[發(fā)明專利]抗沖磨仿真試驗裝置和試驗方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410322654.6
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104089841B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳啟民;徐棟;劉德明;林忠華;王麗娟;譚建平
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州國電大壩安全工程有限公司
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬表面高速水流沖刷磨損試驗方法,特別是一種抗沖磨仿真試驗裝置和試驗方法，主要適用于水利水電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

混凝土過水建筑物，在高速水流沖刷作用下，可能會存在以下三種形式的破壞，分別是推移質(zhì)破壞、懸移質(zhì)破壞和汽蝕破壞作用；所謂推移質(zhì)就是在水流作用下產(chǎn)生貼底式的移動，會在水底表面形成一定摩擦力，根據(jù)推移質(zhì)的比重及表面平整性不同，產(chǎn)生不同的摩擦阻力，對表面產(chǎn)生破壞；所謂懸移質(zhì)就是在水流作用下會在接近底部位置產(chǎn)生跳躍式的接觸，累積大量的懸移質(zhì)存在，對表面會產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞；汽蝕破壞就是在水流局部流向發(fā)生突變，有凸起或凹陷處，在突變點的順流方向會產(chǎn)生負(fù)壓，負(fù)壓值達(dá)到一定等級后，會使液體產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，一個個負(fù)壓氣泡會在順流而下過程中迅速破滅，每一個氣泡破滅點所產(chǎn)生的局部水波沖擊破壞力量，其單位能量不亞于子彈的直接沖擊，會對水底表面產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。最常見的破壞形式為懸移質(zhì)及汽蝕破壞，產(chǎn)生的原因為含泥沙水流及過水建筑物表面不平整導(dǎo)致的破壞。

隨著清潔能源需求的增長，作為清潔能源之一的水力發(fā)電也獲得蓬勃發(fā)展，其排沙泄洪洞，導(dǎo)流洞，溢洪道等過水建筑物表面的沖磨破壞一直困擾工程建設(shè)者，始終沒法有效解決，只有采取不斷修補(bǔ)，不斷更新表層材料的形式維持運行，為此數(shù)十年來國內(nèi)外相關(guān)科研單位開展了名目眾多的抗沖磨材料及抗沖磨試驗設(shè)備的研究工作，以期尋找一種合適的材料及工藝來延緩或徹底杜絕破壞的發(fā)生。

表示抗沖磨性能的標(biāo)準(zhǔn)，國家沒有發(fā)布過，目前只有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且多種標(biāo)準(zhǔn)同時存在的局面，分別是水下圓環(huán)法，水下鋼球法及含水風(fēng)砂槍法，由于方法不同，最終形成的磨損單位也不同，方法與方法之間沒有可比性，對抗沖磨材料的生產(chǎn)研發(fā)單位來說，引用標(biāo)準(zhǔn)困難，也不利于國家在抗沖技術(shù)領(lǐng)域的提高。

水下圓環(huán)法是一種采用圓環(huán)形試件，在圓心位置采用齒輪帶動水流，對圓環(huán)內(nèi)表面不斷沖刷的抗沖磨模擬裝置，其缺點為模擬的表面只能是圓弧形，與實際情況大多數(shù)為直線型不符，此外齒輪高速轉(zhuǎn)動時，水在離心作用下，會被甩出齒輪，特別是提高線速度至20m/s以上時，會形成空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在測試過程中的一個現(xiàn)象可以反映出來，就是試件磨耗值在越高轉(zhuǎn)速下，反而變小的現(xiàn)象，限制了高流速的模擬試驗研究，目前采用補(bǔ)救的方法是對齒輪內(nèi)空間進(jìn)行加壓處理，在經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)擬合，以不同壓力下等同于多少流速來說明材料的抗沖磨等級，因此高流速下的抗沖磨性能指標(biāo)說服力較差。

水下鋼球法是一種采用高速攪拌軸的形式，帶動水中的鋼球，對置于底部的圓形試件進(jìn)行沖磨試驗，其缺點為破壞形式只能在圓形試件的外圈，由于在離心力的作用下，鋼球會被甩到桶形裝置的壁上，使鋼球之間產(chǎn)生堆積、擠壓及碰撞，因此破壞也只能在外圈產(chǎn)生，能在較低流速下模擬出材料的相對磨耗值，一般最高模擬流速不能大于10m/s，失去了模擬高速水流破壞的意義。

含水風(fēng)砂槍法是一種采用轉(zhuǎn)動圓環(huán)形試件，在圓心位置采用噴射加氣加砂水流，對圓環(huán)內(nèi)表面不斷沖刷的抗沖磨裝置，其缺點為只能靠噴嘴形成的點或線性接觸表面，水流與圓環(huán)內(nèi)表面存在一定夾角，在噴的同時，水會產(chǎn)生反彈，也不能反映汽蝕破壞。

現(xiàn)有的以上三種主流的抗沖磨試驗方法，只能適用于對不同材料的抗沖磨比較判定上，而對于是否能真實反映實際沖磨破壞情況上都存在一定不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題提供一種抗沖磨仿真試驗裝置和試驗方法，以提高模擬試驗的真實性和可靠性，同時不受水流速度的影響，理論上可以實現(xiàn)任意合理存在的速度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：抗沖磨仿真試驗裝置，其特征在于：它包括帶進(jìn)水口和出水口的試驗臺，以及置于該試驗臺上、采用被測試抗沖磨材料制成的測試試件，其中測試試件內(nèi)部開設(shè)有水流通道，該水流通道兩端分別與試驗臺的進(jìn)水口和出水口連通；所述試驗臺的進(jìn)水口處設(shè)有一進(jìn)水管，該進(jìn)水管另一端經(jīng)管道連接無級調(diào)速泵的出水端，試驗臺的出水口連接有消能沉淀裝置，該消能沉淀裝置另一端經(jīng)管道連接無級調(diào)速泵的進(jìn)水端。

所述消能沉淀裝置包括沿水流方向依次連通的消能管道、第一沉淀池和第二沉淀池，其中消能管道進(jìn)水端與試驗臺的出水口相連，第二沉淀池的出水端與無級調(diào)速泵的進(jìn)水端相連。

所述進(jìn)水管上連有一與混砂水池相連的進(jìn)水支管。

所述水流通道呈直線等徑棒形、直線變徑棒形、T形或L形。

所述水流通道表面制有用于模擬氣蝕的凹凸部。