[发明专利]一种基于水蚀试验系统的嵌入式轮盘结构

说明书

本发明公开了一种基于水蚀试验系统的嵌入式轮盘结构，包括轮盘和嵌入式挡板；其中，该轮盘采用整体对称结构，其外缘均匀开设有若干等距环形空腔，相邻两个环形空腔之间设置有间隔梁，每个环形空腔的径向内侧开设有试件安装槽，其宽度与材料试件厚度相匹配，用于固定实验过程中材料试件的轴向位置；实验时，若干材料试件分别安装在环形空腔的试件安装槽内，嵌入式挡板覆盖在轮盘射流来流面的环形空腔处，高速射流通过轮盘上的环形空腔撞击到整圈材料试件靶面上，用以测试材料试件的抗水蚀性能。本发明在提高材料水蚀实验的可操作性的同时，保证高速运转下实验系统的安全稳定性。

技术领域

本发明属于工业设备技术领域，具体涉及一种应用于汽轮机叶片材料抗冲蚀试验的基于水蚀试验系统的嵌入式轮盘结构。

背景技术

社会经济发展导致化石能源消耗日益增多，同时造成了一定程度的环境污染。而太阳能、风能、潮汐能、地热能等可再生能源的利用存在诸多约束因素，难以被有效利用。我国正走在全面建设小康社会的进程中，电量需求的增长是不可避免的。汽轮机叶片防水蚀措施可以分为主动式和被动式，主动式是通过结构设计减少有害的水滴。常见的方式有：(1)利用动叶的离心力将水滴甩到通流部分之外，具体实现方法有：设计新型捕水室，防止水滴回流；在每一级动叶出口开疏水口，将动叶上的水滴引向抽汽口或者凝汽器；(2)在静叶通道内除水。具体实现方法有：在出汽边弧面上加工出缝隙，采用空心静叶等；(3)使用蜂窝汽封结构除水，收集叶片流道内的水汽，但在末级湿度很大的环境内不适用；(4)采用级间抽汽，但会损失仍具有做功能力的蒸汽；(5)增大动静叶片空腔。适当调整动静叶片空腔，可以使水滴充分雾化，减少对叶片的冲蚀。

被动式防护方式是在设计定型的情况下，更换抗水蚀材料，或者针对叶片容易遭受水蚀的部位进行强化。采用的措施一般有：(1)镶嵌司太立合金片；(2)叶片表面激光淬火；(3)激光表面熔焊和熔覆技术；(4)电子束表面处理技术；(5)电火花强化；(6)热喷涂技术。当汽轮机结构设计定型之后，主动防护措施就基本定型，并且其效果相对来说不显著，而被动防护技术更具有针对性，是目前汽轮机制造企业普遍采用的方法。

从20世纪二十年代起，研究者们就开始了材料水蚀的实验研究，并试图搭建准确和稳定的实验分析系统，建立标准化测试流程。大家一致认为，水蚀实验评估是汽轮机叶片设计和材料选择中一项必须的流程。使用真实汽轮机进行叶片抗水蚀测试费用高昂，并且过程缓慢，因此根据水蚀的关键参数简化实验系统，以便于在实验室中进行测试是十分有必要的。近年来国外学者仍在对材料水蚀行为进行大量实验研究，而相关文献中未看到国内有材料水蚀实验平台的描述，为了探索材料水蚀性能影响规律并寻找新型防水蚀材料及方法，本文作者自主设计并搭建了汽轮机低压叶片材料水蚀特性测试系统，而更高的轮盘转速必然带来更大的离心力，由此带来了极大的安全隐患，由此对更严苛工况下的水蚀测试带来了很大的困难。

发明内容

本发明的目的是在已有材料水蚀性能测试实验平台的基础上，针对高转速下的转子不平衡结构的安全隐患，提供了一种基于水蚀试验系统的嵌入式轮盘结构，在提高材料水蚀实验的可操作性的同时，保证高速运转下实验系统的安全稳定性。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于水蚀试验系统的嵌入式轮盘结构，包括轮盘和嵌入式挡板；其中，

该轮盘采用整体对称结构，其外缘均匀开设有若干等距环形空腔，相邻两个环形空腔之间设置有间隔梁，每个环形空腔的径向内侧开设有试件安装槽，其宽度与材料试件厚度相匹配，用于固定实验过程中材料试件的轴向位置；实验时，若干材料试件分别安装在环形空腔的试件安装槽内，嵌入式挡板覆盖在轮盘射流来流面的环形空腔处，高速射流通过轮盘上的环形空腔撞击到整圈材料试件靶面上，用以测试材料的抗水蚀性能。

本发明进一步的改进在于，每个环形空腔中心位置径向外侧开设一个定位螺孔，嵌入式挡板采用L型环形结构，其外缘中心位置开设紧固螺孔，其位置和大小与轮盘上的定位螺孔相对应，用于连接嵌入式挡板与轮盘。