Установка для испытаний на кавитационную эрозию



Установка для испытаний на кавитационную эрозию
Установка для испытаний на кавитационную эрозию
Установка для испытаний на кавитационную эрозию
Установка для испытаний на кавитационную эрозию
Установка для испытаний на кавитационную эрозию
Установка для испытаний на кавитационную эрозию
G01N29/00 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2710480:

Общество с ограниченной ответственностью "Уральский институт сварки - металлургия" (ООО "УИС-металлургия") (RU)

Использование: для оценки кавитационной эрозионной стойкости сплавов, покрытий и других материалов, работающих в жидких средах с помощью ультразвуковой вибрации для генерации кавитации. Сущность изобретения заключается в том, что установка включает в себя ультразвуковой генератор, преобразователь и вибрационный зонд, который несет образец на своем конце. Под испытуемым образцом на расстоянии 1-3 мм ставится сопло. Через сопло на поверхность образца поступает жидкость, которая вызывает кавитацию за счет ультразвуковой колебаний. Подача жидкости в сопло осуществляется из напорного бака, а регулирование слива происходит по обратным связям. Технический результат: обеспечение возможности создания надежной и простой в использовании установки, обеспечивающей стабильные результаты испытаний. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

 

Созданная испытательная установка относится к кавитационным устройствам для анализа эрозии и может быть использована для оценки кавитационной эрозионной стойкости сплавов, покрытий и других материалов, работающих в жидких средах с помощью ультразвуковой вибрации для генерации кавитации.

Известна испытательная установка для оценки кавитационной эрозии, в которой испытуемый образец погружают в жидкость, а струю жидкости направляют на поверхность образца через сопло под давлением [S. Aribo, R. Barker, X. Hu, and A. Neville, "Erosion-corrosion behaviour of lean duplex stainless steels in 3.5% NaCl solution," Wear, vol. 302, pp. 1602-1608, 2013]. Кавитационные пузырьки генерируются в результате обработки струей жидкости, вызывая эрозию. Недостатком известной установки является сложность технологического осуществления, связанная с большим расходом жидкости, поступающей под высоким давлением.

В качестве прототипа может быть выбрана установка, используемая для испытания стойкости против кавитационной эрозии [М.S. Lamana, A.G.М. Pukasiewicz, and S. Sampath, "Influence of cobalt content and HVOF deposition process on the cavitation erosion resistance of WC-Co coatings," Wear, vol. 398-399, pp. 209-219, 2018], в которой испытания проводят с помощью ультразвукового вибратора. Установка состоит из ультразвукового генератора, ультразвукового преобразователя, зонда, испытуемого образца, и контейнера с жидкостью. Образец закреплен ниже вибрационной части (зонд) на расстоянии 0,5 мм. Образец и зонд погружают в жидкость заданного состава во время испытания.

К недостаткам прототипа следует отнести: увеличение температуры тестируемой жидкости во время проведения испытания, сложность поддержания малого зазора между зондом и испытуемым образцом, изменение состава жидкости в течение испытаний. Все это приводит к нестабильности результатов испытаний.

Задачей изобретения является создание простой в использовании установки, обеспечивающей стабильные результаты испытаний кавитационной эрозии и устранение указанных выше недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в установке для испытаний на кавитационную эрозию, содержащей ультразвуковой генератор для генерирования вибраций, ультразвуковой преобразователь, зонд для усиления колебаний, испытуемый образец, и контейнер, в котором проводится испытание, предусмотрено сопло, и испытуемый образец расположен выше среза сопла подачи жидкости.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлена схема установки, используемой при испытаниях на кавитационную эрозию, которая включает ультразвуковой генератор 1, ультразвуковой преобразователь 2, зонд 3, испытуемый образец 4, сопло 5, контейнер 6, основание 7, подвижный стол 8, шланг 9, контейнер для хранения испытуемой жидкости временно 10, насос 11, шланг 12, напорный бак рабочей жидкости 13, клапан управления потоком жидкости 14, шланг 15, контроллер 16.

Установка работает следующим образом. Испытуемый образец 4 закреплен на торце зонда 3. Зазор между испытуемым образцом и соплом 5 регулируют в пределах, обеспечивающих кавитационный эффект. В варианте реализации изобретения расстояние изменяли от 1 до 3 мм при перемещении стола 8 по вертикали. В задачу предлагаемого изобретения не входит точное определение необходимого зазора. Важным является именно легкость контроля этого зазора для получения, требуемого кавитационного эффекта. Специалисту в соответствующей области техники понятно, что конкретная величина зазора определяется конкретным исполнением установки и используемыми размерами образца, и заданными условиями испытаний. Напорный бак 13 заполнен жидкостью, состав которой соответствует условиям испытаний. Жидкость вытекает из напорного бака через регулирующий клапан 14, и транспортируется шлангом 15 до сопла, поддерживаемого основанием 7. Из сопла 5 жидкость истекает вверх для контакта с испытуемым образцом 4. В жидкость под действием ультразвуковых колебаний образуется большое количество пузырьков между испытуемым образцом 4 и соплом 5. Эти пузырьки взрываются на поверхности металла образца, что приводит к эрозии. Жидкость затем стекает в контейнер 6 и через шланг 9 в контейнер 10. Когда жидкость в контейнере 10 достигает определенного уровня, водяной насос 11 автоматически включается и подает жидкость через шланг 12 в напорный бак 13. Процесс включения / выключения контролируется блоком управления 16.

Установка выполнена с возможностью обеспечения непрерывной циркуляции жидкости, для чего жидкость из напорного бака 13 жидкость по шлангу 15 поступает в сопло 5 и воздействует на испытуемый образец 4, затем в контейнер 6 и по нижнему шлангу 9 стекает в контейнер 10 для временного хранения жидкости. В контроллере 16 установлена программа и таймер для периодического включения насоса 11 откачки жидкости из нижнего контейнера для подачи обратно в напорный бак.

Высота столба жидкости, истекающей из сопла (h), зависит от напора (Н) (см. Фиг. 1) и скорости истечения потока (V) через сопло диаметром (d):

h=ƒ(H, V)

Выражение для h на основе уравнение Бернулли имеет вид [Гусев В.П., ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ, Издательство ТПУ, Томск, 2009]:

где: V - действительный расход жидкости; ε - коэффициент сжатия струи; ϕ - коэффициент скорости истечения жидкости; ƒ - площадь поперечного сечения сопла; g - ускорение свободного падения.

Коэффициенты для расчета принимаем согласно [Чугаев P.P., Гидравлика (техническая механика жидкости), Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1982, 672 с.], для интервала характерных диаметров сопла 5-8 мм и Н=500-1000 мм, составляет h=50-140 мм.

Однако для удобства работы, требуется минимальный h, а также выполнение соотношения:

где D - диаметр образца

, исходя из следующие соображений:

1. Обеспечение легкого управления и регулировки зазора между соплом и испытуемым образцом;

2. Использование минимального расхода, который может обеспечить высоту жидкости 1-3 мм и поддерживать постоянный контакт с поверхностью образца; и

3. Получение однородного распределения жидкости во время испытания, которое обеспечивает устойчивое воздействие на поверхность образца.

Поэтому выбираем h=1-3 мм.

Технические результаты и признаки заявляемого объекта представлены в таблице 1.

Таким образом, расстояние между срезом сопла и испытуемым образцом в предложенном техническом решении на порядок больше, чем доли миллиметра в прототипе, что облегчает контроль зазора в зависимости от диаметра сопла и используемого образца. В приведенном далее примере диаметр образца выбирали в соответствии с установленным стандартом проведения испытаний на кавитационную эрозию. Однако предлагаемое изобретение не ограничивается указанным размером образца. Важно, чтобы выбранные параметры проведения испытаний создавали необходимый для испытаний кавитационный эффект. Кроме того, в установке предусмотрен напорный бак, обеспечивающий необходимый напор жидкости в сопле за счет постоянного уровня жидкости в напорном баке, а также установлена дополнительная система для непрерывной циркуляции жидкости, обеспечивающая расход жидкости, равный расходу жидкости через сопло. Это позволяет сохранить постоянный состав жидкости, воздействующий на образец во время испытаний и, следовательно, стабильность результатов испытаний.

Преимущества изобретения включают: (1) процесс охлаждения для тестируемой жидкости не требуется благодаря непрерывной циркуляции жидкости; (2) расстояние между испытуемым образцом и соплом можно регулировать с помощью перемещения стола; и (3) за счет непрерывной циркуляции жидкости ее состав и температура остаются неизменными. Эти особенности установки обеспечивают стабильность результатов испытаний.

Пример реализации установки

Для проведения кавитационного испытания были подготовлены образцы, из стали 40. В соответствии с предложенным методом испытания на разработанной установке эксперимент проводили в несколько этапов с общей продолжительностью 330 минут. Режим испытаний: частота вибрации 20 кГц, амплитуда 20 мкм и мощность ультразвукового генератора 500 Вт, напор жидкости (Н=700 мм).

Из-за непрерывной циркуляции жидкости температура образца оставалась постоянной в прогрессе испытания, и эксперимент проводили при комнатной температуре. Испытуемый образец был подготовлен в соответствии с требованиями стандарта G32-10 [ASTM, "Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus, G 32 - 10" pp. 1-19, 2011], a шероховатость поверхности образца составляла 0,8 μм. Испытуемый образец крепили при помощи резьбового соединения к торцу зонда. Состав жидкости, используемой в эксперименте, представляет собой водный раствор 3,5% NaCl. Расстояние между испытуемым образцом и соплом регулировали в диапазоне от 1 до 3 мм за счет изменения параметров ультразвуковой обработки. Процедур у взвешивания проводили в конце каждого этапа испытания, перед взвешиванием образец подвергали чистке в ацетоне и сушке горячим воздухом в течение 30 секунд. Для измерения потери веса образца использовали устройство (ВЛР-200 г, точность измерения = 0,5 мг, гост 24104 - 80, N 290).

Полученные результаты кавитационных испытаний, представлены как потеря массы испытуемого образца за все время испытания и приведены в Таблице 2.

Реализация предложенной конструкции испытательной установки позволяет повысить достоверность результатов кавитационных испытаний.

1. Установка для испытаний на кавитационную эрозию с помощью ультразвуковой вибрации, содержащая ультразвуковой генератор для генерирования вибраций, ультразвуковой преобразователь и зонд для усиления колебаний, закрепленные вертикально, испытуемый образец и контейнер, в котором проводится испытание, отличающаяся тем, что в установке дополнительно устанавливают сопло подачи жидкости, при этом испытуемый образец расположен выше среза сопла подачи жидкости с возможностью регулирования расстояния до среза сопла, обеспечивающего кавитационный эффект; при этом установка далее содержит напорный бак, обеспечивающий напор жидкости в сопле, для чего указанный напорный бак расположен выше сопла на расстоянии, обеспечивающем необходимый напор истекающей из сопла жидкости; при этом установка выполнена с возможностью непрерывной циркуляции жидкости через сопло.

2. Установка по п. 1, в которой указанное расстояние от среза сопла до испытуемого образца составляет 1-3 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Круговой почвенный стенд содержит каркас, приводной механизм, круговую емкость с почвой, катки с грузами, рыхлители и увлажнители, гнезда для закрепления стоек, характеризуется тем, что гнезда выполнены в форме трубы, к которой прикреплены тензометрические силоизмерители, а внутри трубы размещена стойка рабочего органа, при этом тензометрические силоизмерители сориентированы своими осями измерения в горизонтальном и вертикальном направлениях, причем тензометрический силоизмеритель, расположенный в вертикальном направлении, неподвижно закреплен между верхней гранью стойки и трубой гнезда с возможностью регистрации деформаций сжатия и растяжения, а горизонтальные силоизмерители уперты в боковые грани стойки с возможностью регистрации деформаций сжатия.

Настоящее изобретение раскрывает устройство для определения износа скользящей муфты направляющего подъемника стального троса шахтного ствола и способ его определения.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания поверхностей деталей на абразивное изнашивание, и может быть использовано для испытания материалов и заготовок.

Изобретение относится к области испытаний и может быть использовано для проведения испытаний эксплуатационных свойств проката, используемого для нефтепромысловых труб.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к испытаниям на трение и изнашивание, и может быть использовано для испытания абразивных инструментов и обрабатываемости различных материалов, в частности к испытаниям абразивных кругов, применяемых для шлифования рельсов в пути.

Изобретение относится к области исследования триботехнических характеристик материалов пар трения и может быть использовано для их определения с высокой точностью не только в нормальных, но и в специфических условиях, в частности в условиях открытого космоса, в зоне действия ионизирующих излучений, экстремальных температур и т.п.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть применено при испытании материалов на трение и износ, а также для определения коэффициентов трения в парах скольжения при возвратно-поступательном движении.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к абразивному изнашиванию при низких, нормальных и повышенных температурах.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к газоабразивному изнашиванию при нормальной и повышенных до 1000°С температурах.

Изобретение относится к способам и средствам определения физико-механических характеристик носителя или катализатора, в частности к способу определения показателя истираемости и к устройству для определения показателя истираемости носителя или катализатора.

Изобретение относится к области исследований физико-механических свойств материалов и может быть использовано для определения огнестойкости строительных материалов.

Изобретение относится к сейсмоакустике и может быть использовано для определения толщины ледопородного ограждения в процессе искусственного замораживания грунтов при проходке шахтных стволов.

Использование: для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для возбуждения пьезоэлектрических акустических преобразователей состоит из генератора электрических колебаний, с выходом которого соединен последовательный индуктивно-емкостный колебательный контур, к емкости которого подключен пьезокерамический преобразователь, при этом к выходным усилителям мощности задающего генератора прямоугольных электрических колебаний подключены идентичные электрические цепи, состоящие из последовательно соединенных параллельного индуктивно-емкостного колебательного контура, настроенного на вторую гармонику электрических колебаний задающего генератора, последовательного индуктивно-емкостного колебательного контура, расчетная емкость которого замещена (заменена) суммой внутренних емкостей, соединенных между собой группой пьезоэлектрических акустических преобразователей, имеющих равную резонансную частоту с частотой электрических колебаний задающего генератора, между которым и усилителями мощности включены фазовращатели, позволяющие сканировать акустические колебания в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Использование: для ультразвуковой визуализации (УЗВ) объектов, расположенных в жидких средах. Сущность изобретения заключается в том, что первый акустический волновод 16 и волноводную матрицу 18 частично размещают в исследуемой агрессивной среде 1 (все остальные элементы размещают в неагрессивной среде 6).

Использование: для неразрушающего контроля металлургических изделий. Сущность изобретения заключается в том, что модуль для содействия калибровке устройства для контроля металлургических изделий содержит: запоминающее устройство, выполненное с возможностью хранения данных в форме пар «значение/угол», при этом каждая пара соответствует амплитуде отклика на ультразвуковой контроль в направлении металлургического изделия, которое соответствует указанному углу; вычислительное устройство, выполненное с возможностью выполнения функции обработки в отношении сохраненных данных, при этом данные организованы в: первый набор данных, относящийся к многонаправленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, при этом пары из первого набора соответствуют амплитудам отклика на ультразвуковые контроли в по меньшей мере одном из рабочих направлений многонаправленного отражателя, и второй набор данных, относящийся к направленному отражателю, расположенному в металлургическом изделии, при этом второй набор данных содержит для направленного отражателя по меньшей мере одну пару, соответствующую амплитуде отклика на ультразвуковой контроль по одному рабочему направлению данного отражателя, при этом функция обработки приспособлена для установления третьего набора данных посредством интерполяции пар из первого набора данных и второго набора данных, при этом пары из третьего набора данных соответствуют стандартным амплитудам для ультразвуковых контролей в по меньшей мере некоторых из рабочих направлений многонаправленного отражателя.

Использование: для инерциального возбуждения механических колебаний в упругой оболочке. Сущность изобретения заключается в том, что на стенке упругой оболочки устанавливают источник колебаний, представляющий собой инерциальный резонатор, состоящий из электропривода и закрепленного на его валу эксцентрика, при вращении которого возникают инерционные силы, реализующие через ось привода вибрационное воздействие на стенки упругой оболочки.

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что устройство компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора содержит блок управления и индикации, который соединен с первым и вторым генераторами.

Использование: для компенсации погрешности измерения ультразвукового локатора. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют излучение и прием ультразвуковых волн на двух частотах с разными периодами, измерение временных интервалов между излученными и принятыми ультразвуковыми волнами, определение расстояния до отражателя путем умножения скорости распространения ультразвука в контролируемой среде на время его распространения, при этом при усилении принятых ультразвуковых волн амплитуду сигналов задают одинаковой для обеих частот, а после измерения временных интервалов между излученными и принятыми ультразвуковыми волнами на двух частотах, определяют время распространения принятых ультразвуковых волн в соответствии с заданным выражением, полученное значение используют при определении расстояния до отражателя.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии. Сущность изобретения заключается в том, что устройство (100) ультразвуковой дефектоскопии содержит ультразвуковой решеточный зонд (10), имеющий ультразвуковые элементы (11); вычислитель (33) расчетного времени прихода отраженных-формой волн для вычисления расчетного времени прихода отраженных-формой волн для расчетной отраженной-формой волны на основе расчетной скорости звука в объекте (1) испытаний; экстрактор (34) фактического времени прихода отраженных-формой волн для получения фактического времени прихода отраженных-формой волн на основе фактической отраженной-формой волны; вычислитель (35) разности времен прихода отраженных-формой волн для вычисления разности посредством вычитания фактического времени прихода отраженных-формой волн из расчетного времени прихода отраженных-формой волн в качестве разности времен прихода отраженных-формой волн и вычислитель (32) времени задержки для вычисления времен задержки для взаимного сдвига времен передачи ультразвуковых волн и приема ультразвуковых волн ультразвуковыми элементами (11) с учетом разностей времен прихода отраженных-формой волн.

Изобретение относится к в способу мониторинга структурных, фазовых и химических преобразований в приповерхностном слое обрабатываемых объектов в вакуумных камерах под воздействием электронно-пучковых импульсов и может быть использовано для повышения надежности и долговечности широкого ассортимента деталей машин.

Использование: для оценки кавитационной эрозионной стойкости сплавов, покрытий и других материалов, работающих в жидких средах с помощью ультразвуковой вибрации для генерации кавитации. Сущность изобретения заключается в том, что установка включает в себя ультразвуковой генератор, преобразователь и вибрационный зонд, который несет образец на своем конце. Под испытуемым образцом на расстоянии 1-3 мм ставится сопло. Через сопло на поверхность образца поступает жидкость, которая вызывает кавитацию за счет ультразвуковой колебаний. Подача жидкости в сопло осуществляется из напорного бака, а регулирование слива происходит по обратным связям. Технический результат: обеспечение возможности создания надежной и простой в использовании установки, обеспечивающей стабильные результаты испытаний. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

Наверх