[发明专利]高速水下钢球法冲磨试验仪

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨材料及其制品的耐磨性能测试技术。具体涉及一种高速水下钢球法冲磨试验仪。

背景技术

DL/T 5150《水工混凝土试验规程》、SL 352《水工混凝土试验规程》等标准中采用的水下钢球法抗冲磨试验是用来测定耐磨材料及其制品表面受水下高速流动介质磨损的相对抗力，用来评价耐磨材料及其制品表面的相对抗冲磨性能。该方法中，驱动电机转速为1200 r/min，搅拌叶轮直径上小下大，搅拌叶轮上的侧叶片宽度上小下大，冲磨介质采用钢球，其直径组合为10×Ф25.4mm、35×Ф19.1mm、25×Ф12.7mm，其投影面积占试件上表面积的25.8%；每个试件的冲磨试验时间需要72小时。

上述标准的水下钢球法试验，因驱动电机转速较低，试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），而目前水电站的泄水流速高达40m/s～50m/s，这时的近底流速均大于4m/s，因此上述标准的水下钢球法试验不能准确模拟真实工况；其次，随着高性能耐磨材料及其制品的应用，标准的水下钢球法在72小时内，只能磨到耐磨材料及其制品的表面，不能磨到其内部，易受到耐磨材料及其制品表面质量的影响，反映不出耐磨材料及其制品整体的抗冲磨性能，例如，对于抗压强度≥50MPa的抗冲磨混凝土，磨损深度一般不到2.0mm，且试件中央平均有直径10cm的区域不能被磨到。

试验表明，单独依靠提高驱动电机转速，虽然可以提高钢筒内水体的表面水流速度，但难以提高水流的近底流速。单纯提高驱动电机转速后，产生的问题主要有：

问题1：搅拌叶轮在驱动电机高转速带动下，在钢筒内的水体中形成直径与搅拌叶轮直径相当的漩涡，水体难以形成整体性紊流，导致冲磨介质难以磨到处在搅拌叶轮直径范围内的试件中央部分，具体而言，往往只在试件上表面外沿产生一条约20mm～40mm宽的环形磨蚀沟槽。

问题2：水易从钢筒内漏出或溅出，水量减少后不足以带动冲磨介质移动并产生冲磨作用。具体而言，冲磨进行3～4小时后钢筒内的水量就减少一半以上。

问题3：标准方法下成型的试件在高速水流冲磨过程中，冲磨不到10小时，即会被高速水流掀起，损坏搅拌叶轮和设备，并给操作人员带来危险。例如，本申请人在本发明设备研发调试过程中曾经因此损坏了3个搅拌叶轮。

问题4：标准方法规定的冲磨介质粒径偏小、自重较低，在高速水流作用下容易悬浮；冲磨介质的投影面积占试件上表面积的比例偏小，与试件上表面的冲磨接触机会相应较少；对试件底面的磨损率较低，例如，对强度等级为C30、骨料为灰岩的28d龄期混凝土试件，冲磨48小时内试件每m²单位面积上磨损1kg所需的平均之间为3小时左右，且磨损不均匀，试件中央平均约有直径7cm的圆形区域不能被磨到。

现有技术中，尚未有解决上述问题的技术方案。因此，需要一种新型的抗冲磨试验方法及其设备，能模拟高速水流下流动介质对耐磨材料及其制品的冲磨工况，反映出耐磨材料及其制品的整体抗冲磨性能。

发明内容

针对标准水下钢球法水流速度较低的问题，本发明的目的是提供一种高速水下钢球法冲磨试验仪。该高速水下钢球法冲磨试验仪以及使用这种高速水下钢球法冲磨试验仪的试验方法，是在标准水下钢球法实验设备的基础上，提高驱动电机转速来获得高速水流，并通过改变搅拌叶轮形状设计、改变冲磨介质尺寸组合等，来获得较高的近底流速，达到提高冲磨效率的目的。

完成上述发明任务的方案是：一种高速水下钢球法冲磨试验仪，在主机机架上设有钢筒，该钢筒中设有由调速电机驱动的搅拌叶轮；该钢筒中还设有用于放置被测试件的试件托板，试件托板下方设有集水盘；所述集水盘的底部设有升降机，其特征在于，所述调速电机的调速范围在500r/min-10000r/min之间；该高速水下钢球法冲磨试验仪的搅拌叶轮由1个上叶轮、1个下叶轮、2片侧叶片和1根搅拌轴组成；所述上叶轮的外径比下叶轮的外径大5mm-40mm；所述2片侧叶片为P形，该2片侧叶片上部的最大宽度分别大于其下部的最大宽度。

以上所述的高速水下钢球法冲磨试验仪的进一步改进，有以下优化方案：

所述的上叶轮的外径为50mm-200mm；优选100mm～150mm；下叶轮的外径为30mm-180mm；优选90mm～130mm；

所述上、下叶轮之间的净空为100.00mm-150.00mm；