CN202735224U - 一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的测试组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的测试组件。将八个待测试件分别安装于各自试件紧固板的矩形槽中，试件紧固板与各自试件台架的矩形切面贴合用螺钉固接；圆环固定架上开有等分的八个凹槽，试件台架底部长方台分别嵌入圆环固定架的对应凹槽内用螺钉固接，圆环固定架与浆料罐的内壁焊接。八个试件台架，均由上部为半圆柱体和下部为长方台组成，与长方台沿长度方向的中心垂直平面分别呈0°、15°、30°、45°、0°、60°、75°、90°共7种角度布置。本实用新型可同时测试不同冲击角度下的试件，并缩小了实际冲击速度和冲击角度的计算误差，适合于各种影响因素下对不同材料耐磨性能的测试和冲蚀磨损规律的研究。

Description

一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的测试组件

技术领域

本实用新型涉及液固两相流环境下材料的冲蚀磨损性能测试装置，尤其是涉及一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的测试组件。

背景技术

流体管道、管配件及阀门是在一定压力下运输流体的特种设备。随着经济的发展，管道、管配件及阀门已广泛运用于原油、天然气、自来水、城市液化气以及流程工业领域中各种流体物料的输送。

研究发现：管道、管配件及阀门失效的形式多样，如材料缺陷、腐蚀、磨损、外力破坏等，其中冲蚀磨损是最广泛也是最常见的破坏形式。冲蚀磨损失效具有明显的局部性、突发性和风险性，特别在含固、腐蚀性条件下多相流介质流动引起的冲蚀磨损穿孔更为复杂，难以准确预测其发生的位置，已成为流体管道安全运行的关键问题。

近年来，国家大力推行煤转化为洁净能源，实现石油替代的发展战略。在煤化工领域，反应介质构成十分复杂，既有以氢气为主的气相，也有未反应的煤、矿物质、及催化剂组成的固相，还有轻油（粗汽油）、中油等馏分油及重油组成的液相，因冲蚀磨损失效此造成的煤化工中管道及阀门失效的较为常见，已成为制约煤化工装置安全、稳定、长周期运行的主要障碍，严重影响了煤液化设备长周期运行的稳定性和经济性，阻碍了示范工程的推广，亟待解决。

多相流冲蚀磨损一直是学术界和工程界关注的重要问题，国外的加州大学伯克利分校Lawrence实验室、日本Tokyo大学、瑞典Uppsala大学、美国俄亥俄大学，国内的中科院、中国矿业大学、清华大学等针对多相流磨损问题开展了大量的研究并取得了一定的成绩，但至今为止仍没有可靠的方法来预测煤化工过程中管道、管配件及阀门等易发生磨损的失效区域和磨损的破坏程度。

针对目前煤化工领域存在的多相流冲蚀磨损问题，为进一步研究材料的磨损机理，国内外研究者设计了一系列的磨损试验装置，通过实验手段来研究材料的磨损机理，以期找到管道、管配件及阀门材料磨损的临界特性。但目前的液固两相流磨损试验装置存在的一些不足之处在于：

（1）常规的旋转式冲蚀磨损试验装置对冲击速度不能有效控制；

（2）喷射式冲蚀磨损试验装置不能同时测试多种冲击角下的试件，测试的时间较长，由于介质冲击时产生的铺展效应导致的实际冲角误差大；

（3）管流式冲蚀磨损试验装置占据空间大、成本高、实验周期长，且试验装置中泵阀易泄露。

发明内容

针对国内外液固两相流冲蚀磨损试验装置存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的测试组件，适用于液固两相流环境下旋转式冲蚀磨损试验装置中对各种影响因素下不同材料的冲蚀磨损机理、冲蚀磨损性能和规律研究的测试组件。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括八个结构相同的试件紧固板、八个试件台架，八个结构相同的待测试件和圆环固定架；将八个待测试件分别安装于各自试件紧固板的矩形槽中，再将安装好待测试件的试件紧固板侧面与各自试件台架的半圆柱体矩形切面贴合，内六角螺钉依次穿过各自试件紧固板和各自待测试件下部的通孔与各自试件台架的螺孔固定连接；圆环固定架同一圆周上开有等分分布的八个凹槽，每个试件台架底部长方台分别嵌入圆环固定架对应的凹槽内，每个试件台架与圆环固定架分别通过安装于对应圆环固定架凹槽底部的另一内六角螺钉固定连接，圆环固定架的外圆柱面与浆料罐的内壁焊接固定；所述八个试件台架，均由上部为半圆柱体和下部为长方台组成，半圆柱体下部开设螺纹孔，长方台底面中心开设螺纹孔；半圆柱体矩形切面与长方台上端面垂直，与长方台沿长度方向的中心垂直平面分别呈0°、15°、30°、45°、0°、60°、75°、90°共7种角度布置。

所述八个结构相同的试件紧固板呈长方体，长方体沿高度和宽度的一侧面，自底部至顶部开设有与待测试件宽度相同的矩形槽，矩形槽至左边、右边和上边距离相同；长方体另一侧面下面有凸台，凸台上开有通孔。

本实用新型具有的有益效果是：

采用试件紧固板，试件台架，待测试件，圆环固定架为一体的应用于液固两相流环境中旋转式冲蚀磨损试验装置的测试组件，可以同时测试8个不同冲击角度下的试件，并缩小了实际冲击速度和冲击角度的计算误差，适合于各种影响因素下对不同材料耐磨性能的测试和冲蚀磨损规律的研究，另外，本实用新型结构简单、稳定性好、成本低廉，易于加工制作和更换。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的待测试件结构示意图。

图3是本实用新型的试件紧固板正视图。

图4是本实用新型的试件紧固板左视图。

图5是本实用新型的试件台架结构主视图。

图6是本实用新型的试件台架结构左视图。

图7是本实用新型的试件台架结构俯视图。

图8是本实用新型的圆环固定架主视图。

图9是本实用新型的圆环固定架俯视图。

图10是本实用新型的安装示意图。

图11是试件台架、试件紧固板和待测试件的安装结构立体图。

图中：1、试件台架，2、待测试件，3、试件紧固板，4、内六角螺钉，5、圆环固定架，6、浆料罐。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1～图8、图11所示，包括八个结构相同的试件紧固板3、八个试件台架1，八个结构相同的待测试件2和圆环固定架5；将八个待测试件2分别安装于各自试件紧固板3的矩形槽中，再将安装好待测试件的试件紧固板3侧面与各自试件台架1的半圆柱体矩形切面贴合，内六角螺钉4依次穿过各自试件紧固板和各自待测试件下部的通孔与各自试件台架的螺孔固定连接，其中试件紧固板3上端高出试件台架1半圆柱体顶面1～2 mm；圆环固定架5同一圆周上开有等分分布的八个凹槽，每个试件台架1底部长方台分别嵌入各自对应的圆环固定架5凹槽内，每个试件台架1与圆环固定架5分别通过安装于各自圆环固定架凹槽底部的另一内六角螺钉固定连接，圆环固定架5的外圆柱面与浆料罐6的内壁焊接固定。

如图1、图5、图6、图7、图9、图11所示。所述的八个试件台架，均由上部为圆柱体和下部为长方台组成，其中半圆柱体下部开设螺纹孔，长方台底面中心开设螺纹孔；半圆柱体矩形切面与长方台上端面垂直；图7为试件台架结构的俯视图，其中半圆柱体矩形切面与底部长方台沿长度方向的中心垂直平面分别呈                                               

 角， 

分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°共7种角度布置方式，此外

可根据实际测试需要取其它值。如图11所示，试件台架1的加工方式为：先将长方体一端铣出圆柱体，再运用线切割获得半圆柱体。半圆柱体下部开设螺纹孔，长方台底面中心开设螺纹孔。

如图3、图4所示，所述的试件紧固板3呈长方体，长方体沿高度和宽度的一侧面，自底部至顶部开设有与待测试件2宽度相等矩形槽，矩形槽至左边、右边和上边距离相同；长方体另一侧面下面有凸台，凸台上开设有通孔；具体加工过程描述为：八个试件紧固板3呈长方体，高度为35～40 mm，宽度为15～20 mm，厚度为4～6 mm，沿高度和宽度的一个侧面，自底部至顶部铣出深度为1/2试件紧固板厚度的矩形槽，其中矩形槽至左边、右边和上边距离相同；沿高度和宽度的另一侧面，自上部至距离底部12～15 mm区域铣出深度为1/2试件紧固板厚度的端面，形成一个凸台，凸台上开设有通孔，安装过程中，将待测试件2嵌入试件紧固板3开设的矩形槽中。

如图8、图9所示，圆环固定架5圆周上开设等分分布的八个凹槽，可同时安装8个冲击角度的试件台架1，即包括15°、30°、45°、60°、75°、90°六种角度和两个0°，共八种角度布置方式。圆环固定架5周边布置的八个试件台架安装槽底部开设沉孔，试件台架1底部长方台分别嵌入圆环固定架5对应的凹槽内，内六角螺钉穿过凹槽底部沉孔与试件台架1底部长方台联接固定。

如图1、图10所示，其中图1为图10中A的放大图，图10为本实用新型的安装示意图。圆环固定架5外缘与浆料罐6内壁焊接固定，通过变频电机调节搅拌轴的旋转速度，测试含固多相流介质对壁面待测试件的冲蚀磨损效果。

本实用新型的工作过程如下：

如图1～图11所示，首先将圆环固定架5焊接固定在浆料罐6内壁上；根据实验方案选取制作好编号的八个待测试件用清水和酒精清洗擦干后，通过电子天平对单个试件分别五次秤重记录下原始重量，计算平均值

；将八个待测试件2分别嵌入八个相同的试件紧固板3试件安装凹槽内，然后再将安装完毕的试件紧固板3和待测试件2形成的组件分别与0°（2个）、15°、30°、45°、60°、75°、90°的8个不同冲角试件台架1用内六角螺钉固定，然后再通过试件台架1下部长方台底面嵌入圆环固定架5边缘凹槽内，并通过内六角螺钉固定。将按照一定浓度配置好的液固流体介质倒入浆料罐6，启动变频电机，设定实验所需转速，待固定转速达到实验所要求的时间后，关闭变频电机；拆卸下浆料罐6，导出流体介质，拆卸内六角螺钉4，为便于下次实验，试件台架1与圆环固定架5的固定螺钉可不用取出，取出冲蚀磨损后的试件用清水和酒精清洗后擦干，再次通过电子电平对八个试件分别称重五次记录下实验后的重量，计算平均值

。与冲蚀磨损前相比，

即为试件的失重量

。本实验定义的待测试件，其材质可分别为碳钢、有色金属、硬质合金或其它高性能耐磨材料，磨损率

定义为单位时间单位面积内试件的失重量，磨损时间为实验一个工况的时间

，面积为测试试件的被磨面面积

，磨损率即可表示为：

在不同的实验工况测试时，可分别改变变频电机的转速，试件台架1的角度

和磨损时间

、流体介质的浓度

、实验介质的密度

、固体颗粒的形状因子

、固体颗粒的粒径，建立不同影响因素与磨损率之间的函数关系式，即磨损率表示为：

上式中，

表示试验误差修正系数，表示磨损率

与各影响因素

的函数关系式。试验完成后，根据所得数据进行后续处理，重复多次试验可得到液固两相流冲蚀磨损的相关规律。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的测试组件，其特征在于：包括八个结构相同的试件紧固板（3）、八个试件台架（1），八个结构相同的待测试件（2）和圆环固定架（5）；将八个待测试件（2）分别安装于各自试件紧固板（3）的矩形槽中，再将安装好待测试件的试件紧固板侧面与各自试件台架（1）的半圆柱体矩形切面贴合，内六角螺钉（4）依次穿过各自试件紧固板和各自待测试件下部的通孔与各自试件台架的螺孔固定连接；圆环固定架（5）同一圆周上开有等分分布的八个凹槽，每个试件台架（1）底部长方台分别嵌入圆环固定架（5）对应的凹槽内，每个试件台架（1）与圆环固定架（5）分别通过安装于对应圆环固定架凹槽底部的另一内六角螺钉固定连接，圆环固定架（5）的外圆柱面与浆料罐（6）的内壁焊接固定；所述八个试件台架，均由上部为半圆柱体和下部为长方台组成，半圆柱体下部开设螺纹孔，长方台底面中心开设螺纹孔；半圆柱体矩形切面与长方台上端面垂直，与长方台沿长度方向的中心垂直平面分别呈0°、15°、30°、45°、0°、60°、75°、90°共7种角度布置。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的测试组件，其特征在于：所述八个结构相同的试件紧固板（3）呈长方体，长方体沿高度和宽度的一侧面，自底部至顶部开设有与待测试件（2）宽度相同的矩形槽，矩形槽至左边、右边和上边距离相同；长方体另一侧面下面有凸台，凸台上开有通孔。

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