2023水力机械材料磨损试验方法

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1、水力机械材料磨损试验方法目 次前 言III引言IV1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 试验方法与试验条件的选择原则25 试验方法及测量35.1 一般规定35.2 圆盘式磨损试验35.2.1 工作原理35.2.2 试验装置参数45.2.3 试件布置方式45.2.4 磨损量测量方法45.3 旋转喷射磨损试验65.3.1 工作原理65.3.2 试验装置主要参数75.3.3 试件布置方式75.3.4 磨损量测量方法75.3.5 水流相对速度计算85.4 参数测量85.4.1 试验时间85.4.2 试验流速95.4.3 含沙量95.4.4 泥沙特性分析95.4.5 其它参数测量106 磨损

2、预估与评价106.1 磨损预估106.2.1 磨损计算106.2.2 试验结果10I6.2.3 磨损预估126.2 相对抗磨性评价13附录 A（资料性附录）工程应用实例15A.1 工程概况15A.2 机组主要参数15A.3 电站泥沙资料15A.4 试验方法与试验结果15A.5 建库后泥沙磨损能力估算16A.6 主要磨损部位的磨损量估算16图 1 圆盘式磨损试验装置示意图4 图 2 扇形试件加工图5 图 3 测量值曲线6 图 4 旋转喷射磨损试验装置示意图7 图 5 测点布置示意图8 图 6 磨损量测量结果8 图 7 3 种材料磨损率与圆周速度的关系11 图 8 材料 0Cr13Ni5Mo 的磨

3、损量与泥沙粒径的关系11 II水力机械材料磨损试验方法1 范围本标准规定了进行水力机械材料磨损试验的有关技术要求。 本标准适用于水力机械过流部件材料在含沙水流条件下抗泥沙磨损性能的测定与评价以及在工程应用中的磨损预估。 2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 2900.45 电工术语 水电站水力机械设备GB/T 29403 反击式水轮机泥沙磨损技术导则GB/T 50159 河流悬移质泥沙测验规范3 术语和定义GB/T 2900.45 和GB/T 294

4、03 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1试验 test按照应用需求在给定试验条件及参数下能够得到材料抗磨损性能的一个或多个试验磨损过程。 3.2试验时段 test interval在考虑试验泥沙循环使用的效果及实验室条件下，试验泥沙一次性使用的时间。 3.3试验组次 sets of test为试验的最小单元，即一个完整的磨损试验过程。 3.4泥沙磨损 silt abrasion因水流携带泥沙引起的对流道表面所造成的材料破坏和流失。 3.5磨损量 amount of abrasionH(mm)、A（cm2）、G(g)或 V(mm3)水流携带泥沙对流道表面所造成的材料流失量。磨损量可用磨

5、损深度H、磨损面积A、质量损失G、体积损失V 等表示。 3.6磨损率 abrasion rate在给定的磨损条件下，材料单位时间内的磨损量。13.7单位磨损率 unit abrasion rate设定含沙量为 1 kg/m3 时的磨损率。 3.8粒 径 grain sized泥沙颗粒的大小。 注：粒径单位用（mm）表示。3.9粒径级配曲线 grain size distribution curve表征泥沙颗粒大小分布特征的曲线。 注：粒径级配曲线是根据颗分试验成果绘制的曲线，采用对数坐标表示，横坐标为粒径，纵坐标为小于某粒径的泥沙占总重量（累计百分）的含量。3.10中值粒径 median gr

6、ain sized50在全部沙样中，小于和大于此粒径的泥沙重量各为 50%。 注：中值粒径单位用（mm）表示。3.11平均粒径 mean grain sizedpj将一组泥沙按粒径大小分成若干组，各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值，为平均粒径，亦为算术平均粒径。 注：平均粒径单位用（mm）表示。 3.12抗磨倍数（亦称相对耐磨性）anti-abrasion coefficient（relative abrasion resistance）在相同磨损条件下，试验材料耐磨性与标准材料耐磨性的比值。 3.13抗磨损性能 anti-abrasion performance表征水力机械过流表面材料

7、抵抗泥沙磨损的性能参数。包括磨损量、磨损率以及抗磨倍数等。4 试验方法与试验条件的选择原则4.1.1 试验方法宜选择工程应用成果较多、可比性强及可用于定量分析的试验方法。4.1.2 试验方法包括圆盘式磨损试验方法与旋转喷射磨损试验方法。其中圆盘式磨损试验方法的试验装置为封闭式循环系统，试验段内试件表面的磨损状态为平面绕流磨损，试验结果可用于反击式2水轮机的磨损预估；旋转喷射磨损试验方法的试验装置为非封闭式循环系统，试验段内试件表面的磨损状态为冲击磨损，试验结果可用于冲击式水轮机的磨损预估。 4.1.3 所选择的试验方法与试验条件应满足以下要求：a） 试验装置的水力磨损条件应与磨损部件（部位）的

8、水力磨损条件相似；b） 磨损的参数应相近，如水流速度、泥沙浓度、泥沙粒径及颗粒打击角度等； c）试件材质与原型水力机械过流部件相同或相近；d） 水质与原型水力机械相同或相近；e） 试件材料表面的磨损破坏形貌与原型水力机械过流部件表面的相近或相似，即水力磨损的过程与磨损机理相似。4.1.4 实验室试验条件不能满足 4.1.3 中全部 5 项条件时，可选择满足其中几项条件，如满足其中的 a）、b）、c）项。 4.1.5 新材料开发研制初期试验阶段，试验方法与试验条件不作明确要求。5 试验方法及测量5.1 一般规定5.1.1 对试验装置循环系统的要求如下： a） 设备与管路布置应有利于循环水的流动通

9、畅，避免泥沙淤积。当循环系统为封闭式，应保持试验过程中试验段内部的压力不出现负压；b） 应设冷却设备，试验时的水温应不高于 35 ； c） 管路内的水流速度应大于 4 m/s。当循环系统的某部分（如稳压罐）的水流速度过低时， 应加设搅拌泵进行搅拌； d） 在循环系统低处应设沉沙池，底部应设排空阀。 5.1.2 试验主要参数应满足运行稳定及测量精度要求。5.1.3 试验用沙宜采用河流悬移质泥沙。当悬移质泥沙的数量较难获得时，可在坝址处附近淤积泥沙中采集一定量泥沙，通过筛分得到所需试验用沙，或采用颗粒级配相近的石英沙代替。在每一次的磨损试验中，应保持试验泥沙的磨损能力稳定。5.1.4 试验用试件的

10、表面粗造度应与原型水力机械过流部件的相同或相近，如表面粗造度应不低于1.6 m 或 3.2 m。试件装配后形成的平面应平整。 5.1.5 试验过程中，应根据具体的磨损试验条件，如磨损速度、泥沙粒径、泥沙硬度等条件定期更换试验用沙，宜 56 h 更换一次新沙5.2 圆盘式磨损试验5.2.1 工作原理圆盘式磨损试验装置为封闭式循环系统。磨损试验系统示意图见图 1.a)，试验装置主体为转盘室，内设有圆盘与阻流栅，见图 1.b)。试验时圆盘在充满含沙水的圆盘室中旋转，形成圆盘盘面与3含沙水的相对运动，使得盘面即试件磨损。通过测量试件选定测点的磨损量及对应测点的圆周速度， 可得到各测点磨损量与圆周速度的

11、基本关系。 a) 试验系统图 b) 转盘室 图 1 圆盘式磨损试验装置示意图5.2.2 试验装置参数按下列条件选定：a） 圆盘直径：360420 mm；b） 圆盘与阻流栅的间隙：810 mm； c） 圆盘旋转速度：25004000 r/min； d） 圆盘室内压力：0.050.1 MPa。5.2.3 试件布置方式试件布置为拼接方式，即采用 38 块大小相同的扇形试件拼成一完整圆盘并固定于底盘上， 每块扇形试件对应的圆弧角度分别为 12045。当试件数量为偶数时，可考虑将对称的 2 块试件布置同一种试验材料，测量磨损量时取两者的平均值。 5.2.4 磨损量测量方法 4将扇形试件拼成圆盘后，放置在

12、专用的具有三维坐标的分度盘上使用数字式千分表进行测量。有条件时可采用轮廓仪对磨损量进行更为精确的测量，测量时应注意基准点或基准面的选择。 以 6 块扇形试件（圆盘直径为 360mm）为例的测量方法如下： a） 试件按 6 块扇形试件布置时，对应的圆弧角度为 60；b） 设定测量半径与测点。以试件的边缝为起点，在试件外缘弧线上沿水流流动方向旋转 45 的半径线为第一块试件的测量半径，再依次旋转 60，其半径线为其它试件的测量半径。在测量半径上，半径范围 2570 mm 为基准段（不磨损），从半径 30mm 至 65mm 间设 8个测点，测点间距为 5 mm。半径范围 70180mm 为测量段（亦

13、为磨损段），共设 14 个测点，测点半径值分别为 75、85、95、105、115、125、135、145、150、155、160、165、170、175（mm）。测量半径及测点布置示意图见图 2；图 2 测量半径及测点布置示意图c） 每组试验通常测量三次，试验前（未磨损）测一次，即测量零点，在试验中及试验后各测一次。后两次测量值与前次测量值之差即为前后两个时段的磨损量。必要时可对两个时段的磨损量进行对比分析。图 3 是实测结果的一个示例（注：图中横坐标 R 为测量半径值， 纵坐标H 为磨损量，H1、H2 分别是试验前、后的测量值）；d） 对试验前后的圆盘（试件）进行拍照。5图 3 测量值曲线

14、5.3 旋转喷射磨损试验5.3.1 工作原理旋转喷射磨损试验系统示意图见图 4.a)，试验段主体为转盘室，内设有圆盘、喷嘴。喷嘴的布置方式可与圆盘垂直或成一定角度。喷嘴为垂直布置的试验段见图 4.b)，旋转圆盘由若干块（图中为 18 块）梯形试件沿分布圆拼接而组成圆环面，含沙水流从对称的 4 个喷嘴射向试件，造成试件表面磨损破坏。 a) 试验系统图 675.3.2 试验装置主要参数按下列条件选定： b) 转盘室 图 4 旋转喷射磨损试验装置示意图a） 喷嘴对圆盘上试件的作用点分布圆直径：300360 mm； b） 圆盘转速：25004000 r/min。5.3.3 试件布置方式试件布置为镶嵌方式，采用 18 块梯形试件镶嵌在圆盘上组成圆环面，含沙水流从对称的 4 个喷嘴沿圆环面中心线射向试件。 5.3.4 磨损量测量方法5.3.4.1 可采用失重法、深度或面积测量磨损量。失重法得到的试验成果仅可用于定性分析，而深度或面积测量方法得到的试验成果既可用于定性分析，也可用于定量分析。 5.3.4.2 失重法测量方法如下： a） 试验前，先将试件编号，然后用酒精或类似物质清洗去除试件表面油污和杂物。用分析天平称重，精度 0.1mg；b） 将试件按设定位置装于圆盘上进行试验，试验结束后折下试件，并用酒精或类似物质清