CN111257148B - 一种高温固体粒子冲蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温固体粒子冲蚀试验装置，涉及材料冲蚀磨损与防护技术领域。主要由空气压缩机、气压表、流量调节阀、固体干燥剂、缓冲罐、加热盘管、高温储气罐、温度控制仪、测温仪、质量流量计、储砂罐、磁力搅拌器、混砂器、加速管喷嘴、上密封试验腔、强力吸附粘板、吸附软毛刷、限位卡槽、工作台架、下密封试验腔、转动分离器、粒子收集箱、吸尘净化器、试样夹持测试仪、双盘测速仪等几部分组成。固体粒子由高温气体搅拌加热受热均匀，热效率高；双盘测速仪测速避免了固体粒子的二次干扰，设备简单，操作方便；磁力搅拌装置在保证密封前提下，保障了喷嘴出砂的连续性。

Description

一种高温固体粒子冲蚀试验装置

技术领域

本发明涉及冲蚀试验装置，涉及材料冲蚀磨损与防护技术领域，尤其是涉及一种高温固体粒子冲蚀磨损试验装置。

背景技术

冲蚀是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现的一类磨损现象，是许多工业部门中材料破坏的重要原因之一，按英国科学家Eyre的统计，它约占工业生产中磨损破坏总数的8%。

根据流动介质状况可将冲蚀分为固体粒子冲蚀及液流型冲蚀，高温固体粒子冲蚀破坏尤为严重。如航空发动机叶片、工业风机叶片、汽轮机叶片等转动部件，在叶片高速旋转时，气流中存在粉尘、沙砾和工业介质颗粒等将会对不锈钢叶片表面造成严重的冲蚀破坏，使动力装置效率降低、寿命缩短，甚至导致灾难性事故的发生。飞机在低空飞行、起飞和降落过程中，空气中的尘埃和沙砾等在高速气流的作用下将对发动机前级叶片造成严重的冲蚀，特别是在沙尘环境中服役的直升机，其发动机寿命会降低90％，历史上，由SPE而导致的叶片断裂失效屡有发生，并曾由此引发过机毁人亡的飞行事故。电站燃煤锅炉管道事故的三分之一以上是由冲蚀磨损引起的，尤其近年新发展起来的循环流化床锅炉，其受热面的高温磨蚀问题相当严重，因冲蚀产生的漏管、爆管事故时有发生，停炉维修造成了巨大的经济损失。

近年来，冲蚀研究正逐渐引起了国内外有关科技人员的高度重视，并且在第三届国际材料磨损会议上，冲蚀问题便从磨料磨损和金属磨损小组中分列出来成为一个专题组。但是，目前应用于冲蚀研究的试验设备较少，且没有统一的国家标准；而关于高温固体粒子冲蚀的试验装置则更少。发明专利CN201410265148“高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置”、发明专利CN201710497975“一种高温高压含固多相粒子冲蚀磨损试验装置”及发明专利CN201511021172“连续式高温高速气固两相流冲蚀磨损试验装置”等相关专利分别公开了一种固体粒子冲蚀装置，虽然可以能够实现高温测试粒子冲蚀效果的目的，但存在以下几个问题：（1）普遍采用高温空气加热器加热，是固体粒子整体加热，粒子缺乏搅动，受热不均匀，会造成靠近加热管部分的固体粒子温度较高，而其他粒子温度较低的问题。（2）多采用红外线测速仪、高速摄像机、多普勒激光测速仪等先进仪器测速，设备较复杂，价格昂贵。（3）主要采用靠粒子重力作用实现气固混合及向下运动，因粒子质量较轻，容易发生向下运动不畅，造成喷嘴出砂不连续，甚至局部卡堵问题。（4）未考虑固体粒子冲蚀试验时，冲击试样后反弹会造成二次损伤问题，给试验造成一定误差。（5）冲蚀试验的密封性、噪音及安全环保方面考虑较少。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种高温固体粒子冲蚀试验装置，能够实现固体粒子受热均匀，粒子运动连续，不发生二次反弹冲蚀，设备简单，测速方便，价格便宜，安全环保等特点，可以控制固体粒子的温度、冲蚀速度、攻角、砂量及距试样表面的距离等参数。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温固体粒子冲蚀试验装置，包括空气压缩机、缓冲罐、高温储气罐、储砂罐、混砂器、加速管喷嘴、上密封试验腔、试样夹持测试仪、双盘测速仪、下密封试验腔以及粒子收集箱；

空气压缩机出口连接至缓冲罐下部入口，缓冲罐的内部分层固定有固体干燥剂，缓冲罐上部出口连接至高温储气罐下部入口，高温储气罐内部设有加热盘管，加热盘管连接,至温度控制仪，高温储气罐上部出口连接至第一三通，第一三通的一路作为固体粒子加速气源连接至混砂器上部进气口，另一路连接至第二三通，第二三通的一路连接至储砂罐中部进气口，另一路连接至储砂罐底部进气口，储砂罐上部出气口通过质量流量计连接至混砂器上部进砂口，混砂器底部连接至加速管喷嘴，加速管喷嘴穿插在设置于工作台架上的上密封试验腔中，上密封试验腔用于安装双盘测速仪或试样夹持测试仪，所述双盘测速仪用于测试混砂器在不同气压值和质量流量下固体粒子的冲蚀速度，所述试样夹持测试仪用于夹持试样进行某一冲蚀速度下的固体粒子冲蚀试验，工作台架上设置有与上密封试验腔底部匹配的通孔，通孔下部连接有下密封试验腔，下密封试验腔底部出口连接至粒子收集箱。

进一步地，空气压缩机上连接有压力表，空气压缩机的出口与缓冲罐的入口之间依次连接有第一流量调节阀和第一气压表，缓冲罐的出口与高温储气罐之间依次连接有第二流量调节阀和第二气压表，第一三通的一路与混砂器上部进气口之间依次连接有第三流量调节阀和第三气压表，第一三通的另一路与第二三通之间依次连接有第四流量调节阀和第四气压表，质量流量计与混砂器上部进砂口之间连接有第五流量调节阀。

进一步地，高温储气罐和储砂罐外部均包裹有保温石棉。

进一步地，储砂罐中部进气口方向面向罐壁，且与水平位置存在夹角，倾斜向下设置，储砂罐上部出气口方向面向罐壁，且与水平位置平齐，储砂罐顶部有密封盖，密封盖上穿插设置有测试固体粒子温度的测温仪。

进一步地，混砂器顶部设有磁力搅拌器，磁力搅拌器的控制电机在混砂器顶部外侧，磁力搅拌器的搅拌轴和叶片在混砂器内部。

进一步地，加速管喷嘴由细长陶瓷管制成。

进一步地，上密封试验腔为长方体结构，其底面与工作台架的通孔四周密封连接，其正面开有与试样夹持测试仪配套的圆形试验孔，圆形试验孔四周刻有角度标志线，且圆形试验孔上均匀开有与试样夹持测试仪配合的若干限位卡槽，上密封试验腔的其余侧面及顶部均为密封结构；上密封试验腔的内部两侧设有对冲蚀后由试样表面反弹的固体粒子进行减速和吸附的吸附软毛刷，上密封试验腔的顶部设有对冲蚀后由试样表面反弹的固体粒子进行粘附的强力吸附粘板。

进一步地，试样夹持测试仪包括外圆盘、密封垫、短轴、限位凸台、把手、刻度指示箭头、试样夹具、顶丝、内圆盘及长轴；外圆盘外部与把手连接，外圆盘内侧与密封垫连接，并通过短轴与内圆盘相连接，内圆盘上设有若干与限位卡槽配合的限位凸台，内圆盘上有长条形键槽，长轴嵌入并固定在长条形键槽内，且长轴能够在长条形键槽上下位置调节；试样夹具固定在长轴上，所述的试样夹具为凹槽结构，使用时，试样放于凹槽结构内，四周由顶丝对试样进行固定和限位。

进一步地，所述双盘测速仪在使用时，设置于上密封试验腔中，此时圆形试验孔封闭，所述双盘测速仪包括上圆盘，上圆盘表面开有细长狭缝，使用时，细长狭缝与加速管喷嘴下部对齐；上圆盘底部连接有主轴，主轴下部连接有下圆盘，下圆盘的外径大于上圆盘外径，上圆盘四周和下圆盘四周均设置有软毛刷，上圆盘表面和下圆盘表面均覆有避免固体粒子反弹的强力粘板，下圆盘的下部连接有双向电机。

进一步地，粒子收集箱内部固定设有转动分离器，转动分离器包括圆形平台，圆形平台上部正对下密封试验腔出口，圆形平台下部通过圆柱连接至电机，粒子收集箱的一侧还连接有吸尘净化器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用缓冲罐对空气压缩机产生的气体进行干燥除湿，同时也进行缓冲，然后通过高温储气罐加热气体，然后由高温气体搅拌和加热固体粒子，粒子搅动充分，受热均匀，热效率高，同时高温气体作为固体粒子加速气源，进行测试前，通过双盘测速仪测试混砂器两侧不同气压值、不同质量流量计下固体粒子的冲蚀速度，取出双盘测速仪，装入试样夹持测试仪，在相同气压值和质量流量计下进行固体粒子冲蚀试验，即为该冲蚀速度下的固体粒子冲蚀试验，试验后的固体粒子通过下密封试验腔集中，然后通过粒子收集箱进行收集，测速方便，且冲蚀试验装置的密封性好、噪音小，安全环保。

进一步地，高温储气罐内部设有加热盘管，加热盘管与温度控制仪相连接，对气体进行加热，精确控制气体温度，高温储气罐外部整体有保温石棉包裹，减少温度损失，节能降耗，提高能量转换率。

进一步地，储砂罐工作时先关闭出气口和中部进气口，打开底部进气口，让砂粒上下翻滚10-20分钟左右，然后关闭底部进气口，打开中部进气口，再让砂粒在罐内顺时针旋转10-20分钟左右，固体粒子在热空气的循环和搅拌下，能够充分均匀加热。

进一步地，混砂器顶部设有磁力搅拌器，控制电机在混砂器顶部外侧，而搅拌轴和叶片在混砂器内部，可以实现混砂器密封条件下的均匀搅动，避免砂粒在喷砂管处堆积造成的不连续或卡堵现象。

进一步地，加速管喷嘴由细长陶瓷管制成，硬度高，耐磨，在长时间冲蚀试验下，加速管喷嘴的管径无变化，可以保证固体粒子的加速效果和方向性好，避免粒子出喷嘴后马上发散，保证冲蚀试验效果。

进一步地，通过设置转动分离器对下落的粒子进行分离，大颗粒固体粒子在离心甩动下飞出距离较远，冲蚀过程中破碎粒子或粉末飞出距离较近，收集后，可以对损伤小的或未损伤的大颗粒粒子进行二次利用，避免浪费。

进一步地，通过设置试样夹持测试仪结构，能够与上密封试验腔正面的圆形试验孔配套进行装夹试样，也可以在使用双盘测速仪使对圆形试验孔进行封堵。

进一步地，采用双盘测速仪测速，同时配以软毛刷和强力粘板设计，方法简单，且避免了固体粒子的二次干扰，设备简单，操作方便，价格便宜。同理，上密封试验腔内也配有软毛刷和强力粘板设计，避免了固体粒子冲击试样后反弹造成的二次损伤问题，冲蚀结果更加准确。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2是本发明的试样夹持测试仪结构示意图，其中（a）为主视图，（b）为侧视图。

图3是本发明的双盘测速仪结构示意图。

图4是本发明的试样夹持测试仪的长轴在不同位置的示意图，其中（a）为长轴位于内圆盘上侧示意图，（b）为长轴位于内圆盘下侧示意图。

图5是本发明的试样夹具示意图，其中（a）为俯视图，（b）为侧视图。

图6是本发明的试样夹持测试仪卸掉长轴的示意图。

图7是本发明的储气罐结构示意图，其中（a）罐内俯视图，（b）罐内主视图。

图8是本发明的混砂器结构示意图，其中（a）为俯视图，（b）为（a）的A-A剖视图。

图9是本发明的双盘测速仪测试固体粒子冲蚀速度原理图，其中（a）为正视原理图，（b）为俯视原理图。

其中，1-空气压缩机；2-压力表；3-第一流量调节阀；4-固体干燥剂；5-缓冲罐；6-加热盘管；7-高温储气罐；8-温度控制仪；9-测温仪；10-质量流量计；11-储砂罐；12-磁力搅拌器；13-混砂器；14-加速管喷嘴；15-上密封试验腔；16-强力吸附粘板；17-吸附软毛刷；18-限位卡槽；19-工作台架；20-下密封试验腔；21-转动分离器；22-粒子收集箱；23-吸尘净化器；24-限位凸台；25-外圆盘；26-把手；27-刻度指示箭头；28-试样夹具；29-顶丝；30-短轴；31-内圆盘；32-长轴；33-密封垫；34-软毛刷；35-上圆盘；36-细长狭缝；37-强力粘板；38-主轴；39-下圆盘；40-双向电机。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明：

参见图1至图9，一种高温固体粒子冲蚀试验装置，主要由空气压缩机1、气压表2、流量调节阀3、固体干燥剂4、缓冲罐5、加热盘管6、高温储气罐7、温度控制仪8、测温仪9、质量流量计10、储砂罐11、磁力搅拌器12、混砂器13、加速管喷嘴14、上密封试验腔15、强力吸附粘板16、吸附软毛刷17、限位卡槽18、工作台架19、下密封试验腔20、转动分离器21、粒子收集箱22、吸尘净化器23、试样夹持测试仪、双盘测速仪等组成。所述的空气压缩机1通过气管与缓冲罐5下部相连接，气管上依次设置有第一流量调节阀3和第一气压表，气体从缓冲罐5下部进入，从缓冲罐5上部输出，缓冲罐5的内部分层固定有固体干燥剂4（如无水硅胶、无水硫酸钠、无水氯化钙、无水硫酸镁等），对气体进行干燥除湿，并起到储气缓冲的作用；缓冲罐5通过第二流量调节阀和第二气压表与高温储气罐7下部进气口相连接，高温储气罐7内部设有加热盘管6，加热盘管6与温度控制仪8相连接，对气体进行加热，精确控制气体温度，高温储气罐7外部整体有保温石棉包裹，减少温度损失，节能降耗，提高能量转换率；气体经高温储气罐7加热到指定温度后，从上部出气口输出与第一三通相连接，第一三通的每一路上均有气压表和流量调节阀控制，第一三通的一路与混砂器13相连接，作为固体粒子加速气源，另一路与另一个第二三通相连，第二三通的每一路上均有流量调节阀控制，第二三通的一路与储砂罐11底部连接，一路与储砂罐11中部相连接，储砂罐11的底部和中部各有一个进气口，上部有一个出气口，储砂罐11的中部进气口方向面向罐壁，与水平位置存在一定夹角，储砂罐11顶部有密封盖，与测温仪9相连接，测试罐内固体粒子的温度；工作时先关闭出气口和中部进气口，打开底部进气口，让砂粒上下翻滚10-20分钟左右，然后关闭底部进气口，打开中部进气口，再让砂粒在罐内顺时针旋转10-20分钟左右，固体粒子在热空气的循环和搅拌下，充分均匀加热，待测温仪9恒定到指定温度后，打开流量控制阀，由储砂罐11上部输出；储砂罐11上部出气口通过气管与质量流量计10连接，质量流量计10记录出砂流速和出砂量；然后再通过气管和流量控制阀与混砂器13连接，混砂器13的上部两侧各有一个进气口，一侧与质量流量计10相连接，进入高温固体砂粒，另一侧通过气管和流量控制阀与高温储气罐7相连接，提供固体粒子加速冲蚀的气源；混砂器13顶部设有磁力搅拌器12，控制电机在混砂器13顶部外侧，而搅拌轴和叶片在混砂器13内部，可以实现混砂器13密封条件下的均匀搅动，避免砂粒在喷砂管处堆积造成的不连续或卡堵现象；混砂器13底部与加速管喷嘴14相连接，加速管喷嘴14由细长陶瓷管制成，硬度高，耐磨，在长时间冲蚀试验下，加速管喷嘴14的管径无变化，可以保证固体粒子的加速效果和方向性好，避免粒子出喷嘴后马上发散，保证冲蚀试验效果；加速管喷嘴14下部在上密封试验腔15的内部，相交处密封连接，上密封试验腔15为长方体结构，其底面与工作台架19密封连接，其正面开有圆形试验孔，孔四周刻有角度标志线；正面的圆形试验孔上在3点30分、7点30分和11点30分位置开有限位卡槽，方便试样夹持测试仪上的三个限位凸台24卡位，旋转后对上密封试验腔15进行密封，上密封试验腔15的其余各面均为密封结构；上密封试验腔15的内部两侧设有吸附软毛刷17，对冲蚀后由试样表面反弹的固体粒子进行减速和吸附，避免对试样造成二次冲蚀，使试验数据更加准确，冲蚀形貌不被二次冲蚀干扰；上密封试验腔15的顶部设有强力吸附粘板16，对冲蚀后由试样表面反弹的固体粒子进行粘附，作用同吸附软毛刷17；工作台架19上开有与上密封试验腔15底部接近的方形孔，该方形孔的四周由密封垫密封，防止冲蚀试验时的灰尘逸出；工作台架19方形孔的下面通过密封垫与下密封试验腔20连接，收集固体粒子冲蚀试验后掉落的粒子，所述的下密封试验腔20下部为倒置的四棱锥型，便于粒子下落，不产生局部堆积和聚集；倒置四棱锥下部为钢制圆筒，便于固体粒子下落位置集中，不太分散，便于收集；下密封试验腔20下部的钢制圆筒伸入粒子收集箱22内，四周与粒子收集箱22连接；粒子收集箱22一侧与吸尘净化器23相连接，吸附粉尘，待打开粒子收集箱22时不会有粉尘飞扬，降低实验人员吸入微小颗粒的概率，避免矽肺等疾病的发生，达到安全环保的目的，粒子收集箱22内部设有转动分离器21，转动分离器21上部为圆形平台，与钢制圆筒的中心相对，下部通过圆柱与电机连接，在电机的带动下高速转动，对下落的粒子进行分离，大颗粒固体粒子在离心甩动下飞出距离较远，冲蚀过程中破碎粒子或粉末飞出距离较近，收集后，可以对损伤小的或未损伤的大颗粒粒子进行二次利用，避免浪费。

试样夹持测试仪由外圆盘25、密封垫33、短轴30、限位凸台24、把手26、刻度指示箭头27、试样夹具28、顶丝29、内圆盘31、长轴32等几部分组成；所述的试样夹持测试仪与上密封试验腔15正面的圆形试验孔配套使用，外圆盘25的外径大于上密封试验腔15正面的圆形试验孔，小于圆形试验孔外部的角度指示标志；外圆盘25外部与把手26连接，方便试验时手持操作；外圆盘25内侧与密封垫33连接，并通过短轴30与内圆盘31相连接；所述的内圆盘31的外径略小于上密封试验腔15正面的圆形试验孔，内圆盘31在3点30分、7点30分和11点30分位置焊有三个限位凸台24，长度略小于上密封试验腔正面的3个限位卡槽18；所述的短轴30的长度小于上密封试验腔15的壁厚，短轴30的长度和密封垫33的厚度之和略大于上密封试验腔15的壁厚，可以保证在试样夹持测试仪放入上密封试验腔15正面的圆形试验孔内部后，3个限位凸台24能够顺利通过3个限位卡槽，转动角度后，密封垫33被压缩，对圆形试验孔进行密封，并保证试样夹持测试仪固定在上密封试验腔15上，不会掉落；内圆盘31上有长条形键槽，长轴32嵌入长条形键槽内，通过顶丝和螺栓固定于内圆盘上，在键槽内可以实现上下位置调节，控制试样和加速管喷嘴14之间的距离；试样夹具28通过螺栓固定在长轴32上，所述的试样夹具28为圆形凹槽结构，试样放于凹槽内，四周由顶丝29对试样进行固定和限位，凹槽尺寸根据最大试样尺寸而定，顶丝29具有调节作用，可以适用于不同尺寸、不同形状的固体粒子冲蚀试样，普适性好。

双盘测速仪由上圆盘35、软毛刷34、强力粘板37、细长狭缝36、主轴38、下圆盘39、双向电机40等几部分组成；上圆盘35表面开有细长狭缝36；上圆盘35四周与软毛刷34连接，软毛刷34长度以与上密封试验腔15内壁接触密封为准；上圆盘35表面覆有强力粘板37，固体粒子冲击到强力粘板37上，会被牢牢粘住，避免反弹，给固体粒子测速造成难度；上圆盘35底部与主轴38相连接，主轴38下部与下圆盘39连接，下圆盘39的外径比上圆盘35略大，与下圆盘39连接的软毛刷34和强力粘板37与上圆盘的结构和连接方式一致，但下圆盘39表面不开细长狭缝；下圆盘下部与双向电机40相连接，固体粒子测速时，将双盘测速仪的上圆盘35的细长狭缝36与加速管喷嘴14下部对齐，底部双向电机40固定在下密封试验腔20上，打开双向电机40；将试样夹持测试仪的长轴32部分拆下，仅留内、外圆盘部分，对上密封试验腔15正面的圆形试验孔进行密封；测试混砂器两侧不同气压值、不同质量流量计下固体粒子的冲蚀速度；取出双盘测速仪，装入带主轴、试样和试样夹具的试样夹持测试仪，在相同气压值和质量流量计下进行固体粒子冲蚀试验，即为该冲蚀速度下的固体粒子冲蚀试验；转动试样夹持测试仪，控制固体粒子攻角，进行不同攻角下固体粒子冲蚀试验；调节温度控制仪，进行不同温度下固体粒子冲蚀试验；调节试样夹持测试仪长轴在内圆盘上的位置，进行不同冲蚀距离下固体粒子冲蚀试验；调节储砂罐出口端的质量流量计及流量控制阀，进行不同砂量下固体粒子冲蚀试验；从而实现对固体粒子的温度、冲蚀速度、攻角、砂量及距试样表面的距离等参数的精准控制。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述：

固体粒子均匀加热。参阅图1和图7，先将空气压缩机1通电工作，待气压表2达到5MPa后，打开流量调节阀3，气体通过气管进入缓冲罐5下部。气体在缓冲罐5内经过固体干燥剂4变成干燥气体，由缓冲罐5上部出气口输出。经过气压表、流量调节阀进入高温储气罐7下部。打开温度控制仪8，设定温度，加热盘管6开始对气体进行充分加热，待气体温度达到设定值，并稳定后，打开三通上部及储砂罐11底部的两个流量调节阀，高温气体从底部进入储砂罐11，让砂粒上下翻滚10-20分钟左右。然后，关闭底部进气口，打开中部进气口，再让砂粒在储砂罐11内顺时针旋转10-20分钟左右，固体粒子在热空气的循环和搅拌下，充分均匀加热，待测温仪9恒定到指定温度后，打开流量控制阀，由储砂罐11上部输出。

固体粒子冲蚀试验。参阅图1、图2、图4、图5和图8，先将试样装到试样夹持测试仪上，用顶丝29固定。然后将试样夹持测试仪的3个限位凸台24对准通过3个限位卡槽18，向里挤压密封垫，转动角度至试验攻角，并对圆形试验孔进行密封，并将试样夹持测试仪伸入和固定在上密封试验腔15上。逐步完成实施例1步骤，待固体粒子加热至设定温度后，打开混砂器13左侧和右侧的两个流量调节阀，再打开质量流量计10，记录高温固体砂粒的流速和出砂量；打开磁力搅拌器12，开始固体粒子冲蚀试验，记录冲蚀时间、固体粒子温度、出砂量和流速等数值。

固体粒子测速。参阅图1、图3、图6和图9，首先将双盘测速仪放入上密封试验腔15内，将其上圆盘35的细长狭缝36与加速管喷嘴14下部对齐，底部双向电机40固定在下密封试验腔20上，打开双向电机20；将试样夹持测试仪的长轴部分拆下，仅留内、外圆盘部分，对上密封试验腔15正面的圆形试验孔进行密封。

然后，用驱动器驱动双向电机40以一定的转速n带着两个盘正转，以上圆盘35的垂直方向对准固体粒子流，高速固体粒子穿过细长狭缝36在下圆盘39上与狭缝位置相应部位的一侧打下一个记号1。然后再使双向电机40反转，高速固体粒子便在下圆盘39上与狭缝位置相应部位的另一侧打下记号2。测量两记号所在圆的半径R和两点之间的弧长S，设上圆盘35与下圆盘39间距为L，则带入公式（1）便可求得磨粒的速度V：

（公式1）

同理，测试混砂器13两侧不同气压值、不同质量流量计下固体粒子的冲蚀速度，并记录制表。

固体粒子收集。参阅图1。工作台架19方形孔的下面通过密封垫与下密封试验腔20连接，收集固体粒子冲蚀试验后掉落的粒子，所述的下密封试验腔20下部为倒置的四棱锥型，便于粒子下落，不产生局部堆积和聚集；倒置四棱锥下部为钢制圆筒，便于固体粒子下落位置集中，不太分散，便于收集；下密封试验腔20下部的钢制圆筒深入粒子收集箱22内，四周与粒子收集箱22连接；所述的粒子收集箱22内部设有转动分离器21，转动分离器21上部为圆形平台，与钢制圆筒的中心相对，下部通过圆柱与电机连接，在电机的带动下高速转动，对下落的粒子进行分离，大颗粒固体粒子在离心甩动下飞出距离较远，冲蚀过程中破碎粒子或粉末飞出距离较近，收集后，可以对损伤小的或未损伤的大颗粒粒子进行二次利用，避免浪费；粒子收集箱22一侧与吸尘净化器23相连接，吸附粉尘，待打开粒子收集箱22时不会有粉尘飞扬，降低实验人员吸入微小颗粒的概率，避免矽肺等疾病的发生，达到安全环保的目的。

Claims (8)

1.一种高温固体粒子冲蚀试验装置，其特征在于，包括空气压缩机（1）、缓冲罐（5）、高温储气罐（7）、储砂罐（11）、混砂器（13）、加速管喷嘴（14）、上密封试验腔（15）、试样夹持测试仪、双盘测速仪、下密封试验腔（20）以及粒子收集箱（22）；

空气压缩机（1）出口连接至缓冲罐（5）下部入口，缓冲罐（5）的内部分层固定有固体干燥剂（4），缓冲罐（5）上部出口连接至高温储气罐（7）下部入口，高温储气罐（7）内部设有加热盘管（6），加热盘管（6）连接,至温度控制仪（8），高温储气罐（7）上部出口连接至第一三通，第一三通的一路作为固体粒子加速气源连接至混砂器（13）上部进气口，另一路连接至第二三通，第二三通的一路连接至储砂罐（11）中部进气口，另一路连接至储砂罐（11）底部进气口，储砂罐（11）上部出气口通过质量流量计（10）连接至混砂器（13）上部进砂口，混砂器（13）底部连接至加速管喷嘴（14），加速管喷嘴（14）穿插在设置于工作台架（19）上的上密封试验腔（15）中，上密封试验腔（15）用于安装双盘测速仪或试样夹持测试仪，所述双盘测速仪用于测试混砂器（13）在不同气压值和质量流量下固体粒子的冲蚀速度，所述试样夹持测试仪用于夹持试样进行某一冲蚀速度下的固体粒子冲蚀试验，工作台架（19）上设置有与上密封试验腔（15）底部匹配的通孔，通孔下部连接有下密封试验腔（20），下密封试验腔（20）底部出口连接至粒子收集箱（22）；

上密封试验腔（15）为长方体结构，其底面与工作台架（19）的通孔四周密封连接，其正面开有与试样夹持测试仪配套的圆形试验孔，圆形试验孔四周刻有角度标志线，且圆形试验孔上均匀开有与试样夹持测试仪配合的若干限位卡槽（18），上密封试验腔（15）的其余侧面及顶部均为密封结构；上密封试验腔（15）的内部两侧设有对冲蚀后由试样表面反弹的固体粒子进行减速和吸附的吸附软毛刷（17），上密封试验腔（15）的顶部设有对冲蚀后由试样表面反弹的固体粒子进行粘附的强力吸附粘板（16）；

试样夹持测试仪包括外圆盘（25）、密封垫（33）、短轴（30）、限位凸台（24）、把手（26）、刻度指示箭头（27）、试样夹具（28）、顶丝（29）、内圆盘（31）及长轴（32）；外圆盘（25）外部与把手（26）连接，外圆盘（25）内侧与密封垫（33）连接，并通过短轴（30）与内圆盘（31）相连接，内圆盘（31）上设有若干与限位卡槽（18）配合的限位凸台（24），内圆盘（31）上有长条形键槽，长轴（32）嵌入并固定在长条形键槽内，且长轴（32）能够在长条形键槽上下位置调节；试样夹具（28）固定在长轴（32）上，所述的试样夹具（28）为凹槽结构，使用时，试样放于凹槽结构内，四周由顶丝（29）对试样进行固定和限位。

2.根据权利要求1所述的一种高温固体粒子冲蚀试验装置，其特征在于，空气压缩机（1）上连接有压力表（2），空气压缩机（1）的出口与缓冲罐（5）的入口之间依次连接有第一流量调节阀（3）和第一气压表，缓冲罐（5）的出口与高温储气罐（7）之间依次连接有第二流量调节阀和第二气压表，第一三通的一路与混砂器（13）上部进气口之间依次连接有第三流量调节阀和第三气压表，第一三通的另一路与第二三通之间依次连接有第四流量调节阀和第四气压表，质量流量计（10）与混砂器（13）上部进砂口之间连接有第五流量调节阀。

3.根据权利要求1所述的一种高温固体粒子冲蚀试验装置，其特征在于，高温储气罐（7）和储砂罐（11）外部均包裹有保温石棉。

4.根据权利要求1所述的一种高温固体粒子冲蚀试验装置，其特征在于，储砂罐（11）中部进气口方向面向罐壁，且与水平位置存在夹角，倾斜向下设置，储砂罐（11）上部出气口方向面向罐壁，且与水平位置平齐，储砂罐（11）顶部有密封盖，密封盖上穿插设置有测试固体粒子温度的测温仪（9）。

5.根据权利要求1所述的一种高温固体粒子冲蚀试验装置，其特征在于，混砂器（13）顶部设有磁力搅拌器（12），磁力搅拌器（12）的控制电机在混砂器（13）顶部外侧，磁力搅拌器（12）的搅拌轴和叶片在混砂器（13）内部。

6.根据权利要求1所述的一种高温固体粒子冲蚀试验装置，其特征在于，加速管喷嘴（14）由细长陶瓷管制成。

7.根据权利要求1所述的一种高温固体粒子冲蚀试验装置，其特征在于，所述双盘测速仪在使用时，设置于上密封试验腔（15）中，此时圆形试验孔封闭，所述双盘测速仪包括上圆盘（35），上圆盘（35）表面开有细长狭缝（36），使用时，细长狭缝（36）与加速管喷嘴（14）下部对齐；上圆盘（35）底部连接有主轴（38），主轴（38）下部连接有下圆盘（39），下圆盘（39）的外径大于上圆盘（35）外径，上圆盘（35）四周和下圆盘（39）四周均设置有软毛刷（34），上圆盘（35）表面和下圆盘（39）表面均覆有避免固体粒子反弹的强力粘板（37），下圆盘（39）的下部连接有双向电机（40）。

8.根据权利要求1所述的一种高温固体粒子冲蚀试验装置，其特征在于，粒子收集箱（22）内部固定设有转动分离器（21），转动分离器（21）包括圆形平台，圆形平台上部正对下密封试验腔（20）出口，圆形平台下部通过圆柱连接至电机，粒子收集箱（22）的一侧还连接有吸尘净化器（23）。

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