一种气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置及方法

摘要

本发明提供了一种气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置及方法，包括：喷嘴基座，通过位置调节机构设置在水箱内，液流喷嘴以及气流喷嘴设置在所述喷嘴基座上，所述液流喷嘴的出液口与所述气流喷嘴的出气口同轴线设置；CCD工业相机；喷嘴更换装置；所述位置调节机构，包括横向移动机构、纵向移动机构以及竖向移动机构；以及靶材安放装置，通过伺服进给机构设置在所述水箱的底部。本发明的一种气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置及方法，喷嘴更换装置可以自动的更换不同规格的气流喷嘴以及液流喷嘴，从而实现不同规格的同轴气流喷嘴以及液流喷嘴对靶材的冲蚀性能测试，提高了测试效率，可获得气液喷嘴的理想组合，提高冲蚀性能。

说明书

技术领域

本发明涉及冲蚀性能测试技术领域，具体涉及一种气液同轴喷嘴冲蚀性能 测试装置及方法。

背景技术

试验测试装置是对实验工作的进行起到辅助作用的一种实验室用具。为适 应不同类型实验室的试验工作，具有多种不同的材质与结构，对试验工作的顺 利有序进行起到辅助作用。拥有一个好的试验装置能够使在实验室中的实验人 员做起实验来得心应手，减少实验准备时间，有效地提高工作效率。但是针对 一种喷嘴冲蚀能力测试的专用装置目前工业应用还比较少，尤其针对一种气液 同轴型喷嘴冲蚀能力测试的测试装置更是市场空白。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置及方 法，喷嘴更换装置可以自动的更换不同规格的气流喷嘴以及液流喷嘴，从而实 现不同规格的同轴气流喷嘴以及液流喷嘴对靶材的冲蚀性能测试，同时在试验 的过程中控制系统可以通过位置调节机构自动的完成同轴气流喷嘴以及液流 喷嘴的位置调整，提高了测试效率，可获得气液喷嘴的理想组合，提高冲蚀性 能。

为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：

一种气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置，包括：喷嘴基座，通过位置调节机 构设置在水箱内，液流喷嘴以及气流喷嘴设置在所述喷嘴基座上，所述液流喷 嘴的出液口与所述气流喷嘴的出气口同轴线设置；CCD工业相机，设置在所 述喷嘴基座上，所述CCD工业相机与控制系统电连接；喷嘴更换装置，设置 在所述喷嘴基座的顶部，所述喷嘴更换装置用于更换各种规格的所述液流喷嘴 与所述气流喷嘴，并进行自由组合；所述位置调节机构，包括横向移动机构、 纵向移动机构以及竖向移动机构，所述竖向移动机构设置在所述水箱两相对的 内壁上，所述纵向移动机构设置在所述竖向移动机构的顶端，所述横向移动机 构设置在所述竖向移动机构上，所述喷嘴基座设置在所述横向移动机构上；以 及靶材安放装置，通过伺服进给机构设置在所述水箱的底部，所述靶材安放装 置位于所述液流喷嘴以及所述气流喷嘴的下方，若干个靶材设置在所述靶材安 放装置上。

进一步地，所述喷嘴基座上还设置激光测距仪，所述激光测距仪与所述 CCD工业相机分别位于所述喷嘴基座的两相邻的侧壁上，所述激光测距仪与 所述控制系统电连接，所述激光测距仪的测头与所述液流喷嘴的出液孔位于同 一高度。

进一步地，所述喷嘴基座包括滑台以及阀体，所述滑台可滑动设置在所述 横向移动机构上，所述阀体与所述滑台连接；所述阀体包括：本体，包括安装 底板、台阶底孔、阀体空腔、气嘴安装孔、进气孔以及端盖安装孔，所述阀体 通过所述安装底板与所述滑台连接，所述台阶底孔、所述阀体空腔、所述气嘴 安装孔、所述进气孔以及所述端盖安装孔相互连通；端盖，通过所述端盖安装 孔设置在所述本体上；芯管，内设有液流道，所述芯管的一端通过定位键槽抵 接在所述台阶底孔内，所述芯管的另一端套入所述端盖内，所述芯管与所述端 盖的配合部位设置O型密封圈，所述液流喷嘴通过液流喷嘴安装孔与所述液流 道连通，所述液流喷嘴安装孔位于所述阀体空腔内；高压液接头，穿过所述端 盖与所述液流道连通；以及气接头，通过所述气嘴安装孔设置在所述本体上， 气体依次从所述气接头、所述进气孔以及所述阀体空腔输出至所述气流喷嘴， 所述气流喷嘴设置在所述本体的外壁上，所述液流喷嘴位于所述气流喷嘴内， 所述液流喷嘴与所述气流喷嘴同轴线设置。

进一步地，所述喷嘴更换装置包括气流喷嘴刀盘、液流喷嘴刀盘、刀盘架 以及换刀机械手，所述气流喷嘴刀盘、所述液流喷嘴刀盘以及所述换刀机械手 设置在所述刀盘架上，所述气流喷嘴刀盘设置至少两种气流喷嘴容置孔，所述 液流喷嘴刀盘设置至少两种液流喷嘴容置孔，所述刀盘架设置在所述喷嘴基座 上。

进一步地，所述竖向移动机构包括升降电机、升降架、升降丝杆以及升降 滑台，两个所述升降架相对设置在所述水箱的内侧壁上，每个所述升降架上设 置一个所述升降电机以及一个所述升降丝杆，所述升降电机的输出端与所述升 降丝杆的顶端连接，所述升降滑台通过螺纹与所述升降丝杆连接。

进一步地，所述纵向移动机构包括拖板架、耐磨板、滚轮以及滚轮电机， 所述托板架的一端设置在所述升降架的上部，所述托板架的另一端设有滑槽， 所述水箱的边缘设置纵向导轨，所述纵向导轨夹设在所述滑槽内，所述耐磨板 设置在所述滑槽的底部，所述滚轮设置在所述滑槽的上部，所述滚轮穿过所述 滑槽的上部与所述纵向导轨抵接，所述滚轮电机的输出轴与所述滚轮连接。

进一步地，所述纵向移动机构还包括润滑流道以及润滑油杯，所述润滑流 道嵌于所述滑槽的下部，所述纵向导轨夹设在所述润滑流道以及所述滚轮之 间，所述润滑油杯穿过所述滑槽的底部以及所述耐磨板与所述润滑流道抵接。

进一步地，所述横向移动机构包括横向电机以及横向丝杆，所述横向电机 设置在一个所述升降滑台上，所述横向丝杆的一端与所述横向电机的输出端连 接，所述横向丝杆的另一端与另一个所述升降滑台连接，所述喷嘴基座通过螺 纹与所述横向丝杆连接。

本发明还提供了一种基于以上所述的气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置的 气液同轴喷嘴冲蚀性能测试方法，包括如下步骤：S10通过控制系统设定冲蚀 性能试验的试验参数，同时获得所述气流喷嘴以及液流喷嘴的初始位置；S20 启动电源开始测试，所述控制系统通过所述位置调节机构按照预设的冲蚀位置 自动的调整所述气流喷嘴以及所述液流喷嘴的位置；S30通过所述液流喷嘴喷 射高压流体，同时通过所述气流喷嘴喷射同轴气体对所述靶材进行冲蚀试验； S40利用CCD工业相机在线记录所述靶材表面冲蚀形貌，并及时将所述冲蚀 形貌图像上传到所述控制系统实时分析获得冲蚀性能的定量化数据；S50所述控制系统通过所述喷嘴更换装置更换所述气流喷嘴或所述液流喷嘴并调整所 述气流喷嘴以及液流喷嘴的位置，重复S20～S40进行气流喷嘴与液流喷嘴的不 同组合对所述靶材的冲蚀测试，并获得测试结果。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明的一种气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置及方法，喷嘴更换装置可以 自动的更换不同规格的气流喷嘴以及液流喷嘴，从而实现不同规格的同轴气流 喷嘴以及液流喷嘴对靶材的冲蚀性能测试，同时在试验的过程中控制系统可以 通过位置调节机构自动的完成同轴气流喷嘴以及液流喷嘴的位置调整，提高了 测试效率，可获得气液喷嘴的理想组合，提高冲蚀性能。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技 术方案及其有益效果显而易见。

图1所示为本发明一实施例的气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置的结构图；

图2所示为本发明一实施例的靶材安放装置的结构图；

图3所示为本发明一实施例的喷嘴基座的结构图；

图4为图3中喷嘴基座A-A的剖视图；

图5为图3中喷嘴基座B-B的剖视图；

图6所示为本发明一实施例的阀体的剖视图；

图7所示为本发明一实施例的芯管的剖视图；

图8所示为本发明一实施例的液流喷嘴与气流喷嘴的同轴布置结构图；

图9所示为本发明一实施例的喷嘴更换装置的结构图；

图10所示为本发明一实施例的竖向移动机构与横向移动机构的结构图；

图11所示为本发明一实施例的纵向移动机构的爆炸图。

图中附图标记：

1水箱、3喷嘴更换装置、31气流喷嘴刀盘、32液流喷嘴刀盘、33刀盘 架、34换刀机械手、4液流喷嘴、41合金体、42液流喷嘴喷头、43液流喷嘴 外六方段、5气流喷嘴、51气流喷嘴外六方段、52气流喷嘴内孔、6喷嘴基座、 61滑台、62阀体、621本体、622安装底板、623台阶底孔、624阀体空腔、 625气嘴安装孔、626进气孔、627端盖安装孔、63定位键槽、631平键、64O 型密封圈、65芯管、651液流道、66高压液接头、67气接头、68液流喷嘴安 装孔、69端盖、7横向移动机构、71横向电机、72横向丝杆、8纵向移动机构、 81拖板架、82滑槽、83耐磨板、84滚轮、85滚轮电机、86纵向导轨、88润 滑流道、89润滑油杯、9竖向移动机构、91升降电机、92升降架、93升降丝 杆、94升降滑台、10靶材安放装置、101伺服进给机构、102靶材、103组合 夹具、104压板、105夹具体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置及方法，如图1～2所 示，包括喷嘴基座6、所述位置调节机构以及靶材安放装置10，所述喷嘴基座 6通过位置调节机构设置在水箱1内，所述位置调节机构包括横向移动机构7、 纵向移动机构8以及竖向移动机构9，所述竖向移动机构9设置在所述水箱1 两相对的内壁上，所述纵向移动机构8设置在所述竖向移动机构9的顶端，所 述横向移动机构7设置在所述竖向移动机构9上，所述喷嘴基座6设置在所述 横向移动机构7上，所述横向移动机构7位于所述水箱1内。所述靶材安放装置10设置在所述水箱1的底部。液流喷嘴4以及气流喷嘴5设置在所述喷嘴 基座6上，所述液流喷嘴4的出液口与所述气流喷嘴5的出气口同轴线设置。 所述靶材安放装置10位于所述液流喷嘴4以及所述气流喷嘴5的下方，若干 个靶材102设置在所述靶材安放装置10上。

所述靶材安放装置包括组合夹具103、压板104、夹具体105以及伺服进 给机构101，所述组合夹具103由板料焊接而成，两侧凹槽内各安装一个所述 压板104，在所述压板104的下方安放所述靶材102，所述靶材102卡入所述 组合夹具103两侧凹槽中。所述组合夹具103设置在所述夹具体105上，所述 夹具体105设置在所述伺服进给机构101上。优选所述夹具体105上方安装有 3行3列共9组等间距的所述组合夹具103，所述夹具体105安装在所述所述 伺服进给装置101上。所述组合夹具103在电磁力作用下依靠所述压板104压 紧所述靶材102。依靠多个所述组合夹具103一次性夹持多个所述靶材102， 所述靶材安放装置10伺服运动准确的将对应试验的所述靶材102移动到所述 喷嘴基座6的正下方进行试验。

所述喷嘴基座6上还设置CCD工业相机、激光测距仪以及喷嘴更换装置 3，所述CCD工业相机以及所述激光测距仪分别位于所述喷嘴基座6的两相邻 的侧壁上，所述CCD工业相机以及所述激光测距仪与控制系统电连接，所述 喷嘴更换装置3设置在所述喷嘴基座6的顶部，所述气液同轴喷嘴设置在所述 喷嘴基座6的下方，所述激光测距仪的测头与所述液流喷嘴4的出液孔位于同 一高度。所述所述喷嘴更换装置3用于更换各种规格的所述液流喷嘴4与所述 气流喷嘴5，并进行自由组合，完成不同规格同轴组合的所述液流喷嘴4与所 述气流喷嘴5冲蚀性能测试。

如图3～8所示，所述喷嘴基座6包括滑台61以及阀体62，所述滑台61 可滑动设置在所述横向移动机构7上，所述阀体62与所述滑台61连接。所述 阀体62包括本体621、端盖69、芯管65、高压液接头66以及气接头67，所 述本体621包括安装底板622、台阶底孔623、阀体空腔624、气嘴安装孔625、 进气孔626以及端盖安装孔627，所述阀体62通过所述安装底板622与所述滑 台61连接，所述台阶底孔623、所述阀体空腔624、所述气嘴安装孔625、所述进气孔626以及所述端盖安装孔627相互连通。

所述端盖69通过所述端盖安装孔627设置在所述本体621上。所述芯管 65内设有液流道651，所述芯管65的一端通过定位键槽63抵接在所述台阶底 孔623内，所述芯管65的另一端套入所述端盖69内，所述芯管65与所述端 盖69的配合部位设置O型密封圈64，所述液流喷嘴4通过液流喷嘴安装孔68 与所述液流道651连通，所述液流喷嘴安装孔68位于所述阀体空腔624内。 所述台阶底孔623与所述定位键槽63实现所述芯管65在所述阀体62内的安 装定位。所述液流喷嘴安装孔68设有细牙螺纹，所述液流喷嘴4螺接在所述 液流喷嘴安装孔68上，所述液流道651是盲孔结构。所述平键631与所述阀 体62内的所述定位键槽63配合定位。所述O型密封圈64优选3个，设置在 所述阀体62与所述芯管65相应的凹槽内。

所述高压液接头66穿过所述端盖69与所述液流道651连通。所述气接头 67通过所述气嘴安装孔625设置在所述本体621上，气体依次从所述气接头 67、所述进气孔626以及所述阀体空腔624输出至所述气流喷嘴5，所述气流 喷嘴5设置在所述本体621的外壁上，所述液流喷嘴4位于所述气流喷嘴5内， 所述液流喷嘴4与所述气流喷嘴5同轴线设置。所述气嘴安装孔625上制有细 牙螺纹与所述气流喷嘴5螺接。所述端盖安装孔627上也制有细牙螺纹与所述 端盖69螺接。所述阀体62左右焊接有两块所述安装底板622，每块所述安装 底板622上设有三个等间距的螺纹安装孔。

所述液喷嘴包括合金体41、液流喷嘴喷头42以及液流喷嘴外六方段43， 所述合金体41的内腔为所述液流喷嘴喷头42，所述合金体41设置在所述液流 喷嘴外六方段43内，所述液流喷嘴外六方段43上设有设置细牙螺纹与芯管65 螺接。所述气流喷嘴5包括气流喷嘴外六方段51以及气流喷嘴内孔52，所述 气流喷嘴外六方段51设置在所述本体621的侧壁上，所述气流喷嘴外六方段 51的内孔壁与所述液流喷嘴喷头42的外壁之间的空隙形成了所述气流喷嘴内 孔52，所述气流喷嘴内孔52为环孔。

如图9所示，所述喷嘴更换装置3包括气流喷嘴刀盘31、液流喷嘴刀盘 32、刀盘架33以及换刀机械手34，所述气流喷嘴刀盘31、所述液流喷嘴刀盘 32以及所述换刀机械手34设置在所述刀盘架33上，所述气流喷嘴刀盘31设 置至少两种气流喷嘴5容置孔，所述液流喷嘴刀盘32设置至少两种液流喷嘴4 容置孔，所述刀盘架33设置在所述喷嘴基座6上。本发明可以更换所述气流 喷嘴5以及所述液流喷嘴4的规格，实现气喷嘴气环间隙可调，液喷嘴直径可 调，气环与液喷嘴间距可调，喷距可调，气液压力可调，冲蚀时间可调与试样 可调，具有较好的灵活性，并且调整更换快捷便利，提高了试验效率与试验准 确性。

如图10～11所示，所述竖向移动机构9包括升降电机91、升降架92、升 降丝杆93以及升降滑台94，两个所述升降架92相对设置在所述水箱1的内侧 壁上，每个所述升降架92上设置一个所述升降电机91以及一个所述升降丝杆 93，所述升降电机91的输出端与所述升降丝杆93的顶端连接，所述升降滑台 94通过螺纹与所述升降丝杆93连接。所述纵向移动机构8包括拖板架81、耐 磨板83、滚轮84以及滚轮电机85，所述托板架的一端设置在所述升降架92 的上部，所述托板架的另一端设有滑槽82，所述水箱1的边缘设置纵向导轨 86，所述纵向导轨86夹设在所述滑槽82内，所述耐磨板83设置在所述滑槽 82的底部，所述滚轮84设置在所述滑槽82的上部，所述滚轮84穿过所述滑 槽82的上部与所述纵向导轨86抵接，所述滚轮电机85的输出轴与所述滚轮 84连接。

所述纵向移动机构8还包括润滑流道88以及润滑油杯89，所述润滑流道 88嵌于所述滑槽82的下部，所述纵向导轨86夹设在所述润滑流道88以及所 述滚轮84之间，所述润滑油杯89穿过所述滑槽82的底部以及所述耐磨板83 与所述润滑流道88抵接。

所述横向移动机构7包括横向电机71以及横向丝杆72，所述横向电机71 设置在一个所述升降滑台94上，所述横向丝杆72的一端与所述横向电机71 的输出端连接，所述横向丝杆72的另一端与另一个所述升降滑台94连接，所 述喷嘴基座6通过螺纹与所述横向丝杆72连接。

本发明还提供了一种基于以上气液同轴喷嘴冲蚀性能测试装置的气液同 轴喷嘴冲蚀性能测试方法，包括如下步骤：S10通过控制系统设定冲蚀性能 试验的试验参数，同时获得所述气流喷嘴5以及液流喷嘴4的初始位置。S20 启动电源开始测试，所述控制系统通过所述位置调节机构按照预设的冲蚀位置 自动的调整所述气流喷嘴5以及所述液流喷嘴4的位置。S30通过所述液流喷 嘴4喷射高压流体，同时通过所述气流喷嘴5喷射同轴气体对所述靶材102进 行冲蚀试验。S40利用CCD工业相机在线记录所述靶材102表面冲蚀形貌，并及时将所述冲蚀形貌图像上传到所述控制系统实时分析获得冲蚀性能的定 量化数据。S50所述控制系统通过所述喷嘴更换装置3更换所述气流喷嘴5或 所述液流喷嘴4并调整所述气流喷嘴5以及液流喷嘴4的位置重复S20～S40 进行气流喷嘴5与液流喷嘴4的不同组合对所述靶材102的冲蚀测试，并获得 测试结果。

所述步骤S10还包括所述位置调节机构的安装，通过所述位置调节机构调 整使得激光测距仪的红点能够对准所述靶材安放装置10上的一块所述靶材 102的中心。在实验的过程中所述控制系统可根据预设试验参数通过所述换刀 机械手更换所述液流喷嘴4或所述气流喷嘴5。且可以通过所述激光测距仪的 读数进行喷距的调整。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范 围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直 接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围 内。