CN101140209A - 一种射流式冲蚀磨损试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种射流式冲蚀磨损试验装置，包括离心泵及连接管路，管路的一端固定连接一喷头，喷头的前端与试样的位置相对应，喷头和试样的下部设置有储料斗，储料斗内由一层过滤网将其分隔成左右A室和B室，与喷头和试样相对位置的储料斗A室内设置有砂斗，喷头通过升液管伸入砂斗内，储料斗的B室内有一对电极伸入其内，电极并通过导线与外部的电位测试表相连接，管路的另一端与储料斗的B室相连通。本发明的装置能够模拟实际工况要求，不仅可以进行耐磨材料材质选择的试验研究，也适于对冲蚀磨损机理的研究。
Description
技术领域
本发明属于磨损测试技术领域，涉及一种冲蚀磨损试验装置，特别涉及一种射流式冲蚀磨损试验装置。
背景技术
磨损是机械零件失效的主要形式之一，磨料磨损相应占到材料磨损的50％。在磨料磨损中，低应力冲蚀磨损又占到一定比例。低应力冲蚀磨损广泛存在于现代工业生产中，如矿山、电厂等灰浆泵过流部件和管道及阀门的磨损。这些易磨损件在工作过程中不但承受固体粒子的冲蚀与切削作用，而且还要承受液体介质的腐蚀作用及高温的作用，工作环境极其恶劣，因而使这些耐磨件的使用寿命较低。要考查材料的冲蚀磨损性能，进行浆体冲蚀磨损研究就必须要有性能稳定及数据重现性良好的试验设备。
目前常用的冲蚀磨损试验设备主要有：管流式试验装置、罐式冲蚀磨损试验机、喷射式冲蚀磨损试验机及旋转式冲蚀试验装置。管流式试验装置的主要优点是能较好地模拟管道冲刷的实际工况，但整套系统占据空间很大，试验所需溶液量大，周期长，整套装置的费用较高；罐式冲蚀磨损试验机浆体会产生涡流，使冲蚀速度和冲击角度无法控制，不适合对冲蚀磨损机理和规律的研究；喷射式冲蚀磨损试验机优点是可达高速流，实验周期短，但很难精确控制料浆液流的流速，故不能很好地模拟实际工况，要达到较高的冲蚀速度必须增大气源压力和功率，制作较困难，而且不是循环系统，供浆极为不便；旋转式冲蚀试验装置是目前国内研究较多的一种，但因试样旋转，冲蚀角度难以有效控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种射流式冲蚀磨损试验装置，不仅能够模拟实际工况，而且性能稳定及数据重现性好。
本发明所采用的技术方案是，射流式冲蚀磨损试验装置，包括一离心泵及与离心泵连接的管路，管路的一端固定连接一喷头，喷头的前端与试样的位置相对应，喷头和试样的下部设置有储料斗，储料斗内由一层过滤网将其分隔成左右A室和B室，与喷头和试样相对位置的储料斗A室内设置有砂斗，喷头通过升液管伸入砂斗内，储料斗的B室内有一对电极伸入其内，电极并通过导线与外部的电位测试表相连接，管路的另一端与储料斗的B室相连通。
本发明的特点还在于，
喷头包括一中心开有通孔的喷嘴，喷嘴依次与混料腔和连接管固定连接，混料腔内还设置有一喷射管，喷射管与喷嘴的中心通孔相对应，混料腔与升液管相连通。
升液管外还设置有套管。
通过总结现有浆体冲蚀磨损试验机优缺点以及制造成本的基础上，综合运用机械设计制造、流体力学原理等知识，确定了本发明的的原理和结构方案。本发明的磨损试验装置能够模拟实际的工况要求，并确定料浆喷头关键部位设计，可调流速循环回路系统设计，具有原理简单，操作方便，冲击角度和冲击速度可调节控制等优点，不仅可以进行耐磨材料材质选择的试验研究，也适于对冲蚀磨损机理的研究。
附图说明
图1是本发明磨损试验装置一种实施例的结构示意图；
图2是本发明中料浆喷头装置的结构图；
图3是本发明中可变角度试样横梁的结构示意图，其中，a是主视图，b是俯视图，c是A-A剖视图，d是B-B剖视图；
图4是浆料中的含砂量与冲蚀时间的关系曲线图。
图中，1.流量计，2.阀门，3.压力表，4.真空表，5.喷头，6.混料腔，7.试样，8.试样室，9.过滤网，10.电极，11.导线，12.电位测试表，13.介质，14.储料斗，15.旁路阀，16.旁路管，17.离心泵，18.管路，19.升液管，20.砂斗，21.喷嘴，22.连接管，23.套管，24.喷射管，25.横梁支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明是一种在冲蚀磨损工况下，材质冲蚀磨损性能测试的试验装置，可用于各种耐磨材料的耐冲蚀磨损性能的对比试验、选材以及冲蚀磨损机理的研究。
图1是本发明提供的一种实施例的结构示意图。包括由离心泵17、管路18、流量计1、阀门2和压力表3组成的浆体控制循环回路部分，该回路还可设置由旁路阀15和旁路管16组成的支路。管路18的一端固定连接喷头5，喷头5的前端伸入试样室8内，试样7在试样室8内由夹具固定，并与喷头5的位置相对应。喷头5和试样7的下部设置有储料斗14，储料斗14内充入介质13，储料斗14内由一层过滤网9将其分隔成左右A室和B室，与喷头5和试样7相对位置的储料斗14A室内设置有砂斗20，喷头5通过升液管19伸入砂斗20内，升液管19上安装真空表4，储料斗14的B室内有一对电极10伸入其内，电极10通过导线11与外部的电位测试表12相连接，管路18的另一端与储料斗14的B室相连通。
合理的喷头所形成的负压将砂粒经升液管吸入并与水混合，可解决浆体流经离心泵时造成泵体、管路、阀门等过流部件冲蚀磨损给试验带来的不稳定问题。本发明采用的喷头5的结构如图2所示。包括一中心开通孔的喷嘴21，喷嘴21依次与混料腔6和连接管22固定连接，混料腔6内还设置喷射管24，喷射管24与喷嘴21的中心通孔相对应，混料腔6与升液管19相连通，升液管1外还设置套管23。
本发明还设计了可变角度试样横梁的结构，如图3所示。试样7通过夹具装夹在固定板上，调节横梁支架25端部盲孔与左端横梁支架上通孔的相对位置，可选择0°、30°、45°、60°、90°五种角度作为材料冲蚀磨损的冲击角度。
该射流式冲蚀磨损试验装置的工作原理为：介质13水在离心泵17的驱动下流向喷头5，用阀门2及压力表3控制和测量其流动速度和压力。喷头5具有吸射式结构，可以凭借水流速度产生的抽吸力通过升液管19从砂斗20中吸取固体粒子并在喷头5的混料腔6内混成浆料，再射向试样靶材。冲击试样表面使失去能量的浆体将落回到砂斗20中。储料斗14分为两部分，通过过滤网9将清水回流到循环系统中。
浆体中固体粒子可模拟工况要求选择矿砂、石英砂及刚玉砂等。由流量计读数及经过校正的压力参数测出喷射速度，据试验中的砂量和浆体量可计算出砂浆浓度。通过调节水阀以及改变喷嘴大小(4～8mm)来调节控制浆料的冲蚀速度。本发明装置的冲蚀速度在0～11.1m/s之间连续可调，可以满足模拟实际工况要求。可以模拟多种工况下冲蚀磨损试验研究，如：浆料冲蚀；气蚀；介质腐蚀环境下的冲蚀磨损；静、动态下电化学计划曲线的测试等。
试验机的操作步骤
A、制备试样：根据对比冲蚀试验的要求，分别切取规格为20mm×20mm×10mm的长方体试样，清洗试样并称重；
B、准备磨料：模拟实际工况条件下的介质，选择相应种类和粒度的石英砂等磨料；
C、安装试样，调节试样横梁和试样在试样夹上的相对位置达预定冲击角度；
D、调节旁路阀达到预定位置并固定；
E、开启水泵(空气泵)进行湿式(气蚀)冲蚀磨损试验；
F、取下试样，用丙酮进行清洗，在精度达万分之一光电天平上称重。计算冲蚀磨损失重及冲蚀磨损率。
1.浆体流量和浆体浓度的稳定性
浆料中的含砂量与冲蚀时间的关系结果如图4所示，可以看出浆料的含砂量比较稳定，浆料的流量及浓度随时间基本呈水平线变化，可见该试验机供浆稳定性。从管道接收的浆料浓度重量比大约为8.2wt％，说明喷头的吸射式结构设计的比较合理。另外水压表可以间接反映出试验过程中冲蚀磨损试验机供浆的稳定性。表明此试验机适用于做冲蚀磨损机理和规律的研究，也适用于材料的耐磨性测试。
2.冲蚀磨损试验数据的重现性
为了考察试验机的重现性，在相同的试验条件下对同种试样重复进行多次磨损试验，与各组数据相比较，取其最大误差值作为该试验机的试验精度。
冲蚀磨损试验采用目前广泛应用于过流部件的Cr15Mo3高铬铸铁，在试验前高铬铸铁冲蚀磨损面需经砂轮打磨平整，试验前后都需要用丙酮将试样清洗干净并烘干。在同等试验条件下，冲蚀角度均为90°时，5个试样分别进行冲蚀磨损试验，冲蚀速度为11.1m/s，冲蚀时间为2小时的冲蚀磨损量，磨料为20～50目精制石英砂。高铬铸铁Cr15Mo3冲蚀磨损重现性试验结果如下表所示。
| 试样编号 | 磨损失重ΔW/mg | 平均值/mg | 最大误差/％ | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |||
| ABCDE | 21.019.620.520.419.6 | 19.520.721.320.521.4 | 21.821.119.820.919.8 | 20.218.919.619.720.8 | 20.620.120.320.420.4 | 5.86.04.93.95.1 |
从表中可以看出设计的该冲蚀试验机的数据重复性误差和数据稳定性误差均低于5％，表明该冲蚀磨损试验机的数据稳定性良好，能够满足试验要求。
Claims (3)
1.一种射流式冲蚀磨损试验装置，其特征在于，包括一离心泵(17)及与离心泵(17)连接的管路(18)，管路(18)的一端固定连接一喷头(5)，喷头(5)的前端与试样(7)的位置相对应，喷头(5)和试样(7)的下部设置有储料斗(14)，储料斗(14)内由一层过滤网(9)将其分隔成左右A室和B室，与喷头(5)和试样(7)相对位置的储料斗(14)A室内设置有砂斗(20)，喷头(5)通过升液管(19)伸入砂斗(20)内，储料斗(14)的B室内有一对电极(10)伸入其内，所述电极(10)并通过导线(11)与外部的电位测试表(12)相连接，所述管路(18)的另一端与储料斗(14)的B室相连通。
2.按照权利要求1所述的磨损试验装置，其特征在于，所述的喷头(5)包括一中心开有通孔的喷嘴(21)，喷嘴(21)依次与混料腔(6)和连接管(22)固定连接，所述的混料腔(6)内还设置有一喷射管(24)，喷射管(24)与喷嘴(21)的中心通孔相对应，所述的混料腔(6)与升液管(19)相连通。
3.按照权利要求2所述的磨损试验装置，其特征在于，所述的升液管(19)外还设置有套管(23)。
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