标题：海水水流冲刷试验装置-冲刷试验

济南思明特科技有限公司生产的海水水流冲刷试验装置-冲刷试验用于模拟海水、水流冲刷，可设定冲刷实验的压力，试验的水温，实验的时间，进行变频控制技术，对水流冲刷大小进行控制。以下为之前生产的水流冲刷装置的部分技术参数资料供参考。

水流冲刷试验机设计

一、设计参数

1.1性能参数

压力0.8MPa；

流速：1~2m/s;

0.5~1m/s

温度：25摄氏度、35摄氏度；

1.2 试样尺寸

试样一 50X50mm；

试验二 1cm^2电化学试样；

二、系统设计

2.1系统原理设计

1 温度传感器2 水箱 3 离心泵 4 压力表 5 流量计6 试验段I 7节流阀 8压力表

9 流量计 10试验段II 11泄压阀 12加热管13旁路泄压阀 14支路泄压阀 15支路节流阀

整个系统包括水箱、离心泵、压力煲、流量计、管道、节流阀、泄压阀。系统工作时由离心泵抽水进入管道，调整泄压阀保持红色管道内压力达到设计值，如果机械手段无法达到平衡，再通过变频器调整电机转速，确保压力、流速均达到设计值。如果控制故障，在压力大于一定值时，安全阀打开，从旁路强制回流，保证人员以及设备运行安全。

2.2系统选型设计

2.2.1冲刷流道设计

为加快进度，提高机器使用效率，采用双流道；因机器长时间运行，尽可能降低设备功率，降低试验费用。由于消耗功率与压力流量的乘积成正比，所以进行管道设计时，在压力已经确定的情况，尽量减小管道通过水流截面积，根据试样尺寸，其流道截面设计如下

1 50X50mm试样 2 1cm^2试样安装孔 3 流道 4 50X50mm试样安装支架

图2管道试样安装方式图

图1采用分段设计，每个可拆卸安装支架，可安装3组平行样，每组平行样放置在同一截面，采用沉降式平垫密封，能有效防止泄露。减少管道截面积，能够有效降低电机功率，同时降低了试验成本。一批次进行6种材料，周期分3个，总计18组试样，根据上方设计，试样安装管道需要1580mm，在节流阀后，以及泄压阀流出足够长度（防止水流突变，前后均留500mm），压力管道为2580mm；再考虑接头、对接等方面的长度，总结需要3000mm，在泄压阀后的管道采取变径，将管道加粗，使水流变缓，尽量防止涡流。

2.2.2离心泵选型设计

压力0.8MPa下，进行1~2m/s与0.5m/s~1 m/s速率冲刷试验，为加快试验进度，采用两种流速同时进行：

流道1 测量流度1.5m/s 根据截面积，换算对应流量：9.72m^3/h

流道2 测量流度0.75m/s根据截面积，换算对应流量：4.86 m^3/h

为节省能源，两种流量方式采用一条回路进行，低流量回路采用旁路分流的形式进行控制流速。则功率计算只需要按照流速较高的进行计算。

功率计算：

根据电机功率N(KW) 额定压力P(Pa) 流量Q(m^3/s)的关系：

N=PQ/k （1）

式中：k——效率，百分数或小数表示。

将已知条件带入公式

（2）

按照常规离心泵效率 K=0.4

N=5.4KW

根据电机选择需要一定余量，至少选6KW的电机。

2.2.3介质加热设计

泵的流量为9.72 m^3/h，根据离心泵特点，应留有一定的渗漏余量，在无人值守的情况下，应当在16小时不出现缺水现象，同时水泵供水应有一定水压，同时因需要加热，为节约能源，水应当尽量少，拟采用0.5 m^3水箱。

根据公式：

（3）

其中，Q表示热量，C比热容，M质量， 温度变化量，该公式表明了理想状态下，一定质量的物体温度每升高，所吸收的热量。

水箱中注水0.5 m^3（水量 选择1 m^3，如果中间渗漏及容易缺水），考虑使用情况，冬天试验车间内水温按照1℃计算，升到35摄氏度理论所需总热量：

Q=4.2*10^3J/Kg·℃*500Kg*34=7.2*10^7J

根据热量与KWh的关系，经过换算，升温需要总热量20KWh；充分考虑到加热时间与加热功率，与设备运行成本折中，拟采取5h加热到既定温度，则需要加热功率为4KW；但是由于在加热的过程中，设备与外界存在热交换，温差越大，热交换速度越快（其散热速度与吸热速度算法是一致的），所以在水箱外应做好保温设施，减小热量流失。同时应当在4KW加热功率基础上，选取一定的余量，初步选择加热功率为6KW。（采用1 m^3，则要选择10KW）