CN110398433B - 一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，包括箱体总成，夹具装置总成、进出料装置总成和分度装置总成；V型试件固定台整体为L型，中间呈V型，以限制管状试件四个自由度，通过四个螺栓组合固定件与夹具旋转盘所带凹槽配合；夹具旋转盘两端加工有旋转轴，用于夹具装置总成旋转；箱体两端安装固定花键，通过固定键使夹具旋转盘在不同位置固定；管流式回收管用于冲蚀介质回收，通过可拆卸通流挡板安装在V型试件固定台上。本发明相对于现有的冲蚀磨损实验机而言，能够专门针对管状试件进行冲蚀试验，最大限度模拟实际工况，本发明还设置了两种冲蚀介质回收方式，可针对不同介质选择最优方式。

Description

一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台

技术领域

本发明涉及冲蚀磨损实验装置，具体地，涉及一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台。

背景技术

在石油钻井及流体运输的过程中，设备失效的主要形式是管道冲蚀磨损，流体在管道内流动时，对管道内壁特别是弯头处造成冲击，这种冲击会造成管道内表面变形或损耗，严重时会使管道内壁破裂，造成流体泄漏，尤其是一些有毒流体，会引发严重的安全问题，故管道的冲蚀磨损研究显得格外重要。在石化工业中，低温金属管道是常见的管件，由于需要改变流体的方向，弯管应用最为频繁，但由于其特殊的结构，其失效也最为常见。

目前，相关研究人员通过设计不同种冲蚀磨损试验机对冲蚀磨损机理进行研究，如喷射式冲蚀试验装置、旋转式冲蚀试验装置和管流式冲蚀试验装置等，观察试件表面冲蚀磨损的情况进而得出一定的结论，但是大多存在局限性和不足：冲蚀介质单一且多数不能回收、冲蚀速度不可调、制造成本高、冲蚀角度恒定、冲蚀效率低等，另外，现有的冲蚀磨损试验机所采用的冲蚀试件多为块状或环状，没有专门针对管状试件的试验机，不能真实模拟实际工况，所得实验结果具有很大局限性。

发明内容

本发明目的是提供一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，以解决上述背景技术中提出的问题。

进一步的，本发明采用下述技术方案：

一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，包括夹具装置总成和进出料装置总成。所述夹具装置总成包括L型试件固定台，L型试件固定台整体呈L状，中部带有V型中空槽，用于限制管状试件四个方向自由度，上部通过水平试件固定件和竖直试件固定件固定管状试件，下部通过四个螺栓组合固定件与夹具旋转盘连接。

所述进出料装置总成包括实验台箱体，实验台箱体上部设置四个进料口，下部设置三个出料口，实验台箱体设置所述观察窗，其上部与所述实验台上顶盖连接，其下部与所述底部支撑块连接，实验台箱体内部设置有管流式回收管，管流式回收管上端连接四个可拆卸通流挡板，下端与旋转支撑台连接。

进一步的，所述螺栓组合固定件呈螺栓状，上部带有螺纹与螺母连接，下部带有方形块，与所述夹具旋转盘凹槽间隙配合。

进一步的，所述夹具旋转盘两端带有圆轴且圆轴上各有三个均布键槽，上部带有两个凸型槽，两端通过固定键与固定花键连接，下部与辅助旋转支撑架配合。

进一步的，所述固定花键呈花键状，内部加工三个键槽，外部与防护外壳连接，共在两端设置两组，对称分布，用于调节夹具旋转盘旋转并使其固定。

进一步的，所述辅助旋转支撑架共设置两组，底部与水平支撑板固连，顶部设置有双层圆弧槽，第一层圆弧槽与所述夹具旋转盘固连，且能与第二层圆弧槽做相对旋转运动，用于辅助支撑。

进一步的，所述螺纹联接管为变径管，其上端与所述进料管连接，其下端与管状试件采用螺纹连接，可根据管状试件尺寸更换不同尺寸。

进一步的，所述可拆卸通流挡板呈凸字状，一端与L型试件固定台固连，另一端与所述管流式回收管固连，用于连通管状试件与所述管流式回收管，使冲蚀介质流通。

进一步的，所述旋转支撑台中间呈弧状，上部与所述管流式回收管配合，用于固定所述管流式回收管并辅助其旋转，下部与水平支撑台固连。

进一步的，所述水平支撑台四周与所述实验台箱体固连，内部呈圆孔状，用于冲蚀介质流入，下部与汇流分离网顶端固连。

进一步的，所述汇流分离网呈漏斗状，表面设置有微小双层分离孔，冲蚀介质由于高流速，在冲击表面时会产生振动，进而更好的实现固液分离，汇流分离网底部连接固料回收管，固料回收管与液料回收管协同运作。

进一步的，所述液料回收管安装在所述实验台箱体底部，下部设置有四个120°开口的伞状回收孔，通过外部产生负压进行液料回收，增大回收面积。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.设计出一种专门针对管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，能够实现液体单相、气液两相、液固两相和气液固三相冲蚀试验，最大限度模拟实际工况。

2.夹具装置总成设计为四个，可同时进行四种不同工况的冲蚀试验，并且夹具旋转盘设计为特殊V型加中空结构，可增加其抗弯能力并能适应不同尺寸的管状试件，。

3.该试验台设计有两种回料方式：一种针对冲蚀时间长，介质不易分离，通过管流式回流管对流体进行实时回收，实现流体循环利用；另一种针对冲蚀时间短，冲蚀介介质易分离或单相介质，该方式不使用管流式回收管，仅通过下部固料回收管和液料回收管进行分别回收。

附图说明

图1为本发明一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台整体结构示意图。

图2为本发明一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台侧面剖视结构示意图。

图3为夹具装置总成内部结构示意图。

图4为夹具装置总成外部结构示意图。

图5为废料回收过程总体结构示意图。

图6为汇流分离网局部结构示意图。

附图说明：1.实验台上顶盖，2.进料口，3.螺纹联接管，4.竖直试件固定件，5.L型试件固定台，6.水平试件固定件，7.可拆卸通流挡板，8.管流式回收管，9.观察窗，10.出料口连接法兰，11.实验台箱体，12.底部支撑块，13.螺栓组合固定件，14.夹具旋转盘，15.辅助旋转支撑架，16.水平支撑板，17.汇流分离网，18.固料回收管，19.液料回收管，20.进料管，21.管状试件，22.旋转支撑台，23.防护外壳，24.分度花键，25.固定键，26.搅拌釜，27.回收管平板阀，28.压力计，29.流量计，30.管流式节流阀，31.进料管平板阀，32.渣浆泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图1，图2，图3，图4，图5，本发明一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，包括夹具装置总成和进出料装置总成。所述夹具装置总成包括螺纹联接管3，竖直试件固定件4，水平试件固定件6，L型试件固定台5，管状试件21，螺栓组合固定件13，夹具旋转盘14，辅助旋转支撑架15，分度花键24，固定键25，防护外壳23。所述螺纹联接管3为变径管，其上端与所述进料管20连接，其下端与所述管状试件21采用螺纹连接。所述L型试件固定台5整体呈L状，中部带有V型中空槽，用于限制管状试件四个方向自由度，上部通过所述水平试件固定件6和所述竖直试件固定件4固定所述管状试件21，下部通过四个所述螺栓组合固定件13与所述夹具旋转盘14连接。所述螺栓组合固定件13呈螺栓状，上部带有螺纹与螺母连接，下部带有方形块，与凹槽间隙配合。所述夹具旋转盘14两端带有圆轴且圆轴上各有三个均布键槽，上部带有两个凹型槽，可固定四个所述L型试件固定台5。所述辅助旋转支撑架15有两组，水平方向均布，其上部呈半圆弧状与所述夹具旋转盘14配合，用于辅助支撑，下部与所述水平支撑板16固连。所述分度花键24呈花键状，共在两端设置两组，内部通过所述固定键25与所述夹具旋转盘14固连，外部与所述防护外壳23的花键槽配合，限制所述夹具旋转盘14旋转，共可调节六种角度。所述固定键25共设置两组，每组三个且两端均布。所述防护外壳23与所述实验台箱体11固连，用于固定所述分度花键24并保护所述分度装置总成。

所述进出料装置总成包括实验台箱体11，进料口2，实验台上顶盖1，观察窗9，底部支撑块12，进料管20，管流式回收管8，可拆卸通流挡板7，旋转支撑台22，水平支撑板16，汇流分离网17，固料回收管18，液料回收管19，出料口连接法兰10。所述实验台箱体11设置有四个所述进料口2和所述观察窗9，其上部与所述实验台上顶盖1连接，其下部与所述底部支撑块12连接。所述管流式回收管8有四个进料口和一个出料口，其上部与所述可拆卸通流挡板7固连，其下部与所述旋转支撑台22凹槽配合，可实现其旋转一定角度。所述可拆卸通流挡板7呈凸字状，一端与所述L型试件固定台5固连，另一端与所述管流式回收管8固连，用于连通所述管状试件21与所述管流式回收管8，使冲蚀介质流通。所述旋转支撑台22与所述实验台箱体11固连，其上呈圆弧状，用于辅助所述管流式回收管8旋转。所述水平支撑板16四周与所述实验台箱体11固连，其上部与所述旋转支撑台22固连，其下部与所述汇流分离网17固连。所述汇流分离网17呈漏斗状，其表面呈网状结构，用于分离液固混合物，其上部与所述水平支撑板16固连，其下部与所述固料回收管18固连。所述固料回收管18安装在所述实验台箱体11上，用于固料回收。所述液料回收管19安装在实验台底部，其下部带有四个120°伞状回收孔，用于回收液料。

压力计28，流量计29和管流式节流阀30均设置四组，通过管道与搅拌釜26和渣浆泵32连接，搅拌釜和渣浆泵采用现有技术，在此不再赘述。

本发明不仅可以实现两种方式回收的冲蚀试验而且可以进行多介质冲蚀试验，本发明以液固两相冲蚀为例进行说明：

第一种回收方式：采用管流式回收管8，试验前，对于搅拌釜26，需提前加好液料和固料并使其充分搅拌，对于实验台需调整好冲蚀角度，将固定花键24安装到防护外壳23上并将固定键25安装在夹具旋转盘14的键槽中，然后将四个管状试件21依次安装在V型试件固定台5上，然后将可拆卸通流挡板7安装好并固定管流式回收管8，四个进料口分别接分管道，分管道设有压力计28、流量计29及管流式节流阀30，总管道接进料管平板阀31，然后接渣浆泵32提供动力，再接提供液固两相介质的搅拌釜26，出料口连接法兰10通过管道接回收管平板阀27后接搅拌釜26，实现冲蚀介质循环利用。通过压力计28、流量计29和管流式节流阀30可调节四个分管道的流量及流速，进而实现四种不同工况的冲蚀试验。试验时，打开各阀门，通过渣浆泵提供动力，即可对管状试件21进行冲蚀试验，由于管道闭合，进而可实现冲蚀介质循环利用。试验结束后需关闭各阀门，并使用清水冲洗管道各处。

第二种回收方式：采用固料回收管18和液料回收管19，试验前，将可拆卸通流挡板7拆下并旋转管流式回收管8使其贴紧实验台箱体11并使其固定，此时除可不使用搅拌釜26外，分管道设备安装与第一种回收方式相同，仅需泵提供动力即可，出料口处设置专门的回收桶进行回收。试验时，冲蚀介质流过管状试件21后冲向汇流分离网17表面，如图6所示汇流分离网17具有特殊振动结构，由于冲蚀介质对汇流分离网17表面产生冲击振动，进而使固料和液料的更易分离，分离后的废料再分别通过固料回收管18和液料回收管19进行回收利用。采用第一种回收方式，试验结束后同样可继续采用第二种方回收方式进行对固料和液料的分别回收。

经实际操作验证，本发明一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台可以对管状试件进行稳定冲蚀试验并能应用于多种冲蚀介质的冲蚀试验。与现有技术相比，具有可针对90°弯管进行冲蚀试验，可同时进行四种不同工况条件的冲蚀试验，冲蚀效率高，能最大限度模拟实际工况，既可实现冲蚀介质循环利用又可分别进行固料和液料分别回收，满足低流量试验并节省冲蚀介质，固液分离效率高的特点。

以上所述尽管已经阐述了本发明的实施例，但并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：包括夹具装置总成和进出料装置总成；所述夹具装置总成包括L型试件固定台，L型试件固定台整体呈L状，中部带有V型中空槽，用于限制管状试件四个方向自由度，上部通过水平试件固定件和竖直试件固定件固定管状试件，下部通过四个螺栓组合固定件与夹具旋转盘连接；所述夹具总成还包括螺纹联接管，所述螺纹联接管上端与进料管连接，下端与所述管状试件采用螺纹连接；所述进出料装置总成包括实验台箱体，实验台箱体上部设置四个进料口，下部设置三个出料口，进料口外部连接分管道，内部连接所述进料管，实验台箱体内部设置有管流式回收管，管流式回收管上端连接四个可拆卸通流挡板，下端与旋转支撑台连接。

2.根据权利要求1所述一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述夹具旋转盘两端带有圆轴且圆轴上各有三个均布键槽，上部带有两个凸型槽，两端通过固定键与固定花键连接，下部与辅助旋转支撑架配合。

3.根据权利要求2所述一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述固定花键呈花键状，内部加工三个键槽，外部与防护外壳连接，共在两端设置两组，对称分布，用于调节夹具旋转盘在六个角度的旋转固定。

4.根据权利要求2所述一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述辅助旋转支撑架共设置两组，底部与水平支撑板固连，顶部设置有双层圆弧槽，第一层圆弧槽与所述夹具旋转盘固连，且能够与第二层圆弧槽做相对旋转运动，用于辅助支撑。

5.根据权利要求1所述一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述可拆卸通流挡板呈凸字状，一端与L型试件固定台固连，另一端与所述管流式回收管固连，用于连通管状试件与所述管流式回收管，使冲蚀介质流通。

6.根据权利要求1所述一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述旋转支撑台中间呈弧状，上部与所述管流式回收管配合，用于固定所述管流式回收管并辅助其旋转，下部与水平支撑台固连。

7.根据权利要求1所述一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述实验台箱体内还设置有汇流分离网，上部固定在实验台箱体内表面，底部连接固料回收管，汇流分离网表面设置有微小双层圆弧状分离孔，冲蚀介质会在微小双层圆弧状分离孔处产生振动，进而更好的实现固液分离。

8.根据权利要求1所述一种应用于管状试件的多相流冲蚀磨损实验台，其特征在于：所述实验台箱体底部安装有液料回收管，液料回收管下部设置有四个120°开口的伞状回收孔，通过外部产生负压进行液料回收，增大回收面积。

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