CN111751237A - 冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涉及一种冲蚀‑空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，包括混合搅拌罐、搅拌器、离心泵、管流冲蚀试验装置等；管流冲蚀试验装置包括管道法兰、有机透明玻璃管、空气进口、喷嘴、铜导线、小测试环、O型环、锥形测试环、大测试环、测试环安装管、电化学工作站；有机透明玻璃管的一端设置喷嘴，另一端通过法兰连接测试环安装管，管壁上垂直连接有空气进口；喷嘴为由外向内逐渐收缩的锥形结构；测试环安装管内沿轴向安装有若干测试环，测试环安装管筒壁对应每个测试环钻有小孔，铜导线穿过小孔将测试环和电化学工作站进行连接；相邻测试环之间设有O型环进行电隔离；测试环安装管的两端通过法兰与工作管路连接。
Description
技术领域
本发明涉及冲刷腐蚀技术领域，尤其是涉及一种包含气液固多相流耦合作用下管流式变径冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置。
背景技术
在石油化工等众多工业领域，多相流介质流体会对管道产生不同程度的冲蚀和空蚀作用，不同介质下对不同材质管道的选型显得尤为重要。然而，目前实验装置在模拟材料的表面损伤时往往采用单一变量因素进行研究，由于表面损伤研究花费时间成本较高，这使得研究周期长，研究进行缓慢。本装置就可模拟实际生产过程中的工程问题，还可对不同材质管道的材料表面损伤进行研究和机理分析，并允许同时研究同种材料以及不同种材料在不同流速下的耐冲刷腐蚀性能，也允许不同材料或同种材料不同时间在相同实验条件同时进行，使得试验量、实验材料使用量及实验时间周期有了一定的减少，将本实验装置和实际工况结合起来，可以起到有效的指导和借鉴作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，为了针对工业领域管道运输过程中所发生的冲刷腐蚀以及冲刷-空蚀耦合行为对不同材质管道的损伤的实验研究问题，可研究其材料其表面损伤特征，能够模拟射流管道不同流速、介质下多相流流经金属管道对金属材质表面的冲刷腐蚀行为，并可以实时记录工作表面的腐蚀反应，用于指导工业领域此类管道及设备的选材和设计。
本发明要解决的技术问题所采用的的技术方案：一种冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，包括混合搅拌罐、搅拌器、离心泵、离心泵、离心泵电机、离心泵变频器、截止阀、电磁流量计、控制柜、管流冲蚀试验装置、工作管路和旁路；所述搅拌罐内设有搅拌器，搅拌罐通过工作管路和旁路形成两个工作回路，其中工作管路的一端与搅拌罐连接，管路上顺次连接有离心泵、截止阀、电磁流量计和管流冲蚀试验装置，工作管路的另一端与搅拌罐连接；所述工作管路通过三通管在截止阀和离心泵之间连接有旁路，旁路上安装有截止阀，旁路的另一端与搅拌罐连接；所述管流冲蚀试验装置包括管道法兰、有机透明玻璃管、空气进口、喷嘴、铜导线、小测试环、O型环、锥形测试环、大测试环、测试环安装管、电化学工作站；所述有机透明玻璃管的一端设置喷嘴，另一端通过法兰连接测试环安装管，管壁上垂直连接有空气进口；所述喷嘴为由外向内逐渐收缩的锥形结构，起到射流作用；所述测试环安装管内沿轴向安装有若干测试环，测试环安装管筒壁对应每个测试环钻有小孔，铜导线穿过小孔将测试环和电化学工作站进行连接；所述相邻测试环之间设有O型环进行电隔离；所述测试环安装管的两端通过法兰与工作管路连接。
所述测试环包括直径较小的小测试环、锥形测试环和直径较大的大测试环；所述测试环安装管的内径为变直径结构，中间段为等直径管筒，两端为外端扩口的锥形管筒，所述小测试环安装于等直径管筒内；锥形测试环安装于锥形管筒内。所述大测试环的安装可以采用如下两种安装方式：一）若干个大测试环首尾相接，相邻两个测试环之间通过O型环进行电隔离，同时起到密封的作用，两端通过法兰夹紧并分别与测试环安装管、工作管路连接，使大测试环形成液体通道。二）设置测试环安装管二，将大测试环通过O型环间隔，依次装入测试环安装管二中；测试环安装管二的两端设置法兰，通过法兰分别与测试环安装管以及工作管路连接。
所述测试环安装管和测试环安装管二采用有机透明玻璃管以便于实验观察。
所述搅拌器包括转动电机、转动电机变频器、转轴和旋转叶片；转动电机与转动电机变频器相连，转动电机变频器与控制柜相连，转轴伸入混合搅拌槽内，旋转叶片安装在转轴上。
所述离心泵连接有离心泵电机，离心泵电机连接有离心泵变频器，离心泵变频器和控制柜相连。
实验过程如下：
（1）在混合搅拌槽内进行实验的液体配置，并通过搅拌器搅拌均匀，打开截止阀，关闭截止阀，并由离心泵将混合液从混合搅拌槽送入旁路。
（2）当混合液在旁路循环数次，待固体颗粒与溶液充分混合后，打开截止阀，关闭截止阀，使混合液经过管流冲刷实验装置，通过离心泵变频器和电磁流量计调节管道内部的流量，对实验段内的目标试样材料进行冲蚀。
（3）实验过程中，根据电化学工作站数据进行电化学分析，待实验冲蚀完成后，将冲蚀试样取出称重，然后处理混合液。
（4）对冲蚀实验装置进行清洗，尽量避免残留腐蚀流体对实验装置的持续侵蚀。
在步骤3）中，如果考虑时间因素，可以根据实验时间依次将测试环取出进行称重。并且根据试验需求，可以单独使用小测试环、锥形测试环或大测试环 ，也可以组合使用不同数量和类型的测试环。
本发明的有益效果是，本发明的冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，不仅可以测试不同管径段在相同介质，不同流速流量，可以同时研究同种材料以及不同种材料，在不同流速下的耐冲刷腐蚀性能。也允许不同材料或同种材料不同时间在相同实验条件同时进行，使得试验量、实验材料使用量及实验时间周期有了一定的减少，整个装置相对简单，测试环更换方便、制作成本低，自动化水平高，操作性能良好。
附图说明
图1是本发明整个系统实验装置结构总图。
图2是管流冲蚀试验装置的结构示意图。
图3是管流冲蚀试验装置的E1。
图4是管流冲蚀试验装置的E2剖面图。
图5是大测试环另一种安装方式的E2剖面图。
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和图2所示，冲蚀空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置包括，包括混合搅拌罐1、搅拌器2、工作管路3、旁路4、离心泵5、离心泵电机6、离心泵变频器7、截止阀8、9、电磁流量计10、控制柜11和管流冲蚀试验装置12；所述搅拌罐1内设有搅拌器2，搅拌罐2通过工作管路3和旁路4形成两个工作回路，其中工作管路3的一端与搅拌罐1连接，管路上顺次连接有离心泵3、截止阀8、电磁流量计10和管流冲蚀试验装置12，工作管路3的另一端与搅拌罐1连接；所述工作管路3通过三通管13在截止阀8和离心泵5之间连接有旁路4，旁路4上安装有截止阀9，旁路4的另一端与搅拌罐1连接；所述管流冲蚀试验装置12包括管道法兰12-1、有机透明玻璃管12-2、空气进口12-3、喷嘴12-4、铜导线12-5、小测试环12-6、O型环12-7、锥形测试环12-8、大测试环12-9、测试环安装管12-10、电化学工作站12-11；所述有机透明玻璃管12-2的一端设置喷嘴12-4，另一端通过法兰连接测试环安装管12-10，管壁上垂直连接有空气进口12-3；所述喷嘴12-4为由外向内逐渐收缩的锥形结构，起到射流作用；所述测试环安装管12-10内沿轴向安装有若干测试环，测试环安装管12-10筒壁对应每个测试环钻有小孔，铜导线12-5穿过小孔将测试环和电化学工作站12-11进行连接；所述相邻测试环之间设有O型环12-7进行电隔离；所述测试环安装管12-10的两端通过法兰与工作管路3连接。
如图2和图3所示，所述测试环包括直径较小的小测试环12-6、锥形测试环12-8和直径较大的大测试环12-9；所述测试环安装管12-10的内径为变直径结构，中间段为等直径管筒，两端为外端扩口的锥形管筒，所述小测试环12-6安装于等直径管筒内；锥形测试环12-8安装于锥形管筒内。所述大测试环12-9的安装可以采用如下两种安装方式：（参见图2和图5）一）若干个大测试环12-9首尾相接，相邻两个测试环之间通过O型环12-7进行电隔离，同时起到密封的作用，两端通过法兰夹紧并分别与测试环安装管12-10、工作管路3连接，使大测试环12-9形成液体通道；大测试环12-9的外壁开设导线插槽，用于连接铜导线12-5。（参见图2和图4）二）设置测试环安装管二12-12，将大测试环12-9通过O型环12-7间隔，依次装入测试环安装管二12-12中；测试环安装管二12-12的两端设置法兰，通过法兰分别与测试环安装管12-10以及工作管路3连接。
所述测试环安装管12-10和测试环安装管二12-12采用有机透明玻璃管以便于实验观察。
如图1所示，所述搅拌器2包括转动电机2-2、转动电机变频器2-1、转轴2-3和旋转叶片2-4；转动电机2-2与转动电机变频器2-1相连，转动电机变频器2-1与控制柜11相连，转轴2-3伸入混合搅拌槽18内，旋转叶片2-4安装在转轴2-3上。
所述离心泵5连接有离心泵电机6，离心泵电机6连接有离心泵变频器7，离心泵变频器7和控制柜11相连。
实验过程如下：
（1）在混合搅拌槽1内进行实验的液体配置，并通过搅拌器2搅拌均匀，打开截止阀9，关闭截止阀8，并由离心泵5将混合液从混合搅拌槽1送入旁路4。
（2）当混合液在旁路4循环数次，待固体颗粒与溶液充分混合后，打开截止阀8，关闭截止阀9，使混合液经过管流冲刷实验装置12，通过离心泵变频器7和电磁流量计10调节管道内部的流量，对实验段内的目标试样材料进行冲蚀。
（3）实验过程中，根据电化学工作站12-11数据进行电化学分析，待实验冲蚀完成后，将冲蚀试样取出称重，然后处理混合液。
（4）对冲蚀实验装置进行清洗，尽量避免残留腐蚀流体对实验装置的持续侵蚀。
在步骤3）中，如果考虑时间因素，可以根据实验时间依次将测试环取出进行称重。并且根据试验需求，可以单独使用小测试环12-6、锥形测试环12-8或大测试环12-9 ，也可以组合使用。
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 (7)
1.一种冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，其特征在于，包括混合搅拌罐、搅拌器、离心泵、离心泵、离心泵电机、离心泵变频器、截止阀、电磁流量计、控制柜、管流冲蚀试验装置、工作管路和旁路；所述搅拌罐内设有搅拌器，搅拌罐通过工作管路和旁路形成两个工作回路，其中工作管路的一端与搅拌罐连接，管路上顺次连接有离心泵、截止阀、电磁流量计和管流冲蚀试验装置，工作管路的另一端与搅拌罐连接；所述工作管路通过三通管在截止阀和离心泵之间连接有旁路，旁路上安装有截止阀，旁路的另一端与搅拌罐连接；所述管流冲蚀试验装置包括管道法兰、有机透明玻璃管、空气进口、喷嘴、铜导线、小测试环、O型环、锥形测试环、大测试环、测试环安装管、电化学工作站；所述有机透明玻璃管的一端设置喷嘴，另一端通过法兰连接测试环安装管，管壁上垂直连接有空气进口；所述喷嘴为由外向内逐渐收缩的锥形结构，起到射流作用；所述测试环安装管内沿轴向安装有若干测试环，测试环安装管筒壁对应每个测试环钻有小孔，铜导线穿过小孔将测试环和电化学工作站进行连接；所述相邻测试环之间设有O型环进行电隔离；所述测试环安装管的两端通过法兰与工作管路连接。
2.根据权利要求1所述的一种冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，其特征在于，所述测试环包括直径较小的小测试环、锥形测试环和直径较大的大测试环；所述测试环安装管的内径为变直径结构，中间段为等直径管筒，两端为外端扩口的锥形管筒，所述小测试环安装于等直径管筒内；锥形测试环安装于锥形管筒内。
3.根据权利要求2所述的一种冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，其特征在于，所述大测试环采用以下安装方式：若干个大测试环首尾相接，相邻两个测试环之间通过O型环进行电隔离，同时起到密封的作用，两端通过法兰夹紧并分别与测试环安装管、工作管路连接，使大测试环形成液体通道。
4.根据权利要求2所述的一种冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，其特征在于，设置测试环安装管二，将大测试环通过O型环间隔，依次装入测试环安装管二中；测试环安装管二的两端设置法兰，通过法兰分别与测试环安装管以及工作管路连接。
5.根据权利要求2所述的一种冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，其特征在于，所述测试环安装管和测试环安装管二采用有机透明玻璃管以便于实验观察。
6.根据权利要求1所述的一种冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，其特征在于，所述搅拌器包括转动电机、转动电机变频器、转轴和旋转叶片；转动电机与转动电机变频器相连，转动电机变频器与控制柜相连，转轴伸入混合搅拌槽内，旋转叶片安装在转轴上。
7.根据权利要求2所述的一种冲蚀-空蚀耦合下材料表面损伤表征的射流实验装置，其特征在于，所述离心泵连接有离心泵电机，离心泵电机连接有离心泵变频器，离心泵变频器和控制柜相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201009 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |