Способ определения разрушающейСпОСОбНОСТи КАВиТАции и уСТРОй-CTBO для ЕгО РЕАлизАции Советский патент 1981 года по МПК G01N21/85 

Изобретение относится к контролю материалов гидравлических систем и гидротехнических сооружений и может быть использовано в процессе их эксплуатации для выявления кавита ционно-агрессивных режимов. Известен способ определения разрушающей способности кавитации путем построения кривой потерь массы Y. ма териала через определенные промежутк времени д Т. Для определения величины разрушающей способности берется производная 4tt как угол найюна к оси абсцисс прямой, касательной к кривой на учас ке интенсивного разрушения tilОднако этот способ является трудоемким. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения разрушающей способности кавитации, основанный на измерении зависимости разрушающей способности кавитациц от интенсивно сти излучения кавитирующей жидкости при этом устройство для реализации известного способа содержит кавитационную камеру, детектор излучени и регистрирующий прибор. Измерительный прибор - ультразвуковой детектор излучения (пьезодатчик ) - устанавливается в непосредственном контакте с кавитирующей жидкостью. Сигналы с выхода детектора излучения в виде амплитудно-частотного спектра снимают с анализатора и строят спектрограмму как зависимость интенсивности акустических излучений от частоты. Затем определяют площадь спектрограммыг которая и является интегральной интенсивностью кавитационных акустических излучений, по которой судят об эрозионной активности кавитации 12. Недостатком известного способа является невысокая точность измерений, вызванная взаимным наложением акустических волн в кавитационной зоне жидкости, а также изменением параметров детектора излучения вслед ствие кавитационной эрозии его чувствительного элемента в процессе измерений. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерения, а также оценка коррозионной составляю-щей разрушений. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения разрушающей способности кавитации излучение кавитирующей жидкости измеряют в оптическом диапазоне длин волн от 0,2 мкм до 0,7 мкм, а устройство для реализации данного спосо ба снабжено цилиндрическим кожухом с заглушкой в виде стакана со светонепроницаемым дном и защитным стаканом с дном из эрозионнострйкого светопроницаемого стекла,, в , который помещен фотодетектор, причем оба ста кана установлены симметрично с возможностью поворота относительно оси цилиндрического кожуха. На фиг.1 представлена принципиаль ная схема устройства для осуществления данного способа на фиг.2 - раз рез А-А на. фиг. 1; на фиг.З - блоксхема регистрации; на фиг.4 - кривые зависимости интенсивности эрозии и потока.излучения от стадии кавитации Устройство, реализующее данный способ, включает а себя цилиндрически кожух 1, корпус 2, стаканы 3 и 4,маховичок 5. Стакан 3 является защитны и имеет светопроницаемое дно, а стакан 4 служит в качестве заглушки и имеет светонепроницаемое дно. Цилиндрический кожух 1 крепится в бетоне гидросооружения или к стенкам гидросистем анкерными болтами 6. Основание цилиндрического кожуха, омывающееся кавитационным потоком жидко ти, имеет одно отверстие для измерения кавитационных излучений, другое 7 для измерения давления с помощью мановакуумера. корпус 2 может поворачиваться относительно цилиндрического кожуха 1 в подшипниках 8 вручную при помощи маховичка 5. Закрепление корпуса 2 в кожухе 1 осуществляется накладкой 9 с фиксатором 10. В корпусе 2 имеются сквозные отверстия с резьбой для стаканов 3 и 4 Стакан 3 служит для расположения в нем фотодетектора 11, а в его.дно запрессовано эрозионностойкое светопроницаемое (например кварцевое) стекло 12. Подача стаканов по резьбе корпуса 2 осуществляется с помощью зашплинтованной крестовины 13. Напротив кавитационной. камеры 14 установлен фотодетектор 11, подключенный к осциллографу 15 с фотографической регистрацией с помощью фотоаппарата 16, На графике кривых зависимости интенсивности зрозии и потока излучения от стадии кавитации обозначено .Ic. интенсивность эрозии сплава Вуда 4р- то же, цементно-песчаного раствора м-200, Е - поток световых чений в диапазоне ФЭУ-39 А (0,3 . же,в ультрафиолетовом диапазоне (0,3-0,4 мкм) , при скорости течения жидкости в сечении набегания на возбудитель кавитации VM 18,8 м/с, Принцип работы данного способа основан на том,что в условиях кавитации между пузырьками определенного размера, формы и воздухосодержания происходят искровые пробои, которые регистрируются как импульсы света. Поток светового излучения Е пропорционален разрушающей способностикавитации, определенной как интенсивность эрозии по потере объема образца. Так, с увеличением. Е увеличивается потеря объема материала. Для определения опасного режима кавитации с наибольшей разрушающей способностью снимается кривая светового потока ЕЙ„П для разных режимов кавитации (-j . Экстремальное значение . дае опасный режим кавитации. Подсчет потока излучений Е можно производить по спектрограмме путем определения площади между огибаюцей импульсов и осью абсцисс, и далее с учетом масштабного коэффициента М .(ослабление по осциллографу) и времени экспозиции Т, исходя КЗ соотношенияЕ Т.М Е„„„ (t) dt, или автоматически с помощью высоко- омного самописца и интегрирующего вольтметра. Режим кавитации определяют по относительной характеристике 7-г где К и ККР,- параметры кавитациипроизвольной стадии и кавитации в момент ее возникновения. Эти параметры вычисляются по соотношению К и V давление и скорость течения жидкости в сечении набегания на возбудитель кавитации; PV - давление насыщающих паров жидкости при соответствующей температуре; р- плотность жидкости. Разрушающая способность кавитации определяется как интенсивность эрозии материалов i (например сплава Вуда и цементно-песчаного раствора М 200)по потере объема дУ в единицу времени ДТ на единицу площади АF. дУ -1 лТ- dF Задаются несколько режимов кавитации - при определенной скорости потока жвдкости VH- Для Каждого режима замеряются интенсивность светового потока Е и интенсивность разрушений образца , определенная по потере объема на единицу площади в единицу (см. таблицу). Испытания проводятся при постоянной температуре и при воздухосодержании воды. Заменяемый стакан 3 или 4 подается по резьбе (на 10-15 мм) и вращением маховичка 5 (на 120) перемещается до фиксируемого положения.

Пример . Согласно полученным при экспериментальных исследов1 ниях данным (см.таблицу ) величина светового потока излучения Е прямо пропорциональна интенсивности разрушения образца 1кэ для различных режимов кавитации/ а точность определения величины оцененная по внутренней сходимости результатов, характеризуется относительной погрешностью 5-10%.

Данный способ дает возможность определить коррозионную составляющую разрушения при кавитации по доле ультрафиолетовых излучений (Суд) из всего диапазона 0,2-0,7 мкм светового потока и может быть успешно применен в процессе экспдуатации гидравлических систем и гидротехнических сооружений для контроля за рбочими режимами и прогноза кавитационной эрозии.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2 Авторское свидетельство СССР № 145038, кл. G 01 N 17/00, 1962 (прототип).

A

Г

,

. i ---:..--.. -л -. -, .. .-o c

: i, . - . : .

- - -

.e.

w//// ////////7///////77/y/,W//7/7/M

:Siy$$S$$S $$$$$$$ S$$S$ Si

///////////7/////У У/УУ//.7//У//7/////У/

ef9ioaie9«aeieftisi№O9i99if9essyie 99Siy Siyysyie yss

1 --,.„ ,- . -, - -, f v i--4- -x --- t - - i : .,

: /0

W-70S

U4.f

и

, /1 -tj

. f -Д

о « Ci

1/

15

f-WY

irf(L)

)

у

OT

0.7

U.4

I -W

8

--4k,l

0

ff,S j

ffnp