CN104913997A - 一种带有温度测试系统的旋转式冲蚀磨损试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有温度测试系统的旋转式冲蚀磨损试验装置，包括水箱、料浆罐、试样、电机、第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶、第四热电偶、旋转轴、搅拌叶轮、立柱、控制柜和水温控制仪；所述的电机安装在旋转轴的顶部并与控制柜相连，旋转轴底部安装有搅拌叶轮，在浆料罐顶部分别设有第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶，第二热电偶的底部设有矩形试样；在浆料罐的外侧设有水箱，水箱与装置外部的水温控制仪相连；水箱和浆料罐通过立柱固定在测设装置中部。本发明可以模拟湿法冶金、化工、采矿、水电等冲蚀磨损工况条件，特别是分析测试冲蚀磨损过程中摩擦热量在试样中的传递及其对试样冲蚀磨损特性的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有温度测试系统的旋转式冲蚀磨损试验装置。
背景技术
液固两相流或单相流冲蚀磨损现象普遍存在于湿法冶金、化工、采矿、水电等行业中，由于冲刷磨损和腐蚀之间存在交互作用，通常其材料流失速率比纯腐蚀和纯冲刷磨损之和要大得多，其危害比单一腐蚀或单一冲刷磨损更严重，是引起各种料浆泵、阀、管道等过流部件快速损坏的重要原因。
当流体冲蚀速度增大时，颗粒的撞击总能量增大，动能转化为摩擦热能的部分也增大，摩擦热能主要向靶材（过流部件或试样）及流体介质传递，使靶材及介质温度升高，加剧靶材的腐蚀速度、材料表面弱化，在流体的连续强烈冲刷作用下，材料磨损速度加快，即高速冲蚀导致料浆介质温度升高，冲刷磨损与摩擦热共同加剧材料腐蚀，使过流部件材料的腐蚀速度与磨损速度都加快，其影响越来越显著。因此，在高速冲蚀磨损条件下，摩擦热效应的影响应引起高度重视。
国内外学者开发的冲蚀磨损装置有旋转式、喷射式、管流式和组合式四种类型，这四种试验装置各有特色及优缺点，适用于不同多相流、两相流或单相流冲蚀磨损工况条件。其中，旋转式试验装置适用于模拟和分析料浆泵叶轮、搅拌桨等旋转部件在稀料浆或单相流体中的冲蚀磨损行为，且旋转法具有设备简单、成本低、实验周期短等优点,依据试样的安装方式主要有旋转盘、旋转轴和旋转圆筒三种。很多科研院所和高校的研究者设计制造了液固两相流或单相流旋转式冲蚀磨损实验装置，对冲蚀磨损过程中腐蚀因素(电化学测试)、磨损因素以及冲蚀磨损机理等进行了系统研究(见中国专利ZL200710067546.9《旋转式单相流冲蚀试验装置》，CN101149321B《液-固二相流冲蚀与气蚀复合磨损试验机》, CN1334455A《利用超声波测试材料的抗腐蚀冲蚀性能的方法和装置》, CN102830056A《旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的测试组件》，CN201016917《一种旋转式单相流冲蚀试验装置》，ZL200620051847.3《离心式浆体冲蚀磨损实验装置》，实用新型专利CN201673109U《一种温度压力可控型旋转式冲蚀实验装置》和发明专利CN201010162126《温度压力可控型旋转式冲蚀实验装置》)，但还缺乏对液固两相流或单相流冲蚀磨损过程中试样材料不同部位温度进行实时测试分析（实用新型专利CN201673109U《一种温度压力可控型旋转式冲蚀实验装置》和发明专利CN201010162126《温度压力可控型旋转式冲蚀实验装置》公布了仅介质环境温度及压力可测试与控制的旋转式冲蚀实验装置），无法揭示冲蚀磨损过程中摩擦热量产生与传递规律，以及其对材料的冲蚀磨损影响机制，分析其原因大致有：（1）试样通常安装在旋转轴上（以上所列中国专利ZL200620051847.3除外），与旋转轴一起作高速运动，且介质一般具有较强的腐蚀作用，冲蚀磨损过程中瞬态温度的测试表征存在较大难度；（2）由于冲蚀磨损系统（试样、介质和环境）的复杂性，难以精确模拟实际工况条件。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的不足之处而提供的一种带有温度测试系统的式旋转冲蚀磨损试验装置。可以模拟冶金、石化、煤矿和水力水电等实际工况环境，如料浆泵叶轮、管道、挡板等过流部件的冲蚀磨损，测试冲蚀过程中瞬态温度变化特性，揭示温度与冲蚀磨损之间的影响机制。
本发明的采用的技术方案是：一种带有温度测试系统的旋转式冲蚀磨损试验装置，包括水箱、料浆罐、试样、电机、第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶、第四热电偶、旋转轴、搅拌叶轮、立柱、控制柜和水温控制仪；所述的电机安装在旋转轴的顶部并与控制柜相连，旋转轴底部安装有搅拌叶轮，在浆料罐顶部分别设有第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶，第二热电偶的底部设有矩形试样；在浆料罐的外侧设有水箱，水箱与装置外部的水温控制仪相连；水箱和浆料罐通过立柱固定在测设装置中部。
进一步，所述的矩形试样的冲刷面裸露在料浆液中，其他五个面设有隔热保护套。
进一步，所述的试样的冲刷角度可以在0~90度范围内调整。
进一步，所述的电机为无极调速电机。
进一步，所述的料浆罐为不锈钢材质。
本发明具有如下有益效果：通过在被冲蚀试样不同部位开孔，插入热电偶，采用导线与温度传感器和计算机连接，可以在线测试冲蚀磨损过程中试样不同时刻、不同部位温度的温度变化；通过水温控制仪来控制水箱中的水温；料浆罐中料浆固液比可根据需要进行调整；电机的旋转速度可以无级调速，转速、转数及试验时间通过计算机显示控制，矩形试样仅一个冲刷面裸露在料浆液中、其它5个面设置了隔热保护套，试样的冲刷角度可以在0~90°范围内调整，在旋转轴下部设置了搅拌叶轮，可以防止固体颗粒沉降到料浆罐底部，通过改变旋转轴转速的方式研究料浆冲蚀速度对冲蚀磨损过程中试样和料浆温度的影响。试样的冲蚀磨损速度可以通过一段时间内测试冲蚀磨损前后试样的重量差计算得到；试样的冲蚀磨损特征可以通过显微镜观察冲蚀磨损后表面形貌来分析。本发明可以模拟冶金、化工、煤矿及水电等液固两相流或单相流体冲蚀磨损工况条件，特别是可以对冲蚀磨损作用引起试样温度的变化情况进行实时测试，分析冲蚀磨损热效应对材料使用性能的影响。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括水箱1、料浆罐2、试样3、隔热套4、电机5、第一热电偶6、第二热电偶7、第三热电偶8、第四热电偶9、旋转轴10、搅拌叶轮11、立柱12、控制柜13、水温控制仪14等。其中，电机5设置在旋转轴的顶部，可以通过控制柜13中的转速控制旋钮实现无级调速，转速、转数及试验时间可通过控制柜13显示控制，通过改变旋转轴转速的方式达到改变料浆冲蚀速度的目的，在旋转电机5下部的旋转轴10设置了搅拌叶轮10，防止固体颗粒沉降到料浆罐底部；水箱1中的水温可以通过水温控制仪14来控制；料浆罐2中的料浆固液比等可根据需要进行调整
如图2所示，在料浆罐中放置一个长方体的待测试样3，在待测试样3的一面裸露在外，另外五个面均用隔热套密封。在被冲蚀试样3表面附近、中心和背面附近的料浆罐2上开孔，分别插入第一热电偶6、第二热电偶7和第三热电偶8，在料浆罐2中的另一侧放入第四热电偶9，四个热电偶通过导线连接到控制柜13，测试冲蚀磨损过程中试样3的不同时刻、不同部位的温度变化情况。
以液固两相流为例，本发明的工作过程如下：
在水箱1中加入适量水，按试验要求配制好料浆液，加入料浆罐2内，先将试样3与隔热套4装配好后，然后将第一热电偶6、第二热电偶7和第三热电偶8分别插入试样3的表面附近、中心和背面附近的孔内，并通过导线与控制柜13联接，盖上料浆罐盖板并将盖板固定，按要求调整好试样的冲刷角度。
通过控制柜13中的转速旋钮设定电机5的转速，按启动按钮开始试验。通过第一热电偶6、第二热电偶7和第三热电偶8在线采集试验过程中试样3表面附近、中心和背面附近不同时刻的温度信号，第四热电偶9采集料浆罐中的不同时刻的温度信号，并将上述的温度信号传递到控制柜13中的计算机内，记录及绘制试样温度的变化曲线。
试样3的冲蚀磨损速率可以通过测试试验前以及经过一段时间冲蚀磨损试验后试样的重量，然后计算得到；通过显微镜观察冲蚀磨损后试样3的表面形貌来分析其冲蚀磨损特征。
对所公开实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对本实施例的多重修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这种实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种带有温度测试系统的旋转式冲蚀磨损试验装置，其特征在于：包括水箱、料浆罐、试样、电机、隔热套、第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶、第四热电偶、旋转轴、搅拌叶轮、立柱、控制柜和水温控制仪；所述的电机安装在旋转轴的顶部并与控制柜相连，旋转轴底部安装有搅拌叶轮，在浆料罐顶部分别设有第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶和第四热电偶，第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶的底部设有矩形试样；在浆料罐的外侧设有水箱，水箱与装置外部的水温控制仪相连；水箱和浆料罐通过立柱固定在测设装置中部。
2.根据权利要求1所述的一种带有温度测试系统的旋转式冲蚀磨损试验装置，其特征在于：所述的矩形试样的冲刷面裸露在料浆液中，其他五个面设有隔热保护套。
3.根据权利要求1所述的一种带有温度测试系统的旋转式冲蚀磨损试验装置，其特征在于：所述的试样的冲刷角度可以在0~90度范围内调整。
4.根据权利要求1所述的一种带有温度测试系统的旋转式冲蚀磨损试验装置，其特征在于：所述的电机为无极调速电机。
5.根据权利要求1所述的一种带有温度测试系统的旋转式冲蚀磨损试验装置，其特征在于：所述的料浆罐为不锈钢材质。
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