CN110411882B - 多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置 - Google Patents

多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，包括试验基座、转架及待测管筒，待测管筒内设有转动搅拌溶液以模拟管筒内壁沙粒磨损的搅拌器，待测管筒内设有中空的施力杠杆，施力杠杆底端设有与待测管筒内壁贴合接触的轴承钢球，施力杠杆与待测管筒外壁之间连接有监测待测管筒内壁膜层的电阻分压并通过电压信号实时表征待测管筒内壁膜层磨损情况的电压传感器，施力杠杆的内孔内通入有可进入到摩擦界面附近模拟摩擦磨损过程中气泡扰动效应的气体。本发明不仅能实现常规条件下的管内壁摩擦磨损测试，也可以实现液体、沙粒或气体扰动条件下摩擦磨损状况，并通过膜层与管筒基体之间加入电压，通过阻抗变化实时监测膜层磨损情况。

Description

多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置
技术领域
本发明涉及领域，尤其是一种多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置。
背景技术
在众多煤化工等阀门及相连管道中，普遍存在液-固两相流。由于阀内流道的节流效应，以及工艺参数的变化和操作波动，流体介质极易在局部发生气液相变，形成高速的气-液-固三相流，进一步加剧对管道的冲蚀磨损。同时，相变产生的大量空化气泡会在流场内的压力恢复区或强扰动区发生溃灭。当空泡溃灭位置靠近壁面时，则会产生气蚀，加速壁面材料的流失。在阀门及相连管道内壁沉积薄膜是提高耐磨损性能的有效方法之一。摩擦磨损试验机是一种常见的评估膜层耐磨性的测试仪器。目前，市场上的摩擦磨损试验机大都是采用针-盘式结构，适用于测试平面试样，可以测试样品在室温、高温、真空、干摩擦、湿摩擦等特定条件下摩擦磨损性能。但对于管筒内壁的摩擦磨损测试机较少。例如：中国专利CN109540721A“一种用于研究钻杆与套管摩擦磨损的实验装置及方法”，可以模拟钻井过程中钻井液对钻杆和套管之间的摩擦情况，但是，仅能测试钻井液条件下钻杆与套管之间的摩擦特性，功能较为单一。利用现有摩擦磨损试验机测量气-液-固三相流状态下管筒内壁的摩擦磨损性能较为困难，同时，管筒内壁摩擦磨损过程不容易实时在线观测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，不仅可以单独测试某一参数对管筒内壁膜层摩擦磨损性能的影响，而且可以测试在气-液-固三相流状态下的磨损性能，并通过膜层阻抗实时监测为膜层磨损的变化过程提供参考。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，包括试验基座，所述的试验基座上转动设有转架，转架上密封安装有存放试验溶液的待测管筒，待测管筒内设有转动搅拌溶液以模拟管筒内壁沙粒磨损的搅拌器，从待测管筒上端向待测管筒内伸入有中空的施力杠杆，施力杠杆底端设有与待测管筒内壁贴合接触的轴承钢球，所述施力杠杆与待测管筒外壁之间连接有监测待测管筒内壁膜层的电阻分压并通过电压信号实时表征待测管筒内壁膜层磨损情况的电压传感器，施力杠杆的内孔内通入有可进入到摩擦界面附近模拟摩擦磨损过程中气泡扰动效应的气体。
具体说，所述的试验基座内安装有主电机，主电机输出轴通过主联轴器与转架的转轴传动连接，转架与待测管筒底面通过绝缘垫圈密封连接，所述的转架的底部设有排出试验液体的排液管。
优选地，所述的试验基座上位于待测管筒一侧固定有支架，支架上安装有电机支架，电机支架上固定有搅拌电机，搅拌电机输出轴与搅拌器的搅拌轴通过副联轴器传动连接。
所述的试验基座上位于待测管筒另一侧设有可移动的底座支架，具体说，所述的试验基座上安装有导轨，导轨上滑动设有施力滑块，底座支架底端固定在施力滑块上。
为更好地实时监测试验过程中的加载力和摩擦力，所述底座支架上端固连有相互平行的施力支架和传感器支架，施力杠杆中上端与施力支架端部固连，传感器支架端部固定有加载力传感器和摩擦力传感器，设在施力杠杆上端的绝缘触点分别与加载力传感器和摩擦力传感器接触。
进一步说，所述的施力杠杆连接施力支架的支点端连接有通入气体的气管，施力杠杆的下端向待测管筒内壁折弯，折弯后的施力杠杆下端部外周套装有端帽，所述端帽具有中心孔且在中心孔周围开设有排气孔，施力杠杆下端面设有不锈钢网，轴承钢球设在不锈钢网与端帽之间且外侧卡入所述中心孔后伸出端帽外，气管的通入气体通过排气孔进入到摩擦界面附近。
为确保电压传感器工作稳定，所述的电压传感器两端分别连接有导线，施力杠杆通过导线连接有限流电阻及直流电源，限流电阻与直流电源正极相连，直流电源负极与待测管筒外壁通过导线相连。
本发明的有益效果是：本发明可以模拟阀门导向套等管筒内壁摩擦磨损测试，不仅能实现常规条件下的管内壁摩擦磨损测试，也可以实现液体、沙粒或气体扰动条件下摩擦磨损状况，并在膜层与管筒基体之间加入电压，通过阻抗变化实时监测膜层磨损情况。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述施力杠杆上端的局部放大示意图。
图3为本发明所述施力杠杆下端的局部放大示意图。
图中：1-主电机，2-主联轴器，3-转架，4-绝缘垫圈，5-待测管筒，6-搅拌器，7-副联轴器，8-电机支架，9-搅拌电机，10-施力杠杆，11-加载力传感器，12-传感器支架，13-施力支架，14-限流电阻，15-直流电源，16-电压传感器，17-施力滑块，18-导轨，19-摩擦力传感器，20-不锈钢网，21-端帽，22-轴承钢球，23-排气孔，24-绝缘触点，25-排液孔，26-底座支架，27-支架，28-气管。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～图3所示，一种多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，具有试验基座、转架3以及待测管筒5，所述的试验基座内安装有主电机1，主电机1输出轴通过主联轴器2与转架3的转轴传动连接，转架3与待测管筒5底面通过绝缘垫圈4密封连接，待测管筒5内部可以加入试验溶液，试验溶液包括：盐溶液、润滑油、碱溶液等，以实现液体腐蚀和润滑条件下的摩擦磨损试验，位于转架3的底部设有试验结束后排出试验液体的排液管25。
所述的试验基座上位于待测管筒5左侧固定有支架27，电机支架8通过螺栓固定在支架27上，高度任意可调，电机支架8上固定有搅拌电机9，位于待测管筒5内设有转动搅拌溶液以模拟管筒内壁沙粒磨损的搅拌器6，搅拌电机9输出轴与搅拌器6的搅拌轴通过副联轴器7传动连接。
所述的试验基座上位于待测管筒5右侧安装有导轨18，导轨18上滑动设有施力滑块17，施力滑块17上固定底座支架26，底座支架26可随施力滑块17沿导轨18移动。
从待测管筒5上端向待测管筒5内伸入有中空的施力杠杆10，所述底座支架26上端固连有相互平行的施力支架13和传感器支架12，施力杠杆10中上端与施力支架13端部固连，传感器支架12端部固定有加载力传感器11和摩擦力传感器19，设在施力杠杆10上端的绝缘触点24分别与加载力传感器11和摩擦力传感器19接触，可以实时监测加载力和摩擦力。
位于施力杠杆10连接施力支架13的支点端连接有通入气体的气管28，施力杠杆10的下端向待测管筒5内壁折弯，折弯后的施力杠杆10下端部外周套装有端帽21，所述端帽21具有中心孔且在中心孔周围开设有排气孔23，施力杠杆10下端面设有不锈钢网20，不锈钢网20与端帽21之间卡设有轴承钢球22，轴承钢球22外侧通过所述中心孔伸出端帽21外侧与待测管筒5内壁贴合接触。从气管28的通入气体经过施力杠杆10内部细孔、不锈钢网20和端帽21的排气孔23进入到轴承钢球22与待测管筒5内壁之间的摩擦界面附近，以模拟摩擦磨损过程中的气泡扰动效应。
所述施力杠杆10与待测管筒5外壁之间连接有电压传感器16，电压传感器16通过监测待测管筒5内壁膜层的电阻分压并通过电压信号实时表征待测管筒5内壁膜层磨损情况，所述的电压传感器16两端分别连接有导线，施力杠杆10通过导线连接有限流电阻14及直流电源15，限流电阻14与直流电源15正极相连，直流电源15负极与待测管筒5外壁通过导线相连。
试验前，将待测管筒5通过绝缘垫圈4密封固定在转架3上端面，向待测管筒5内部加入相应模拟液体和固体颗粒，通过在导轨18上移动施力滑块17，设定施力杠杆10上的加载压力，主电机1通过主联轴器2和转架3带动待测管筒5旋转，待测管筒5内壁与轴承钢球22进行对磨；搅拌电机9通过副联轴器7带动搅拌器6旋转，实现固液相流动，通过气泵向气管28充入气体，通入气体经过施力杠杆10内部细孔、不锈钢网20和端帽21的排气孔23进入到摩擦界面附件；打开直流电源15，在轴承钢球22和待测管筒5之间施加电压，通过电压传感器16监测膜层分压电阻。试验结束后，关闭主电机1和搅拌电机9电源，关闭直流电源15，关闭气体通入，通过施力滑块17卸载施力杠杆10压力，最后由排液孔25将待测管筒5内的工作液体排走。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，包括试验基座，其特征是：所述的试验基座上转动设有转架，转架上密封安装有存放试验溶液的待测管筒，待测管筒内设有转动搅拌溶液以模拟管筒内壁沙粒磨损的搅拌器，从待测管筒上端向待测管筒内伸入有中空的施力杠杆，施力杠杆底端设有与待测管筒内壁贴合接触的轴承钢球，所述施力杠杆与待测管筒外壁之间连接有监测待测管筒内壁膜层的电阻分压并通过电压信号实时表征待测管筒内壁膜层磨损情况的电压传感器，施力杠杆的内孔内通入有可进入到摩擦界面附近模拟摩擦磨损过程中气泡扰动效应的气体，所述的施力杠杆的下端向待测管筒内壁折弯，折弯后的施力杠杆下端部外周套装有端帽，所述端帽具有中心孔且在中心孔周围开设有排气孔，施力杠杆下端面设有不锈钢网，轴承钢球设在不锈钢网与端帽之间且外侧卡入所述中心孔后伸出端帽外，施力杠杆的内孔内通入的气体通过排气孔进入到摩擦界面附近。
2.如权利要求1所述的多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，其特征是：所述的试验基座内安装有主电机，主电机输出轴通过主联轴器与转架的转轴传动连接，转架与待测管筒底面通过绝缘垫圈密封连接。
3.如权利要求2所述的多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，其特征是：所述的转架的底部设有排出试验液体的排液管。
4.如权利要求1所述的多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，其特征是：所述的试验基座上位于待测管筒一侧固定有支架，支架上安装有电机支架，电机支架上固定有搅拌电机，搅拌电机输出轴与搅拌器的搅拌轴通过副联轴器传动连接。
5.如权利要求4所述的多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，其特征是：所述的试验基座上位于待测管筒另一侧设有可移动的底座支架，所述底座支架上端固连有相互平行的施力支架和传感器支架，施力杠杆中上端与施力支架端部固连，传感器支架端部固定有加载力传感器和摩擦力传感器，设在施力杠杆上端的绝缘触点分别与加载力传感器和摩擦力传感器接触。
6.如权利要求5所述的多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，其特征是：所述的施力杠杆连接施力支架的支点端连接有通入气体的气管，气管的通入气体通过排气孔进入到摩擦界面附近。
7.如权利要求5所述的多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，其特征是：所述的试验基座上安装有导轨，导轨上滑动设有施力滑块，底座支架底端固定在施力滑块上。
8.如权利要求1所述的多工况模拟管内壁摩擦磨损试验装置，其特征是：所述的电压传感器两端分别连接有导线，施力杠杆通过导线连接有限流电阻及直流电源，限流电阻与直流电源正极相连，直流电源负极与待测管筒外壁通过导线相连。
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