CN114184509B - 一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统 - Google Patents

一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，包括包括颗粒流混合段、冲蚀测试段和颗粒收集段；颗粒流混合段用于保证回路中的颗粒分布均匀，冲蚀测试段用于进行颗粒冲蚀测试，颗粒收集段用于暂时收集整个实验装置回路中的颗粒。实验系统中测试弯管可以拆卸，以实现被冲蚀试样的失重量测量。另外，由于颗粒收集装置可以暂时存储颗粒，在测试弯管称重完成后，可以将测试弯管装回冲蚀回路，在现有颗粒积累的基础上进行下一轮的冲蚀实验。本发明提供的实验系统，可以得到时间维度下的颗粒浓度与表面损伤关联规律，为预测管内颗粒冲蚀提供重要的参考依据。

Description

一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统
技术领域
本发明涉及颗粒冲蚀领域，尤其涉及一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统。
背景技术
冲蚀指液体或者固体的小颗粒按照一定速度或者角度对材料表面进行冲击，造成材料损耗的现象或者过程(例如，泥浆对管路的冲蚀，高速雨滴对汽轮机叶片的冲蚀)，该现象广泛存在于石油化工，航空航天，水力输送，矿物加工工程等领域。冲蚀会造成管路，管道配件，阀门以及一些设备的损坏，迫使工厂停车造成生产损失，而更换设备必定产生相应的成本，另外冲蚀的产生也会限制设备的使用寿命。国内外研究人员采用实验方式对不同工况下冲蚀做了大量研究工作，目前比较主流的测试冲蚀的实验装置主要有三种，分别为旋转式冲刷实验装置、射流式冲刷实验装置、管流式冲刷实验装置，它们都有各自的特点，但是大部分实验都是在一定的颗粒浓度和颗粒速度下进行的，得到的结果都是对应工况下的冲蚀速率，并没有考虑被样件表面损伤以及由于冲蚀引起的颗粒浓度增加对后续冲蚀的影响。如果知道颗粒浓度与被冲蚀表面的损伤关联规律，通过对现有设备内部的颗粒浓度进行检测，预测冲蚀的损坏周期，就可以为设备停工检修时间提供理论支撑。因此，设计一种可以测试颗粒浓度增长与物体表面损伤关联规律的实验系统具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，以测量时间维度下测试弯管的表面损伤与颗粒浓度的关系，为揭示管道冲蚀机理提供参考。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，该系统包括包括颗粒流混合段、冲蚀测试段和颗粒收集段，所述颗粒流混合段、冲蚀测试段和颗粒收集段依次连接构成回路；
所述颗粒流混合段用于保证回路中的颗粒分布均匀，包括水箱、搅拌机和第一耐磨耐蚀泵；所述水箱用于盛装实验介质，实验介质包括液体和固体颗粒，固体颗粒为金属颗粒，所述搅拌机用于搅拌水箱中的实验介质，使得颗粒在水箱中分布均匀；所述第一耐磨耐蚀泵用于控制管道中的液体流速。
所述冲蚀测试段用于进行颗粒冲蚀测试，包括阀门、第一压力计、流量计、第二压力计、测速探头和测试弯管；从第一耐磨耐蚀泵流出的实验介质依次通过阀门、第一压力计、流量计、第二压力计和测速探头，经过测试弯管并流出；所述阀门用于控制回路中实验介质的流动，所述第一压力计和第二压力计分别测量第一耐磨耐蚀泵出口处和经过流量计后的介质压力，所述流量计用于测量回路中实验介质的实时流量，所述测速探头用于测量进入测试弯管前实验介质的流速，所述测试弯管为一种可拆卸式的水平弯管，弯管的整个内壁用于放置测试的试样；根据颗粒冲蚀试样的时间以及试样失重量,得到时间维度下的颗粒浓度与表面损伤关联规律；
所述颗粒收集段用于暂时收集整个回路中的颗粒，包括颗粒收集装置、第二耐磨耐蚀泵和止回阀；所述颗粒收集装置由磁吸装置、第一滤网和第二滤网组成，所述磁吸装置在收集颗粒时通电带磁，吸引实验介质中的金属颗粒，当需要释放颗粒时，磁吸装置断电；所述第一滤网和第二滤网主动控制开闭，所述第二耐磨耐蚀泵用于在收集颗粒阶段开启，加快颗粒收集效率；所述止回阀用于保证实验介质单向流动。
进一步地，所述水箱自带开关，在实验介质流入回路之前保持水箱关闭，有利于水箱内部的颗粒分布均匀。
进一步地，水箱为可视化设计，便于观察内部液体与颗粒的混合情况。
进一步地，所述流量计采用电磁流量计测量液体流量，所述测速探头为多普勒超声测速探头，在不影响流场的前提下对管道内部流体速度参数进行测量。
进一步地，测试弯管中的试样长度、宽度及厚度尺寸与弯管相配，试样粘贴固定后与弯管内壁平齐，确保管内介质流动状态不受影响。
进一步地，所述颗粒收集装置中的滤网为微米级滤网，分别布置在所述磁吸装置的前后，在开始收集颗粒时，偏下游的第二滤网先闭合，收集实验介质中的颗粒，但不影响液体流动，当颗粒收集结束后，上游的滤网也闭合，防止磁吸装置和下游滤网收集到的颗粒倒流出颗粒收集段。
进一步地，所述测试弯管在颗粒收集完成后卸下，取出试样清除杂质并真空干燥，用电子天平称量实验后的试样重量，并于实验之前的试样初始重量进行比较，其差值即为因颗粒冲蚀而损失的质量。
进一步地，试样在称重后重新固定到测试弯管上，并将测试弯管安装回冲蚀管路中进行下一轮的冲蚀实验。
本发明的有益效果：可以测试不同颗粒成分、颗粒浓度和介质流速条件下弯管试样的冲蚀失重量，且可以对单一试样进行重复的冲蚀实验，得到颗粒浓度在特定冲蚀条件下的积累，以及试样表面损伤程度和失重量随时间的变化规律。在得到时间维度下的颗粒浓度与表面损伤关联规律后，有利于更加精准地预测管内颗粒的冲蚀。
附图说明
图1为本发明实验装置系统图；
图2为本发明颗粒收集装置结构图。
图中，1.搅拌机；2.水箱；3.第一耐磨耐蚀泵；4.阀门；5.第一压力计；6.流量计；7.第二压力计；8.测速探头；9.测试弯管；10.颗粒收集装置；11.第二耐磨耐蚀泵；12.止回阀；13.磁吸装置；14.第一滤网；15.第二滤网。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用方案和实现效果表达的更加清楚明了，下面将结合附图进一步详细描述，所有实例描述仅为本发明的部分不是全部的实例，本邻域技术人员没有创造性的成果的其他实例都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供的一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，该系统主要包括包括颗粒流混合段、冲蚀测试段和颗粒收集段，所述颗粒流混合段、冲蚀测试段和颗粒收集段依次连接构成回路。
所述颗粒流混合段用于保证回路中的颗粒分布均匀，包括水箱2、搅拌机1和第一耐磨耐蚀泵3；所述水箱2用于盛装实验介质，实验介质包括液体和固体颗粒，一般固体颗粒为金属颗粒，水箱2为可视化设计，便于观察内部液体与颗粒的混合情况，所述搅拌机1用于搅拌水箱中的实验介质，使得颗粒在水箱中分布均匀；所述第二耐磨耐蚀泵3用于控制管道中的液体流速。
所述冲蚀测试段用于进行颗粒冲蚀测试，包括阀门4、第一压力计5、流量计6、第二压力计7、测速探头8和测试弯管9；从第一耐磨耐蚀泵3流出的实验介质依次通过阀门4、第一压力计5、流量计6、第二压力计7、测速探头8，经过测试弯管9并流出；所述阀门4用于控制管中实验介质的流动，所述第一压力计5和第二压力计7分别测量第一耐磨耐蚀泵3出口处和经过流量计6后的介质压力，所述流量计6用于测量管中实验介质的实时流量，所述测速探头8用于测量进入测试弯管9前实验介质的流速，所述测试弯管9为一种可拆卸式的水平弯管，弯管的整个内壁用于放置测试的试样。
所述颗粒收集段用于暂时收集整个实验装置回路中的颗粒，包括颗粒收集装置10、第二耐磨耐蚀泵11和止回阀12；如图2所示，所述颗粒收集装置主要由磁吸装置13、第一滤网14和第二滤网15组成，所述磁吸装置13可以在收集颗粒时通电带磁，吸引实验介质中的金属颗粒，当需要释放颗粒时，磁吸装置13断电；所述第一滤网14和第二滤网15可以主动控制开闭，在收集颗粒时下游的第二滤网15先闭合，阻止颗粒从颗粒收集段流出，但不影响液体的流动，当颗粒收集完成后上游的第一滤网14也闭合，防止收集的颗粒从收集段逃离；所述第二耐磨耐蚀泵11的作用是在收集颗粒阶段开启，加快颗粒收集效率；所述止回阀12是为了保证实验介质单向流动。
在实验开始时，盛有实验介质的水箱2中注入一定量的液体，并根据实验要求放入一定量的颗粒，水箱上方的搅拌机1用于搅拌实验介质；所述水箱2自带开关，在液体与颗粒混合均匀之前，保持水箱关闭。水箱2出口与第一耐磨耐蚀泵3相连，第一耐磨耐蚀泵3与变频器相连，通过调节变频器改变第一耐磨耐蚀泵3的转速，以改变管中介质的流速。测试弯管9中的试样长度、宽度及厚度尺寸与弯管相配，试样粘贴固定后与弯管内壁平齐，确保管内介质流动状态不受影响。所述流量计6采用电磁流量计测量液体流量，测速探头8为多普勒超声测速探头，在不影响流场的前提下对管道内部流体速度等参数进行测量。当颗粒冲蚀实验的时间达到预设时间后，关闭第一耐蚀耐磨泵3，打开第二耐蚀耐磨泵11，给磁吸装置13通电，闭合第二滤网15，通过可视化的水箱2可以观察到水箱中的颗粒浓度减小。当水箱中几乎观察不到颗粒后，继续收集一段时间保证颗粒全都被收集到收集装置中。当颗粒收集结束后，上游的第一滤网14闭合，防止磁吸装置13和下游的第二滤网15收集到的颗粒倒流出颗粒收集段，关闭第二耐蚀耐磨泵11。
在颗粒收集完成后，卸下测试弯管9，取出试样清除杂质并真空干燥，用电子天平称量实验后的试样重量，并于实验之前的试样初始重量进行比较，其差值即为因颗粒冲蚀而损失的质量。试样在称重后重新固定到测试弯管9上，并将测试弯管9安装回冲蚀管路中，磁吸装置13断电，第一滤网14和第二滤网15打开，第一耐蚀耐磨泵3开始运行，继续下一轮的冲蚀测试，而下一轮测试的颗粒浓度为初始浓度加上试样表面损伤导致的颗粒浓度增量。在不断重复多次实验后，就可以得到时间维度下的颗粒浓度与表面损伤关联规律。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，其特征在于，该系统包括包括颗粒流混合段、冲蚀测试段和颗粒收集段，所述颗粒流混合段、冲蚀测试段和颗粒收集段依次连接构成回路；
所述颗粒流混合段用于保证回路中的颗粒分布均匀，包括水箱(2)、搅拌机(1)和第一耐磨耐蚀泵(3)；所述水箱(2)用于盛装实验介质，实验介质包括液体和固体颗粒，固体颗粒为金属颗粒，所述搅拌机(1)用于搅拌水箱中的实验介质，使得颗粒在水箱中分布均匀；所述第一耐磨耐蚀泵(3)用于控制管道中的液体流速；
所述冲蚀测试段用于进行颗粒冲蚀测试，包括阀门(4)、第一压力计(5)、流量计(6)、第二压力计(7)、测速探头(8)和测试弯管(9)；从第一耐磨耐蚀泵(3)流出的实验介质依次通过阀门4、第一压力计(5)、流量计(6)、第二压力计(7)和测速探头(8)，经过测试弯管(9)并流出；所述阀门(4)用于控制回路中实验介质的流动，所述第一压力计(5)和第二压力计(7)分别测量第一耐磨耐蚀泵(3)出口处和经过流量计(6)后的介质压力，所述流量计(6)用于测量回路中实验介质的实时流量，所述测速探头(8)用于测量进入测试弯管(9)前实验介质的流速，所述测试弯管(9)为一种可拆卸式的水平弯管，弯管的整个内壁用于放置测试的试样；根据颗粒冲蚀试样的时间以及试样失重量,得到时间维度下的颗粒浓度与表面损伤关联规律；
所述颗粒收集段用于暂时收集整个回路中的颗粒，包括颗粒收集装置(10)、第二耐磨耐蚀泵(11)和止回阀(12)；所述颗粒收集装置(10)由磁吸装置(13)、第一滤网(14)和第二滤网(15)组成，所述磁吸装置(13)在收集颗粒时通电带磁，吸引实验介质中的金属颗粒，当需要释放颗粒时，磁吸装置(13)断电；所述第一滤网(14)和第二滤网(15)主动控制开闭，所述第二耐磨耐蚀泵(11)用于在收集颗粒阶段开启，加快颗粒收集效率；所述止回阀(12)用于保证实验介质单向流动。
2.根据权利要求1所述的一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，其特征在于，所述水箱(2)自带开关，在实验介质流入回路之前保持水箱(2)关闭，有利于水箱(2)内部的颗粒分布均匀。
3.根据权利要求1所述的一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，其特征在于，水箱(2)为可视化设计，便于观察内部液体与颗粒的混合情况。
4.根据权利要求1所述的一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，其特征在于，所述流量计(6)采用电磁流量计测量液体流量，所述测速探头(8)为多普勒超声测速探头，在不影响流场的前提下对管道内部流体速度参数进行测量。
5.根据权利要求1所述的一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，其特征在于，测试弯管(9)中的试样长度、宽度及厚度尺寸与弯管相配，试样粘贴固定后与弯管内壁平齐，确保管内介质流动状态不受影响。
6.根据权利要求1所述的一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，其特征在于，所述颗粒收集装置(10)中的滤网为微米级滤网，分别布置在所述磁吸装置(13)的前后，在开始收集颗粒时，偏下游的第二滤网(15)先闭合，收集实验介质中的颗粒，但不影响液体流动，当颗粒收集结束后，上游的滤网(14)也闭合，防止磁吸装置和下游滤网收集到的颗粒倒流出颗粒收集段。
7.根据权利要求5所述的一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，其特征在于，所述测试弯管(9)在颗粒收集完成后卸下，取出试样清除杂质并真空干燥，用电子天平称量实验后的试样重量，并于实验之前的试样初始重量进行比较，其差值即为因颗粒冲蚀而损失的质量。
8.根据权利要求7所述的一种用于测试颗粒浓度与表面损伤关联规律的实验系统，其特征在于，试样在称重后重新固定到测试弯管上，并将测试弯管安装回冲蚀管路中进行下一轮的冲蚀实验。
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