高速挟沙水流空蚀破坏试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及空蚀破坏试验技术领域，尤其涉及高速挟沙水流空蚀破坏试验装置。


背景技术：

2.空化空蚀一直是水利水电工程、船舶、海军武器装备中普遍存在但尚未完全解决的技术难题。目前对于空蚀的机理普遍认为“空蚀是由于游移型空泡溃灭或是由于在固定型空穴内表面上的游移型空泡溃灭时形成的冲击波和微射流反复冲击作用在材料表面上所致。”冲击压强的大小与游移型空泡内外压强的大小及流体的性质有关。与一般的清水工程不同，通常的水利水电工程所涉及的流体均为挟沙水流，而且在溢流坝、泄洪洞、溢洪道等泄水建筑物中，挟沙水流处于高速水流状态，对水工建筑物会造成严重的空蚀破坏。高速水流对水工建筑物造成空蚀破坏是能够预期的，但挟沙水流中存在着泥沙效应，挟沙水流作为一种特殊的固
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液两相流动介质，当泥沙粒径、泥沙级配、泥沙浓度等产生变化时，挟沙水流的特性必然会随之发生变化。而流体特性的变化对于空蚀破坏自然会产生影响。挟沙水流中泥沙的存在对于空蚀破坏是“促进”还是“抑制”？而泥沙各种特性对于高速水流在空蚀破坏中起到的作用单纯通过理论分析是很难得出结论的。因此亟需一种物理模型的实验方法，来研究高速挟沙水流中泥沙对于空蚀破坏的影响。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型提供一种高速挟沙水流空蚀破坏试验装置。
4.本实用新型采用的技术方案是：高速挟沙水流空蚀破坏试验装置，包括基座，基座上设有水箱，水箱包括内外套设的内筒(1)和外筒 (2)，内筒(1)内具有用于盛放挟沙水样的内腔，内筒(1)和外筒 (2)之间形成用于容纳冷却水的环形空腔，内筒(1)的外壁上设有与内筒(1)的内腔连通的一号排水管道(3)，一号排水管道(3)的出水端穿过外筒(2)延伸至外筒(2)外部，一号排水管道(3)上且位于外筒(2)外的位置设有一号阀门(4)；外筒(2)的外壁上设有与环形空腔连通的二号排水管道(5)，二号排水管道(5)上设有二号阀门(6)；
5.所述内筒(1)的内腔连通有第一进水支管和第二进水支管，第一进水支管和第二进水支管的出水端共同连通有主管道(7)，第一进水支管上设有一号水泵(11)，第二进水支管上设有二号水泵(12)；主管道(7)上设有用于观察试件空蚀破坏的空蚀段(13)，空蚀段(13) 的横截面为方形，空蚀段(13)的纵截面为梯形，空蚀段(13)进水端的横截面面积小于空蚀段(13)出水端的横截面面积；空蚀段(13) 的两侧设有梯形的有机玻璃观察窗(13
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2)；空蚀段(13)的底部设有底座，底座上设有多个便于实时采集各测压点压力的测压孔(13
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1)，测压孔(13
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1)上安装有压力传感器；空蚀段(13)的顶部设有用于放置混凝土试件的安放盒(13
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3)，混凝土试件大致呈倒“凸”字形结构；安放盒(13
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3)的底部设有与混凝土试件下部形状相适配的通孔，通孔与空蚀段(13)的内部连通；混凝土试件的下部嵌设在安放盒(13
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3)的通孔内，且混凝土试件的底面与空蚀段(13)的顶部内表面齐平；安放盒(13
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3)的
顶端设有用于密封安放盒(13
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3)顶端的金属顶板；
6.所述主管道(7)的出水端分流为第一支管(8)、第二支管(9) 和第三支管(10)，第一支管(8)、第二支管(9)和第三支管(10) 的出水端均与内筒(1)的内腔连通，第一支管(8)、第二支管(9) 和第三支管(10)上分别设有三号阀门(14)、一号电磁流量计(15) 和二号电磁流量计(16)。
7.进一步，所述内筒(1)和外筒(2)的形状均为上大下小的圆锥台形。
8.进一步，所述多个测压孔(13
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1)在底座上呈等间距排列。
9.本实用新型的有益效果是：通过钢化玻璃观察窗，能够方便观察空泡的溃灭情况；通过观察混凝土试件的空蚀程度，可以分析空蚀破坏的强度；通过循环管道，可以有效控制水流空化数；通过内筒含沙水样的调整，易于模拟各种含沙量、粒径以及级配等对挟沙高速水流空蚀破坏的影响。
附图说明
10.图1是本实用新型的平面布置图。
11.图2是空蚀段管道的主视图。
12.图3是空蚀段管道的俯视图。
13.图4a是混凝土试件的前视图。
14.图4b是混凝土试件的俯视图。
15.图4c是混凝土试件的左视图。
16.附图标记说明：1、内筒；2、外筒；3、一号排水管道；4、一号阀门；5、二号排水管道；6、二号阀门；7、主管道；8、一号支管； 9、二号支管；10、三号支管；11、一号水泵；12、二号水泵；13、空蚀段：13
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1、测压孔；13
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2、观察窗；13
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3、安放盒；14、三号阀门；15、一号电磁流量计；16、二号电磁流量计。
具体实施方式
17.下面将结合附图对本实用新型专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
19.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上
述术语在本实用新型中的具体含义。
20.参照附图，高速挟沙水流空蚀破坏试验装置，包括基座，基座上设有水箱，水箱包括同轴内外套设的内筒1和外筒2，内筒1和外筒 2的形状为上大下小的圆锥台形，所述圆锥台形可以在水样容量较少的情况下，保持一定的深度使实验装置正常运行，同时也便于排空泥沙以免沉积在内筒底部。内筒1内具有用于盛放挟沙水样的内腔，通过改变泥沙的级配、粒径等来改变含沙水样的特性，以此来研究不同泥沙特性对空蚀破坏的影响。内筒1和外筒2之间形成用于容纳冷却水的环形空腔，通过活水流动来保证内筒的水温。内筒1的外壁上设有与内筒1的内腔连通的一号排水管道3，一号排水管道3的出水端穿过外筒2延伸至外筒2外部，一号排水管道3上且位于外筒2的位置设有一号阀门4，一号排水管道3用于排出含沙废水；外筒2的外壁上设有与环形空腔连通的二号排水管道5，二号排水管道5上设有二号阀门6，二号排水管道5用于排出冷却水，通过开启二号阀门6，可以保证活水流通。
21.所述内筒1的内腔连通有第一进水支管和第二进水支管，第一进水支管和第二进水支管的出水端共同连通有主管道7，第一进水支管上设有一号水泵11，第二进水支管上设有二号水泵12；两台泵并联可以减少水头损失，保持供水稳定。沿着水流方向，主管道7上设有用于观察试件空蚀破坏的空蚀段13，所述空蚀段13的横截面为方形，空蚀段13的纵截面为梯形，空蚀段13进水端的横截面面积小于空蚀段13出水端的横截面面积；空蚀段13进水端截面积小于主管道截面积，空蚀段13出水端截面积与主管道截面积几乎相同，主管道7截面形状为圆形，空蚀段13出水端截面为方形，在管路中通过方圆接头过渡为圆形。
22.空蚀段13的两侧设有梯形的有机玻璃观察窗13
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2；空蚀段13 的底部设有底座，底座上设有多个便于实时采集各测压点压力的测压孔13
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1，多个测压孔13
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1在底座上呈等间距排列。测压孔13
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1上安装有压力传感器；空蚀段13的顶部设有安放盒13
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3，安放盒13
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3用于放置混凝土试件，混凝土试件大致呈倒“凸”字形结构，包括上部梯形结构和下部梯形结构，安放盒13
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3的底部设有与混凝土试件下部形状相适配的通孔，通孔与空蚀段13的内部连通，混凝土试件的下部嵌设在安放盒13
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3的通孔内，且混凝土试件的底面与空蚀段(13) 的顶部内表面齐平，使混凝土试件的下表面与高速挟沙水流接触，但不改变高速挟沙水流状态；空泡进入空蚀段13发生溃灭形成冲击波和微射流作用于混凝土试件表面上，在冲击波和微射流的物理化学作用下使混凝土试件发生空蚀破坏；安放盒13
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3的顶端设有用于密封安放盒13
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3顶端的金属顶板，金属顶板与安放盒13
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3之间设有密封件，金属顶板与安放盒13
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3的顶端通过螺栓连接。
23.主管道7的出水端分流为第一支管8、第二支管9和第三支管10，第一支管8、第二支管9和第三支管10的出水端均与内筒1的内腔连通，第一支管8上设有三号阀门14，通过开关三号阀门14，形成分流，调节主管道流量；二号支管9和三号支管10上分别设有一号电磁流量计15和二号电磁流量计16，通过观测两个电磁流量计，可以获取管道实时流量。主管道7的进水端通过第一进水支管和第二进水支管与内筒1相连，主管道7的出水端同一号支管8、二号支管9、三号支管10相连构成循环管道，保证含沙水流循环流通，并且保证泥沙浓度、粒径等特性的稳定。
24.本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。