CN110346202A - 一种高温高压磨损测试试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压磨损测试试验机，可模拟煤化工生产中的锁斗系统的高温、高压、强腐蚀的固液两相工作介质的试验条件，运用实际生产中的锁渣阀作为试验对象，实现模拟实际生产应用的加速磨损试验，评价锁渣阀球芯和阀座的性能，预测锁渣阀的实际使用寿命。该试验机结构简单，采用适用于高温、高压、耐腐蚀的压力传感器、散热片转化头、温度传感器分别测量工作介质的压强和温度，压力传感器和温度传感器的探测头均接触到工作介质，测量数据更准确。由于摩擦磨损现象的产生，直接改变的是摩擦系数，进而反映出摩擦力的改变；通过扭矩传感器测量的扭矩变化反映磨损情况，避免摩擦力测量的不便利性，使测量的数据更准确。

Description

一种高温高压磨损测试试验机

技术领域

本发明涉及高温高压摩擦磨损测试技术，具体地说，涉及一种高温、高压、强腐蚀的渣水混合物摩擦磨损测试试验机。

背景技术

在现代工业中，尤其是煤化工领域，在1350℃、40MPa以上的高温、高压条件下，使水煤浆和氧气进行氧化还原反应，使煤部分变成煤气，煤气经过激冷水浴、洗涤、除尘制成水蒸气饱和的合成气送出，而煤中部分未燃尽的碳和不可燃的灰分在高温下形成熔渣经水冷却和破渣机破碎，通过锁斗定期排入渣池。在锁斗系统中，由于阀门应用于具有高温、高压和强腐蚀等特点的集渣和排渣循环过程，开关频率高，在高压条件下具有严密的密封性。因此，锁渣阀必须具有完善的结构设计、先进的制造工艺和设备、合理的表面处理技术，保证锁渣阀在高强度恶劣的工况环境中有较长的使用寿命。

锁渣阀的性能优化可通过以下途径实现:完善结构的设计、采用先进的制造工艺和设备、采用合理的表面处理技术等。在实际生产中，目前应用最多的是通过采用合理的表面处理技术，使得球芯和阀座的性能有一定程度的提升，进而达到提高使用寿命的目的。为了评价性能的优劣，一方面，通过在实际生产的使用，通过实际使用的效果来评价性能；另一方面，通过试验台进行加速试验，通过一系列的监测手段和评价指标来评价性能。

在文献“金属硬密封球阀表面处理工艺对比及寿命测试”(兰州理工大学，2016年4月，李海涛工程硕士学位论文)文中，提出设计球阀寿命试验，并对球阀进行常温、高温静密封性能试验，这种方法目前已经广泛应用于实际生产中；但这种方法仅适用于密封性的检测，很难有效地反映球阀的性能和使用寿命，不能营造模拟工况条件，其结果不能作为实际锁渣阀使用性能和寿命预测的评价指标。

发明专利CN107036923A中设计的摩擦磨损试验机可用于不同硬质合金材料在不同条件下的摩擦磨损实验，通过改变加载弹簧的伸长量来调节压力的大小，具有调速系统，可在极低速或高速条件下，用来评定金属、涂层、陶瓷等材料的摩擦磨损性能，通过磨盘的离心力来将磨屑甩出，避免二次磨损。该发明采用质量磨损量来评定材料的耐磨性；其劣势在于试验条件为实验室环境，可以实现不同压力和不同温度下的试验条件，但不能实现具有高压流体的试验条件；同时，该发明的试验试样为实验室片状试样，不适用于实际工程生产条件。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种高温高压磨损测试试验机，该测试试验机可模拟煤化工生产中的锁斗系统的高温、高压、强腐蚀的固液两相工作介质的试验条件，运用实际生产中的锁渣阀作为试验对象，实现模拟实际生产应用的加速磨损试验，评价锁渣阀球芯和阀座的性能，预测锁渣阀的实际使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括锁渣阀本体、加热装置、排气管路、测温装置、加载装置、增压装置、外循环管路、顶盖、测压装置、密闭容腔、驱动机构和机架，其特征在于:锁渣阀本体和顶盖之间通过法兰连接组成密闭容腔；加载装置位于顶盖上，排气管路和外循环管路位于顶盖上部且分别与顶盖固连；测温装置、测压装置分别位于顶盖上靠近中心部位与顶盖固连；驱动机构与锁渣阀本体相连接；增压装置位于驱动机构上方，并与外循环管路连接；

所述增压装置采用气源为动力，利用纯液体作为增压介质，通过增压泵、增压循环管路、控制阀将高压液体通过高压管路输送至密闭容腔，密闭容腔作为工作介质的反应腔体，实现对工作介质进行加热、增压；

所述驱动机构包括双作用气缸、联轴器、主轴、扭矩传感器、双作用气缸输出轴，扭矩传感器设置在主轴和双作用气缸输出轴之间，双作用气缸输出轴、扭矩传感器、主轴分别与联轴器通过双键进行连接，并传输扭矩，所述双作用气缸输出轴为球芯转动的扭矩输出轴，驱动机构通过主轴驱动球芯转动，驱动机构用于操作扭矩并通过扭矩传感器监测操作扭矩的变化状况；

所述加载装置包括电动缸、加载装置支架、压板、压力传感器，加载装置通过加载装置支架螺纹连接在顶盖上，电动缸位于加载装置支架上用于提供预紧力，在电动缸的端口连接控制系统，控制电动缸的各项动作，电动缸输出轴和压板之间通过螺纹连接，并安装压力传感器，用于监测预紧力的变化情况，压板与密闭容腔腔体内壁通过轴向密封圈密封；电动缸输出轴为预紧力加载的力输出轴；

所述加热装置包括加热管、加热管固定法兰、测温装置、温度控制系统，顶盖设有轴向通孔用于安装加热管，加热管与顶盖通过加热管固定法兰进行连接，并采用金属垫片进行密封，加热管上端部连接温度控制系统，加热管下端部插入工作介质中，保证工作介质温度的均匀性；测温装置位于顶盖上通过螺纹连接，所述测温装置包括电缆、固设于电缆下端部并插设在高温高压反应腔内的探测头、固设于电缆上端部位于顶盖外的输出端子，探测头在试验保压阶段须位于工作介质中，保证工作介质温度的测量准确性；

所述测压装置用于动态监测工作介质压强；所述压力传感器包括电缆、固设于电缆下端部并连接在散热片转接头、固设于电缆上端部位于顶盖外的输出端子，压力传感器利用散热片转接头固连在顶盖上，散热片转接头下端与密闭容腔相通，在测量时，保证介质通过散热片实现降温作用。

所述外循环管路包括第一截止阀、三通阀、进液口、排液口、减压阀、换热器、储液槽、温度传感器、第一排气阀、磁力搅拌器、加热管和动力泵，元器件与不锈钢管连接成外循环管路，外循环管路一端与动力泵连接，外循环管路另一端位于顶盖上，并与顶盖焊接固连。

排气系统与密闭容腔通过顶盖连接相通，排气系统的排气管路包括第二排气阀、第二截止阀、排气口，元器件与不锈钢管进行连接，不锈钢管与顶盖间焊接固连。

有益效果

本发明提出的一种高温高压磨损测试试验机，该测试试验机可模拟煤化工生产中的锁斗系统的高温、高压、强腐蚀的固液两相工作介质的试验条件，运用实际生产中的锁渣阀作为试验对象，实现模拟实际生产应用的加速磨损试验，评价锁渣阀球芯和阀座的性能，预测锁渣阀的实际使用寿命。该试验机结构简单，采用适用于高温、高压、耐腐蚀的压力传感器、散热片转化头、温度传感器分别测量工作介质的压强和温度，压力传感器和温度传感器的探测头均接触到工作介质，测量数据更准确。由于摩擦磨损现象的产生，直接改变的是摩擦系数，进而反映出摩擦力的改变；通过扭矩传感器测量的扭矩变化反映磨损情况，避免了摩擦力测量的不便利性，使测量的数据更准确。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种高温高压磨损测试试验机作进一步详细说明。

图1为本发明高温高压磨损测试试验机示意图。

图2为本发明高温高压磨损测试试验机的主体结构示意图。

图3为本发明高温高压磨损测试试验机的加载装置示意图。

图4为本发明高温高压磨损测试试验机的驱动机构示意图。

图5为本发明高温高压磨损测试试验机的外循环管路示意图。

图6为本发明高温高压磨损测试试验机的排气管路结构示意图。

图中:

1.锁渣阀本体 2.加热装置 3.排气管路 4.测温装置 5.加载装置 6.增压装置7.外循环管路 8.顶盖 9.测压装置 10.密闭容腔 11.驱动机构 12.电动缸 13.加载装置机架 14.压板 15.压力传感器 16.双作用气缸 17.联轴器 18.主轴 19.扭矩传感器 20.双作用气缸输出轴 21.第一截止阀 22.三通阀 23.进液口 24.排液口 25.减压阀 26.换热器 27.储液槽 28.温度传感器 29.第一排气阀 30.磁力搅拌器 31.加热管 32.动力泵33.第二排气阀 34.第二截止阀 35.排气口

具体实施方式

本实施例是一种高温高压磨损测试试验机；该高温高压磨损测试试验机，用于锁渣阀的加速磨损试验，评价锁渣阀球芯和阀座的性能，预测锁渣阀的使用寿命。摩擦磨损条件是根据实际工况进行等效模拟，使得试验环境接近实际工况。通过对实际生产中使用的锁渣阀，利用锁渣阀阀体与球芯结构，结合顶盖和压板，自然形成高温高压反应腔，容纳模拟实际工况条件的工作介质。

参阅图1～图6，本实施例高温高压磨损测试试验机，由锁渣阀本体1、加热装置2、排气管路3、测温装置4、加载装置5、增压装置6、外循环管路7、顶盖8、测压装置9、密闭容腔10、驱动机构11和机架组成；其中，锁渣阀本体1和顶盖8之间通过法兰连接组成密闭容腔10。加载装置5位于顶盖8上，排气管路3设置于顶盖8上靠近中心部位，排气管路3和顶盖8固定连接。外循环管路7位于顶盖8上部，测温装置4、测压装置9分别位于顶盖8上靠近中心部位，且分别采用螺纹与顶盖进行固定。驱动机构11与锁渣阀本体1相连接；增压装置6位于驱动机构11上方，并与外循环管路7连接。增压装置6包括增压泵、增压循环管路、控制阀、增压控制系统、测压装置，增压装置6采用气源为动力，利用纯液体作为增压介质，通过增压泵、增压循环管路、控制阀将高压液体通过高压管路输送至密闭容腔10，密闭容腔10作为工作介质的反应腔体，实现对工作介质进行加热、增压。同时，在高压管路中设置安全管路，安全管路接通于高压管路，通过三通阀和安全阀形成，保证管路的安全性。

在本实施例中，锁渣阀的开启操作扭矩通过驱动机构11实现；驱动机构11包括双作用气缸16、联轴器17、主轴18、扭矩传感器19、双作用气缸输出轴20，扭矩传感器19设置在主轴18和双作用气缸输出轴20之间，双作用气缸输出轴20、扭矩传感器19、主轴18分别与联轴器17通过双键进行连接，并传输扭矩，所述双作用气缸输出轴为球芯转动的扭矩输出轴，驱动机构11通过主轴驱动球芯转动，驱动机构11用于操作扭矩并通过扭矩传感器19监测操作扭矩的变化状况。

在本实施例中，采用实际生产中的锁渣阀本体1进行试验，通过上下法兰与底座、顶盖连接形成该磨损测试试验台的主体结构，接触面之间采用金属片密封，保证主体结构的良好密封性；由锁渣阀本体1、顶盖8通过法兰连接组成密闭容腔10，该密闭容腔作为工作介质的反应腔体，对工作介质进行加热、加压，实现试验所需工况条件。

加热装置2包括加热管、加热管固定法兰、测温装置4、温度控制系统，顶盖设有轴向通孔用于安装加热管，加热管与顶盖8通过加热管固定法兰进行连接，并采用金属垫片进行密封，保证加热管的安装，密闭容腔10的密封性能；加热管上端部连接温度控制系统，加热管下端部插入工作介质，长度约为400mm，保证工作介质温度的均匀性。测温装置4通过螺纹连接，固定于顶盖8上，测温装置包括电缆、固设于电缆下端部并插设在高温高压反应腔内的探测头、固设于电缆上端部位于顶盖外的输出端子，探测头在试验保压阶段必须位于工作介质中，保证工作介质温度的测量准确性。

测压装置9的作用是动态监测工作介质压强，由于高温影响，所述测压装置不能直接接通介质，需要利用散热片转接头的散热降温作用，保证压力传感器测量的准确性和使用寿命。其中，压力传感器包括电缆、固设于电缆下端部并连接在散热片转接头、固设于电缆上端部并位于顶盖外的输出端子，压力传感器利用散热片转接头连接固定在顶盖上，散热片转接头下端与密闭容腔10相通，在测量时，保证介质通过散热片实现降温作用。

在本实施例中，为实现磨损测试试验台的设计，需要设计简单易行的加载装置5。加载装置包括电动缸12、加载装置支架13、压板14、压力传感器15，加载装置5通过加载装置支架13螺纹连接固定在顶盖8上，电动缸12位于加载装置支架13上用于提供预紧力，在电动缸12的端口连接控制系统，控制电动缸12的各项动作，电动缸12输出轴和压板14之间通过螺纹连接并安装压力传感器15，用于监测预紧力的变化情况；压板14与密闭容腔腔体内壁通过轴向密封圈密封，保证密闭容腔10的密封性能。电动缸输出轴为预紧力加载的力输出轴。

在本实施例中，模拟实际工况条件，需设置外管路循环系统，本实施例中的外管路循环系统可以实现工作介质的配制，工作介质的预加热以及工作介质的循环使用。外循环管路7包括第一截止阀21、三通阀22、进液口23、排液口24、减压阀25、换热器26、储液槽27、温度传感器28、第一排气阀29、磁力搅拌器30、加热管31、动力泵32，元器件通过耐高温、高压、腐蚀的不锈钢管连接成外循环管路7，外循环管路7一端与动力泵连接，外循环管路7另一端位于顶盖8上，并与顶盖8焊接固连。

在本实施例中，模拟实际工况的条件苛刻，为了保证试验的安全性，本实施例中在密闭容腔中设置了排气系统；排气系统与密闭容腔通过顶盖连接，排气系统的排气管路3包括第二排气阀33、第二截止阀34、排气口35，元器件通过不锈钢管进行连接，不锈钢管与顶盖间焊接固连。

本实施例试验机工作特点:

(1)可模拟煤化工渣水排放系统，该工况条件简化为高温、高压、强腐蚀、富含硬质颗粒的固液混合介质，进行锁渣阀的加速磨损试验；

(2)采用压力传感器监测密闭容腔中压强的变化情况，作为评价锁渣阀密封情况的指标；

(3)采用扭矩传感器监测锁渣阀开启扭矩的变化情况，作为锁渣阀失效的最终评价指标。将摩擦磨损导致的摩擦系数变化转换为扭矩的变化，保证测量的便捷性和测量结果的准确性；

(4)通过设置于双作用气缸控制系统的计数器采集并记录转动圈数，通过换算得到锁渣阀的开启次数，预测其使用寿命；

(5)设计外循环管路，使工作介质循环使用，这样会使试验条件更接近实际工况，试验测量结果的准确性更高。

Claims (3)

1.一种高温高压磨损测试试验机，包括锁渣阀本体、加热装置、排气管路、测温装置、加载装置、增压装置、外循环管路、顶盖、测压装置、密闭容腔、驱动机构和机架，其特征在于:锁渣阀本体和顶盖之间通过法兰连接组成密闭容腔；加载装置位于顶盖上，排气管路和外循环管路位于顶盖上部且分别与顶盖固连；测温装置、测压装置分别位于顶盖上靠近中心部位与顶盖固连；驱动机构与锁渣阀本体相连接；增压装置位于驱动机构上方，并与外循环管路连接；

所述增压装置采用气源为动力，利用纯液体作为增压介质，通过增压泵、增压循环管路、控制阀将高压液体通过高压管路输送至密闭容腔，密闭容腔作为工作介质的反应腔体，实现对工作介质进行加热、增压；

所述驱动机构包括双作用气缸、联轴器、主轴、扭矩传感器、双作用气缸输出轴，扭矩传感器设置在主轴和双作用气缸输出轴之间，双作用气缸输出轴、扭矩传感器、主轴分别与联轴器通过双键进行连接，并传输扭矩，所述双作用气缸输出轴为球芯转动的扭矩输出轴，驱动机构通过主轴驱动球芯转动，驱动机构用于操作扭矩并通过扭矩传感器监测操作扭矩的变化状况；

所述加载装置包括电动缸、加载装置支架、压板、压力传感器，加载装置通过加载装置支架螺纹连接在顶盖上，电动缸位于加载装置支架上用于提供预紧力，在电动缸的端口连接控制系统，控制电动缸的各项动作，电动缸输出轴和压板之间通过螺纹连接，并安装压力传感器，用于监测预紧力的变化情况，压板与密闭容腔腔体内壁通过轴向密封圈密封；电动缸输出轴为预紧力加载的力输出轴；

所述加热装置包括加热管、加热管固定法兰、测温装置、温度控制系统，顶盖设有轴向通孔用于安装加热管，加热管与顶盖通过加热管固定法兰进行连接，并采用金属垫片进行密封，加热管上端部连接温度控制系统，加热管下端部插入工作介质中，保证工作介质温度的均匀性；测温装置位于顶盖上通过螺纹连接，所述测温装置包括电缆、固设于电缆下端部并插设在高温高压反应腔内的探测头、固设于电缆上端部位于顶盖外的输出端子，探测头在试验保压阶段须位于工作介质中，保证工作介质温度的测量准确性；

所述测压装置用于动态监测工作介质压强；所述压力传感器包括电缆、固设于电缆下端部并连接在散热片转接头、固设于电缆上端部位于顶盖外的输出端子，压力传感器利用散热片转接头固连在顶盖上，散热片转接头下端与密闭容腔相通，在测量时，保证介质通过散热片实现降温作用。

2.根据权利要求1所述的高温高压磨损测试试验机，其特征在于:所述外循环管路包括第一截止阀、三通阀、进液口、排液口、减压阀、换热器、储液槽、温度传感器、第一排气阀、磁力搅拌器、加热管和动力泵，元器件与不锈钢管连接成外循环管路，外循环管路一端与动力泵连接，外循环管路另一端位于顶盖上，并与顶盖焊接固连。

3.根据权利要求1所述的高温高压磨损测试试验机，其特征在于:排气系统与密闭容腔通过顶盖连接相通，排气系统的排气管路包括第二排气阀、第二截止阀、排气口，元器件与不锈钢管进行连接，不锈钢管与顶盖间焊接固连。