[发明专利]抗冲磨仿真试验装置和试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟表面高速水流冲刷磨损试验方法,特别是一种抗冲磨仿真试验装置和试验方法，主要适用于水利水电技术领域。

背景技术

混凝土过水建筑物，在高速水流冲刷作用下，可能会存在以下三种形式的破坏，分别是推移质破坏、悬移质破坏和汽蚀破坏作用；所谓推移质就是在水流作用下产生贴底式的移动，会在水底表面形成一定摩擦力，根据推移质的比重及表面平整性不同，产生不同的摩擦阻力，对表面产生破坏；所谓悬移质就是在水流作用下会在接近底部位置产生跳跃式的接触，累积大量的悬移质存在，对表面会产生严重的破坏；汽蚀破坏就是在水流局部流向发生突变，有凸起或凹陷处，在突变点的顺流方向会产生负压，负压值达到一定等级后，会使液体产生汽化现象，一个个负压气泡会在顺流而下过程中迅速破灭，每一个气泡破灭点所产生的局部水波冲击破坏力量，其单位能量不亚于子弹的直接冲击，会对水底表面产生严重破坏。最常见的破坏形式为悬移质及汽蚀破坏，产生的原因为含泥沙水流及过水建筑物表面不平整导致的破坏。

随着清洁能源需求的增长，作为清洁能源之一的水力发电也获得蓬勃发展，其排沙泄洪洞，导流洞，溢洪道等过水建筑物表面的冲磨破坏一直困扰工程建设者，始终没法有效解决，只有采取不断修补，不断更新表层材料的形式维持运行，为此数十年来国内外相关科研单位开展了名目众多的抗冲磨材料及抗冲磨试验设备的研究工作，以期寻找一种合适的材料及工艺来延缓或彻底杜绝破坏的发生。

表示抗冲磨性能的标准，国家没有发布过，目前只有行业标准，且多种标准同时存在的局面，分别是水下圆环法，水下钢球法及含水风砂枪法，由于方法不同，最终形成的磨损单位也不同，方法与方法之间没有可比性，对抗冲磨材料的生产研发单位来说，引用标准困难，也不利于国家在抗冲技术领域的提高。

水下圆环法是一种采用圆环形试件，在圆心位置采用齿轮带动水流，对圆环内表面不断冲刷的抗冲磨模拟装置，其缺点为模拟的表面只能是圆弧形，与实际情况大多数为直线型不符，此外齿轮高速转动时，水在离心作用下，会被甩出齿轮，特别是提高线速度至20m/s以上时，会形成空转现象，在测试过程中的一个现象可以反映出来，就是试件磨耗值在越高转速下，反而变小的现象，限制了高流速的模拟试验研究，目前采用补救的方法是对齿轮内空间进行加压处理，在经过大量的数据拟合，以不同压力下等同于多少流速来说明材料的抗冲磨等级，因此高流速下的抗冲磨性能指标说服力较差。

水下钢球法是一种采用高速搅拌轴的形式，带动水中的钢球，对置于底部的圆形试件进行冲磨试验，其缺点为破坏形式只能在圆形试件的外圈，由于在离心力的作用下，钢球会被甩到桶形装置的壁上，使钢球之间产生堆积、挤压及碰撞，因此破坏也只能在外圈产生，能在较低流速下模拟出材料的相对磨耗值，一般最高模拟流速不能大于10m/s，失去了模拟高速水流破坏的意义。

含水风砂枪法是一种采用转动圆环形试件，在圆心位置采用喷射加气加砂水流，对圆环内表面不断冲刷的抗冲磨装置，其缺点为只能靠喷嘴形成的点或线性接触表面，水流与圆环内表面存在一定夹角，在喷的同时，水会产生反弹，也不能反映汽蚀破坏。

现有的以上三种主流的抗冲磨试验方法，只能适用于对不同材料的抗冲磨比较判定上，而对于是否能真实反映实际冲磨破坏情况上都存在一定不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种抗冲磨仿真试验装置和试验方法，以提高模拟试验的真实性和可靠性，同时不受水流速度的影响，理论上可以实现任意合理存在的速度。

本发明所采用的技术方案是：抗冲磨仿真试验装置，其特征在于：它包括带进水口和出水口的试验台，以及置于该试验台上、采用被测试抗冲磨材料制成的测试试件，其中测试试件内部开设有水流通道，该水流通道两端分别与试验台的进水口和出水口连通；所述试验台的进水口处设有一进水管，该进水管另一端经管道连接无级调速泵的出水端，试验台的出水口连接有消能沉淀装置，该消能沉淀装置另一端经管道连接无级调速泵的进水端。

所述消能沉淀装置包括沿水流方向依次连通的消能管道、第一沉淀池和第二沉淀池，其中消能管道进水端与试验台的出水口相连，第二沉淀池的出水端与无级调速泵的进水端相连。

所述进水管上连有一与混砂水池相连的进水支管。

所述水流通道呈直线等径棒形、直线变径棒形、T形或L形。

所述水流通道表面制有用于模拟气蚀的凹凸部。