技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于工業(yè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用高速射流產(chǎn)生高速液滴的試驗件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
：

社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致化石能源消耗日益增多，同時造成了一定程度的環(huán)境污染。而太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹睦么嬖谥T多約束因素，難以被有效利用。我國正走在全面建設(shè)小康社會的進(jìn)程中，電量需求的增長是不可避免的。根據(jù)國家能源局發(fā)布的消息，2015年全社會用電量55500億千瓦時，同比增長0.5％。汽輪發(fā)電機(jī)組是我國發(fā)電主力，因此汽輪機(jī)熱經(jīng)濟(jì)性必須盡可能提高，進(jìn)一步節(jié)省能源，減少發(fā)電成本。隨著汽輪機(jī)單機(jī)功率的增加，尤其是超超臨界與核電大功率汽輪機(jī)的發(fā)展，增加末級葉片的長度是提高汽輪機(jī)效率的必然手段。

近年來，一些更長的汽輪機(jī)末級葉片被研發(fā)出來：日立研發(fā)的火電汽輪機(jī)末級長葉片已經(jīng)超過1500mm；法國阿爾斯通在其現(xiàn)有的1752mm葉片基礎(chǔ)上研發(fā)了用于核電汽輪機(jī)的1905mm超長末級葉片；三菱重工開發(fā)了1880mm核電汽輪機(jī)末級長葉片；東方汽輪機(jī)有限公司為國核示范電站開發(fā)了cap1400汽輪機(jī)使用的1828mm末級長葉片；上海汽輪機(jī)廠針對“2代+”以及第三代核電汽輪機(jī)開發(fā)了全新的1905mm半轉(zhuǎn)速超長末級葉片，可滿足cap1400/cap1700等不同背壓要求和機(jī)組等級的核電汽輪機(jī)應(yīng)用需求。這些末級長葉片的采用，對葉片防水蝕性能提出了更高的要求。

葉片材料防水蝕試驗研究是葉片設(shè)計與研發(fā)過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)，之前的試驗研究均表明水蝕是液滴高速撞擊循環(huán)過程，隨著近年來汽輪機(jī)葉片防水蝕材料性能的提升，需要更高的液滴撞擊速度來滿足水蝕測試要求，這就要求試驗系統(tǒng)一方面要產(chǎn)生持續(xù)的高速液滴，另一方面要在安全的前提下盡可能模擬汽輪機(jī)葉片實際的旋轉(zhuǎn)撞擊工作狀況?，F(xiàn)有的一些水蝕試驗裝置采用霧化裝置以產(chǎn)生離散液滴，但無法保證霧化后的液滴具備足夠的撞擊速度，還有一些試驗系統(tǒng)采用高壓發(fā)生裝置以產(chǎn)生高速射流撞擊效果，但與葉片實際工作狀況差距較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的在于提供一種利用高速射流產(chǎn)生高速液滴的試驗件結(jié)構(gòu)，在保持試驗系統(tǒng)主體不變動的條件下，通過方形試驗件的結(jié)構(gòu)調(diào)整將高速射流撞擊轉(zhuǎn)化為高速液滴撞擊，能夠在單次試驗過程中同時研究高速液滴撞擊與高速射流撞擊對材料抗水蝕性能影響作用，更好地模擬汽輪機(jī)葉片真實的運行工況，在保證試驗系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的同時，進(jìn)行更貼近實際情況的汽輪機(jī)葉片材料防水蝕性能試驗，為葉片的設(shè)計研發(fā)提供必要的理論基礎(chǔ)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種利用高速射流產(chǎn)生高速液滴的試驗件結(jié)構(gòu)，包括射流噴嘴、圓形的輪盤以及均勻設(shè)置在輪盤周向上的若干個階梯型擋塊；其中，

相鄰兩個階梯型擋塊之間形成劈縫，以及與劈縫相連通的方形槽，試驗時，方形試驗件設(shè)置在方形槽內(nèi)，射流噴嘴正對劈縫，用于對方形試驗件噴射高速液滴，在方形試驗件表面產(chǎn)生離散高速液滴。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，每個階梯型擋塊均包括一體化成型的扇形基礎(chǔ)以及設(shè)置在扇形基礎(chǔ)外側(cè)的凸臺。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，階梯型擋塊的數(shù)量為24個。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，劈縫的寬度大于射流噴嘴的直徑。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

相鄰階梯型擋塊在中間的方形試驗件上方構(gòu)成了一條沖蝕劈縫，其寬度略大于射流噴嘴直徑，傾斜角度根據(jù)輪盤轉(zhuǎn)速及射流速度矢量計算得到。試驗過程中，輪盤帶動方形試驗件持續(xù)高速轉(zhuǎn)動，射流噴嘴射出的高速射流以一定角度撞擊方形試驗件及階梯型擋塊，當(dāng)劈縫旋轉(zhuǎn)至沖蝕點相應(yīng)位置的瞬間，僅有少量高速射流會延劈縫撞擊方形試驗件表面，隨著輪盤轉(zhuǎn)速提高，穿過劈縫的水量越來越少，這時可近似認(rèn)為是高速液滴穿過劈縫對試驗件表面進(jìn)行打擊，之后射流隨即又對階梯型擋塊表面進(jìn)行沖蝕，由此實現(xiàn)高速液滴對方形試驗件表面撞擊的試驗?zāi)M。

進(jìn)一步，采用階梯型擋塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，在扇形基礎(chǔ)上半部分加工兩側(cè)突出的凸臺，整體結(jié)構(gòu)采用一體化設(shè)計加工，其尺寸與水蝕試驗系統(tǒng)輪盤安裝槽相配合。單次試驗整圈共有二十四個階梯型擋塊，最后一個擋塊后側(cè)面加工有螺紋孔，通過螺釘與輪盤相連以固定整圈試驗件周向位置。

需要說明的是，階梯型擋塊的凸臺需要具有一定的厚度，因為隨著試驗的進(jìn)行，高速射流會持續(xù)對凸臺表面進(jìn)行打擊，從而在材料表面產(chǎn)生沖蝕痕跡，若凸臺厚度不足，由于沖痕的產(chǎn)生極易破壞相鄰擋塊間的劈縫結(jié)構(gòu)，使劈縫寬度增加甚至穿透凸臺，無法滿足產(chǎn)生高速液滴撞擊的效果，因此擋塊凸臺需要具備足夠的厚度。

進(jìn)一步，采用方形試驗件結(jié)構(gòu)設(shè)計，其厚度與擋塊扇形基礎(chǔ)厚度相同，試驗表面可加工涂層用以測試涂層材料抗水蝕特性。安裝時，試驗件與擋塊依次滑入輪盤安裝槽，整圈24個試驗件與24個擋塊相互夾緊，之后加蓋輪盤以固定試驗件軸向與周向位移。便可以即對凸臺表面材料進(jìn)行持續(xù)高速射流沖擊，又可同時對方形試驗件表面實現(xiàn)高速液滴沖蝕，大大提高了試驗效率。

綜上所示，本發(fā)明在綜合考慮實際各項因素及已有的試驗條件的基礎(chǔ)上，能夠在保持試驗系統(tǒng)主體不變動的條件下，通過試驗件的結(jié)構(gòu)調(diào)整將高速射流撞擊轉(zhuǎn)化為高速液滴撞擊，更加貼近實際地模擬了汽輪機(jī)葉片真實的工作狀況，可用于評判和改進(jìn)葉片材料防水蝕技術(shù)，提高葉片防水蝕能力，為汽輪機(jī)濕蒸汽級的安全運行提供有力的技術(shù)支撐。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明一種利用高速射流產(chǎn)生高速液滴的試驗件結(jié)構(gòu)構(gòu)的局部示意圖；

圖2是本發(fā)明是整圈方形試驗件及階梯型擋塊分布示意圖；

圖3是本發(fā)明階梯型擋塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明方形試驗件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明射流噴嘴相對位置示意圖。

圖中：1-階梯型擋塊；2-方形試驗件；3-劈縫；4-扇形基礎(chǔ)；5-凸臺；6-射流噴嘴；7-輪盤。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明

參見圖1至圖5，本發(fā)明提供的一種利用高速射流產(chǎn)生高速液滴的試驗件結(jié)構(gòu)，包括射流噴嘴6、圓形的輪盤7以及均勻設(shè)置在輪盤7周向上的若干個階梯型擋塊1；其中，采用階梯型擋塊1設(shè)計，利用相鄰階梯型擋塊1之間形成的劈縫3將高速射流轉(zhuǎn)化為高速液滴，從而在方形試驗件2表面產(chǎn)生離散高速液滴撞擊工況模擬。試驗時，階梯型擋塊1與方形試驗件2相鄰排布，整圈共有24個階梯型擋塊1與24個方形試驗件2，相互壓緊避免周向滑移，之后加蓋輪盤7壓緊階梯型擋塊1與方形試驗件2下半部分，以固定其周向位移。整圈階梯型擋塊1與方形試驗件2隨輪盤高速轉(zhuǎn)動，高速射流自射流噴嘴6中射出，撞擊在階梯型擋塊1及方形試驗件2上半部分。階梯型擋塊1由扇形基礎(chǔ)4與兩側(cè)凸出的凸臺5組成，采用一體化加工成型，凸臺側(cè)面帶有一定傾斜角，其角度根據(jù)射流撞擊點旋轉(zhuǎn)線速度與射流速度矢量計算得到，扇形基礎(chǔ)4厚度與方形試驗件2厚度一致，相鄰階梯型擋塊1會在中間方形試驗件表面形成一條劈縫3，其寬度略大于射流噴嘴6直徑。

為了對本發(fā)明進(jìn)一步了解，現(xiàn)對其動作過程做一說明。

試驗過程中，將24個階梯型擋塊1與24個方形試驗件2依次滑入輪盤安裝槽內(nèi)，整圈壓緊后蓋上輪盤7壓住階梯型擋塊1與方形試驗件2下半部分，用螺釘上緊輪盤7以固定其周向和軸向位置，之后啟動電機(jī)，階梯型擋塊1與方形試驗件2會隨輪盤一起高速轉(zhuǎn)動。開啟高速射流發(fā)生器，高速射流會從射流噴嘴6中射出，撞擊階梯型擋塊1與方形試驗件2上半部分，相鄰階梯型擋塊1組成的劈縫寬3度略大于射流噴嘴6直徑，當(dāng)劈縫3旋轉(zhuǎn)至射流撞擊點對應(yīng)位置時，高速射流能夠延劈縫3撞擊到方形試驗件2表面。這一瞬間，因為劈縫3寬度小且輪盤轉(zhuǎn)速高，劈縫3在撞擊點持續(xù)時間非常短，僅有極少射流穿過劈縫3到達(dá)方形試驗件2表面，可以近似認(rèn)為是高速液滴對試驗件2表面產(chǎn)生了撞擊，由此將高速射流沖蝕轉(zhuǎn)化為了高速液滴沖蝕，之后當(dāng)劈縫3離開撞擊點后，高速射流繼續(xù)對階梯型擋塊上半部分凸臺表面進(jìn)行撞擊，待下一條劈縫3旋轉(zhuǎn)至沖擊點位置時，少部分射流又會穿過劈縫3對方形試驗件2表面進(jìn)行撞擊，從而對整圈24個試樣表面均會產(chǎn)生相同的高速液滴撞擊作用，進(jìn)而對汽輪機(jī)末級葉片的水蝕狀況進(jìn)行試驗?zāi)M。

階梯型擋塊1上凸臺5結(jié)構(gòu)需要具備一定厚度，以防止高速射流破壞劈縫3結(jié)構(gòu)擴(kuò)大劈縫3寬度，甚至穿透凸臺5對試驗件表面對方形試驗件2表面進(jìn)行直接撞擊；凸臺5側(cè)面需要具有一定的傾斜角度，其具體角度由撞擊點旋轉(zhuǎn)線速度與射流速度矢量計算得到，以保證射流在瞬間能夠穿過劈縫3對方形試驗件2表面進(jìn)行撞擊；方形試驗件2可以采用不同防水蝕材料加工，從而對不同種材料進(jìn)行高速液滴撞擊對比試驗以獲取相應(yīng)抗水蝕性能數(shù)據(jù)及抗水蝕能力排序；凸臺5可以同時采用待測抗水蝕材料加工或在其表面加工抗水蝕涂層，在試驗過程中同時研究材料抗高速射流沖蝕性能狀況，提高實驗效率；實驗結(jié)束后，階梯型擋塊1與方形試驗件2可以分別進(jìn)行稱重與表面形貌觀察，獲取相應(yīng)材料抗水蝕性能參數(shù)，相比于在試驗件2表面加裝遮擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計，本發(fā)明很好的利用擋塊1的作用，在不影響水蝕表面結(jié)構(gòu)的前提下，實現(xiàn)了將高速射流轉(zhuǎn)化為高速液滴的目的，同時避免了遮擋結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)過程中飛出的安全隱患并且簡化了拆裝步驟，提高了實驗效率。