[發明專利]高速水下鋼球法沖磨試驗方法

有效

• 申請號: 201110278621.2
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102331381A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 丁建彤;白銀;楊建國;戴玭;蔡躍波
• 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
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

技術領域

本發明涉及耐磨材料及其制品的耐磨性能測試技術。具體涉及一種高速水下鋼球法沖磨試驗方法。

背景技術

DL/T?5150《水工混凝土試驗規程》、SL?352《水工混凝土試驗規程》等標準中采用的水下鋼球法抗沖磨試驗是用來測定耐磨材料及其制品表面受水下高速流動介質磨損的相對抗力，用來評價耐磨材料及其制品表面的相對抗沖磨性能。該方法中，驅動電機轉速為1200?r/min，攪拌葉輪直徑上小下大，攪拌葉輪上的側葉片寬度上小下大，沖磨介質采用鋼球，其直徑組合為10×Ф25.4mm、35×Ф19.1mm、25×Ф12.7mm，其投影面積占試件上表面積的25.8%；每個試件的沖磨試驗時間需要72小時。

上述標準的水下鋼球法試驗，因驅動電機轉速較低，試件上表面的水流近底流速只有1.8m/s（T.?C.?Liu，Abrasion?resistance?of?concrete，Journal?of?ACI，1981），而目前水電站的泄水流速高達40m/s～50m/s，這時的近底流速均大于4m/s，因此上述標準的水下鋼球法試驗不能準確模擬真實工況；其次，隨著高性能耐磨材料及其制品的應用，標準的水下鋼球法在72小時內，只能磨到耐磨材料及其制品的表面，不能磨到其內部，易受到耐磨材料及其制品表面質量的影響，反映不出耐磨材料及其制品整體的抗沖磨性能，例如，對于抗壓強度≥50MPa的抗沖磨混凝土，磨損深度一般不到2.0mm，且試件中央平均有直徑10cm的區域不能被磨到。

試驗表明，單獨依靠提高驅動電機轉速，雖然可以提高鋼筒內水體的表面水流速度，但難以提高水流的近底流速。單純提高驅動電機轉速后，產生的問題主要有：

問題1：攪拌葉輪在驅動電機高轉速帶動下，在鋼筒內的水體中形成直徑與攪拌葉輪直徑相當的漩渦，水體難以形成整體性紊流，導致沖磨介質難以磨到處在攪拌葉輪直徑范圍內的試件中央部分，具體而言，往往只在試件上表面外沿產生一條約20mm～40mm寬的環形磨蝕溝槽。

問題2：水易從鋼筒內漏出或濺出，水量減少后不足以帶動沖磨介質移動并產生沖磨作用。具體而言，沖磨進行3～4小時后鋼筒內的水量就減少一半以上。

問題3：標準方法下成型的試件在高速水流沖磨過程中，沖磨不到10小時，即會被高速水流掀起，損壞攪拌葉輪和設備，并給操作人員帶來危險。例如，本申請人在本發明設備研發調試過程中曾經因此損壞了3個攪拌葉輪。

問題4：標準方法規定的沖磨介質粒徑偏小、自重較低，在高速水流作用下容易懸浮；沖磨介質的投影面積占試件上表面積的比例偏小，與試件上表面的沖磨接觸機會相應較少；對試件底面的磨損率較低，例如，對強度等級為C30、骨料為灰巖的28d齡期混凝土試件，沖磨48小時內試件每m²單位面積上磨損1kg所需的平均之間為3小時左右，且磨損不均勻，試件中央平均約有直徑7cm的圓形區域不能被磨到。

現有技術中，尚未有解決上述問題的技術方案。因此，需要一種新型的抗沖磨試驗方法及其設備，能模擬高速水流下流動介質對耐磨材料及其制品的沖磨工況，反映出耐磨材料及其制品的整體抗沖磨性能。

發明內容

針對標準水下鋼球法水流速度較低的問題，本發明的目的是提供一種高速水下鋼球法沖磨試驗方法。該試驗方法及其使用的高速水下鋼球法沖磨試驗儀是在標準水下鋼球法實驗設備的基礎上，提高驅動電機轉速來獲得高速水流，并通過改變攪拌葉輪形狀設計、改變沖磨介質尺寸組合等，來獲得較高的近底流速，達到提高沖磨效率的目的。

完成上述發明任務的方案是：一種高速水下鋼球法沖磨試驗方法，其特征在于，步驟如下：

⑴.?成型被測試件：所述被測試件的邊沿預制有凹槽，該凹槽內部設置有預埋件；

所述的預埋件是用于：將所述被測試件錨固在高速水下鋼球法沖磨試驗儀的試件托板上。

⑵.?通過連接件連接所述的預埋件，將所述被測試件錨固在高速水下鋼球法沖磨試驗儀的試件托板上，以防止被測試件被高速水流掀起，損壞攪拌葉輪和設備；

⑶.?通過高速水下鋼球法沖磨試驗儀的控制組合柜對調速電機設置轉速，調速范圍設置在500r/min-10000r/min之間；

高速水下鋼球法沖磨試驗儀的攪拌葉輪由1個上葉輪、1個下葉輪、2片側葉片和1根攪拌軸組成；所述上葉輪的外徑比下葉輪的外徑大5mm-40mm；所述2片側葉片為P形，該2片側葉片上部的最大寬度分別大于其下部的最大寬度。