所述喷射装置同时与用于供应高压气体的气体供应装置相连，并用于模拟水轮机叶片的气蚀过程；所述喷射装置和气体供应装置都同时与用于驱动其工作的动力装置相连；所述动力装置的输出端同时与用于驱动叶片旋转的试件旋转装置相连；所述试件旋转装置上安装有用于固定叶片的叶片装夹装置。此设备冲刷速度高，试验速度范围大，可无极调速，冲刷角度任意可调等效果，试验效率高，具有较高的应用价值。较高的应用价值。较高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
水轮机磨蚀试验设备及方法


[0001]本专利技术属于水轮机叶片磨蚀设备领域，具体涉及水轮机磨蚀试验设备及方法。

技术介绍

[0002]在水轮机的运行期间会发生不可避免的磨蚀现象，而从磨蚀原理不同可大致分为两种即泥沙磨损和气蚀磨损。
[0003]我国的水流流域贯通东西、遍布南北较为突出的特点之一是含沙量比较大，而含沙水对水轮机叶片的冲刷和磨蚀特别厉害，当损害达到一定程度后就会对叶片构成威胁。这对我国当今水利建设大规模、高速度的开发趋势极其不利。因而掌握含沙水流对水轮机叶片的冲蚀原理和研究方法，无论对于已建水电站，还是今后即将兴建新的水电站，都起到了指导水轮机改良方向，优化水轮机叶片防护的作用。
[0004]在现今进行磨蚀特性的试验中的设备主要有三种：磁致伸缩仪、转盘气蚀仪和水洞。磁致伸缩仪设备通过电磁高频振动模拟高速水冲刷而现如今这种实验设备较为少见。转盘气蚀仪设备中的水射流不能掺气，从而忽略了空蚀的重要性并且在装置旋转过程中射流角度会发生变化从而影响试验严谨性。水洞与水站常见的泄水建筑的水流环境最为接近，但水洞设备由于顾及到高速水流对喷嘴的损坏，必然造成了射流速度不能过大的局限性。通过以上几种常见方式可知，研究出一种更加完善的试验方式迫在眉睫。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供水轮机磨蚀试验设备及方法，此试验设备针对旋转喷射式试验原理，对旋转喷射式水轮机叶片磨蚀试验装置的功能和结构进行了规划设计，根据试验要求的试件冲刷速度和角度等参数，分析设计了试验装置的总体结构及三大组成部分：试件旋转装置、液气压力喷射装置、箱体支撑结构的功能及结构，并对各部分零部件进行了设计计算和选型，完成了旋转喷射式水轮机叶片磨蚀试验装置的设计；本试验装置可实现：冲刷速度高，试验速度范围大，可无极调速，冲刷角度任意可调等效果，试验效率高，具有较高的应用价值。
[0006]为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：水轮机磨蚀试验设备，它包括用于对整个试验设备进行支撑的箱体支撑结构；所述箱体支撑结构的内部设置有用于提供高速含沙射流水的喷射装置；所述喷射装置同时与用于供应高压气体的气体供应装置相连，并用于模拟水轮机叶片的气蚀过程；所述喷射装置和气体供应装置都同时与用于驱动其工作的动力装置相连；所述动力装置的输出端同时与用于驱动叶片旋转的试件旋转装置相连；所述试件旋转装置上安装有用于固定叶片的叶片装夹装置。
[0007]所述箱体支撑结构包括主箱体，所述主箱体的内部一侧设置有用于盛水的水箱，所述水箱的内部设置有第一支撑板，所述第一支撑板的顶部设置有斜过流板，所述水箱的
下部侧面设置有冷却箱体，所述冷却箱体的顶部设置有第二支撑板，所述第二支撑板的顶部设置有空气压缩机箱；所述水箱的顶部通过隔板形成变速器箱体；所述喷射装置设置在水箱内部；所述气体供应装置设置在空气压缩机箱的内部；所述试件旋转装置设置在变速器箱体内部。
[0008]所述动力装置包括电机，所述电机固定安装在箱体支撑结构的外顶部；所述电机的电机主轴通过第一联轴器与第一立轴的顶端固定相连，所述第一立轴上安装有主动锥齿轮。
[0009]所述喷射装置包括水泵，所述水泵通过泵体底座固定安装在箱体支撑结构的水箱内部；所述水泵的出水口连接有主出水管，所述主出水管上安装有水流控制阀，所述主出水管的末端通过斜水管与总喷射管相连，所述总喷射管上安装有流量计；所述总喷射管的末端安装有射流喷头；所述总喷射管同时与气体供应装置的输出端相连；所述水泵与动力装置的第一立轴相连，并驱动其泵水。
[0010]所述气体供应装置包括空气压缩机，所述空气压缩机的空压机主轴通过第一从动齿轮与动力装置的主动锥齿轮啮合传动，所述空气压缩机的出气口与储气罐相连，所述储气罐的出口通过节流阀与喷射装置的总喷射管相连；所述储气罐通过气罐底座固定安装在箱体支撑结构的第二支撑板顶部。
[0011]所述试件旋转装置包括减速器，所述减速器的减速器主轴通过第二从动锥齿轮与与动力装置的主动锥齿轮啮合传动，所述减速器的减速器输出轴通过第二联轴器与第二立轴啮合传动，所述第二立轴通过第一主轴座和第二主轴座支撑在箱体支撑结构的内部；所述叶片装夹装置固定安装在第二立轴上。
[0012]所述叶片装夹装置包括连接套筒，所述连接套筒的外部设置有多个外伸轴，所述外伸轴上转动配合安装有叶片安装座，所述叶片安装座上设置有叶片安装槽；所述叶片安装座上安装有用于调节其角度的角度调节机构。
[0013]所述角度调节机构包括安装在叶片安装座尾部的第一调节锥齿轮，所述第一调节锥齿轮同时与用于驱动其转动的第二调节锥齿轮和第三调节锥齿轮啮合传动，所述第二调节锥齿轮和第三调节锥齿轮套装在连接套筒的外部。
[0014]所述第一主轴座固定安装在箱体支撑结构的顶部隔板上；所述第二主轴座固定安装在箱体支撑结构的第一支撑板上。
[0015]水轮机磨蚀试验设备对水轮机叶片进行试验的方法，包括以下步骤：步骤一：将待试验的叶片固定安装在叶片装夹装置上；步骤二：根据叶片的安装角度要求，操作角度调节机构，进而改变叶片的安装角度；步骤三：待叶片安装完成之后，启动动力装置；步骤四：通过动力装置同步驱动喷射装置，通过喷射装置提供模拟高速射流的含沙射流水，并将其高速的冲向叶片；步骤五：通过动力装置同步驱动气体供应装置，通过气体供应装置提供高压气体，高压气体进入到含沙射流水，一起冲蚀叶片；步骤六：通过动力装置同步驱动试件旋转装置，通过试件旋转装置驱动叶片装夹装置，再由叶片装夹装置带动叶片转动，进而模拟叶片正常工作过程中的磨蚀。
[0016]本专利技术有如下有益效果：1、本专利技术的冲刷模拟速度大大超过了一般实验所达不到的大的冲刷速度，能更好的模拟自然水流冲刷叶面的情况，本课题具体研究成果总结如下几点：2、本装置调速范并且可以实现速度范围调节。该装置喷射系统射流含沙水速度在15～60m/s内调节，试件的旋转速度在10～40m/s，两者可以实现试件最大受冲刷速度可以达到100m/s，速度调节范围非常广，理论速度调节范围在：25～100m/s，实际常用调节范围在：45～100m/s。
[0017]3、本试验设备不仅可以模拟水流磨蚀叶片的过程，还能伴随模拟叶片被水流中空气气蚀的过程，提高了冲蚀模拟的真实性。
[0018]4、本试验设备可以同时对四组试样进行冲刷，大大提高了试验效率5、本实验设备占地不大，为设备的安装、搬运、放置和操作提供不小便利。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0020]图1是本专利技术主剖视图。
[0021]图2是本专利技术左剖视图。
[0022]图3是本专利技术箱体支撑结构主视图。
[0023]图4是本专利技术箱体支撑结构左视图。
[0024]图5是本专利技术水箱结构主视图。
[0025]图6是本专利技术水箱结构左视图。
[0026]图7是本专利技术冷却箱体主视图。
[0027]图8是本专利技术空气压缩机箱主视图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水轮机磨蚀试验设备，其特征在于：它包括用于对整个试验设备进行支撑的箱体支撑结构（1）；所述箱体支撑结构（1）的内部设置有用于提供高速含沙射流水的喷射装置（2）；所述喷射装置（2）同时与用于供应高压气体的气体供应装置（6）相连，并用于模拟水轮机叶片的气蚀过程；所述喷射装置（2）和气体供应装置（6）都同时与用于驱动其工作的动力装置（3）相连；所述动力装置（3）的输出端同时与用于驱动叶片旋转的试件旋转装置（4）相连；所述试件旋转装置（4）上安装有用于固定叶片的叶片装夹装置（5）。2.根据权利要求1所述的水轮机磨蚀试验设备，其特征在于：所述箱体支撑结构（1）包括主箱体（107），所述主箱体（107）的内部一侧设置有用于盛水的水箱（101），所述水箱（101）的内部设置有第一支撑板（102），所述第一支撑板（102）的顶部设置有斜过流板（103），所述水箱（101）的下部侧面设置有冷却箱体（104），所述冷却箱体（104）的顶部设置有第二支撑板（105），所述第二支撑板（105）的顶部设置有空气压缩机箱（106）；所述水箱（101）的顶部通过隔板形成变速器箱体（108）；所述喷射装置（2）设置在水箱（101）内部；所述气体供应装置（6）设置在空气压缩机箱（106）的内部；所述试件旋转装置（4）设置在变速器箱体（108）内部。3.根据权利要求1所述的水轮机磨蚀试验设备，其特征在于：所述动力装置（3）包括电机（301），所述电机（301）固定安装在箱体支撑结构（1）的外顶部；所述电机（301）的电机主轴（302）通过第一联轴器（303）与第一立轴（304）的顶端固定相连，所述第一立轴（304）上安装有主动锥齿轮（305）。4.根据权利要求1所述的水轮机磨蚀试验设备，其特征在于：所述喷射装置（2）包括水泵（201），所述水泵（201）通过泵体底座（202）固定安装在箱体支撑结构（1）的水箱（101）内部；所述水泵（201）的出水口连接有主出水管（203），所述主出水管（203）上安装有水流控制阀（204），所述主出水管（203）的末端通过斜水管（205）与总喷射管（208）相连，所述总喷射管（208）上安装有流量计（206）；所述总喷射管（208）的末端安装有射流喷头（207）；所述总喷射管（208）同时与气体供应装置（6）的输出端相连；所述水泵（201）与动力装置（3）的第一立轴（304）相连，并驱动其泵水。5.根据权利要求1或4所述的水轮机磨蚀试验设备，其特征在于：所述气体供应装置（6）包括空气压缩机（603），所述空气压缩机（603）的空压机主轴（602）通过第一从动齿轮（601）与动力装置（3）的主动锥齿轮（305）啮合传动，所述空气压缩机（603）的出气口与储气...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩平，关远，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：