CN203858170U - 一种旋转式空蚀和冲蚀磨损协同作用试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种旋转式空蚀和冲蚀磨损协同作用试验装置。变频电机安装于钟形罩上端，搅拌轴上端通过联轴器与变频电机转轴联接，搅拌轴下端穿过转盘上、下盖板后固定；转盘上、下盖板间距离5/6圆周半径处均布有底角为45°的等腰三角形试件安装槽，试件安装槽顶角朝向一致；转盘上、下盖板距离5/6圆周半径处间隔90°均布开设顶角不同的等腰三角形空化诱导器槽，等腰三角形空化诱导器槽顶角朝向一致，且与等腰三角形试件安装槽顶角朝向相反；沿逆时针5°、95°、185°、275°的试件安装槽内分别安装结构相同的试件。本实用新型适用于煤化工领域阀门等发生空蚀和冲蚀磨损破坏的失效分析、磨损率测试、风险检验和寿命预测的研究。
Description
技术领域
本实用新型涉及多相流磨损测试装置，具体地说是涉及一种旋转式空蚀和冲蚀磨损协同作用试验装置。
背景技术
调节阀通常直接安装在系统管道上，广泛应用于石油、煤化工、化纤等流程型行业，对国民经济的发展起着非常重要的作用。
研究发现：调节阀的失效形式多样，机理复杂，其中冲刷磨损与气蚀(空蚀)损伤引起的阀门失效是调节阀在节流过程中最广泛也是最常见的失效形式。冲刷磨损破坏具有明显的局部性、突发性和风险性，特别是在含固体颗粒、多相流介质流动作用下引起的磨损减薄更是复杂，很难预测；气蚀损伤是由于阀门下游压力高于饱和蒸汽压，导致气泡破裂或向内爆炸对阀门内壁面形成类似于煤渣的粗糙表面。
近年来，随着国家对煤化工行业的大力发展，生产洁净能源，实现石油替代的发展战略。煤液化工艺流程中，调节阀主要用于煤浆输送、预热、高压加氢及分离等工艺中，起控制流量、液位及压力差等作用。煤液化高压差调节阀工作介质中固体含量高，节流过程中产生空化，从而形成了局部气-液-固三相流动，高速介质对阀芯、阀座造成剧烈破坏。高压差调节阀失效问题严重制约了设备的使用寿命，为提高设备抗冲刷磨损与气蚀损伤，国内外科技工作者开展了大量的工作。
针对目前煤化工领域阀门存在的多相流磨损问题，需进一步研究冲蚀磨损、空蚀损伤，特别是冲蚀-空蚀协同作用下的磨损机理，一些科研院校及大专院校设计了一系列的磨损试验装置，通过实验研究手段来研究阀门及管道的磨损机理，但目前的实验装置存在的一些不足之处主要在于：
(1)目前我国对多相流磨损的机理研究不够深入，相关测设设备的时间较长，实验结果难以推广到工程应用。
(2)很多研究局限于冲刷磨损或是气蚀损伤单一磨损形式的研究，关于两种磨损形式协同作用的研究报道尚少，无法揭示阀门等其他水力机械在两种失效形式下的损伤机理。
实用新型内容
针对国内外多相流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空蚀-冲蚀磨损协同作用试验装置，适合于试验条件下的液固两相流磨损及空蚀机理、流体动力学的仿真分析、材料冲刷磨损破坏临界特性的试验研究及冲刷磨损失效预测工业应用推广等完整的研究体系，揭示材料在冲蚀-空蚀协同作用下的损伤机理。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型包括变频电机、钟形罩、联轴器、上安装板、支撑架、联接套筒、搅拌轴、下安装板、浆料罐、转盘上盖板、转盘下盖板、试件、15°空化诱导器、30°空化诱导器、45°空化诱导器、60°空化诱导器和变频器；与变频器连接的变频电机固定安装于钟形罩上端，钟形罩下端与上安装板同轴安装；搅拌轴上端依次穿过上安装板上端中心圆槽内的深沟球轴承、深沟球轴承盖板并通过联轴器与变频电机转轴联接，搅拌轴下端依次穿过转盘上盖板、转盘下盖板并通过锁紧螺母固定；转盘上盖板下端与转盘下盖板上端距离5/6圆周半径处间隔90°均布开设一个底角为45°的等腰三角形试件安装槽，等腰三角形试件安装槽顶角朝向一致；转盘上盖板下端与转盘下盖板上端距离5/6圆周半径处间隔90°均布开设一个等腰三角形空化诱导器槽，等腰三角形空化诱导器槽顶角朝向一致，且与等腰三角形试件安装槽顶角朝向相反；沿逆时针0°、90°、180°、270°的空化诱导器槽内分别安装顶角为30°空化诱导器、15°空化诱导器、45°空化诱导器和60°空化诱导器，沿逆时针5°、95°、185°、275°的试件安装槽内分别安装一个结构相同的试件，转盘上盖板与转盘下盖板通过间隔90°均布的紧固螺栓固定；支撑架上端与上安装板联接固定，支撑架下端与地面固定；联接套筒上端、下端分别与上安装板、下安装板焊接固定；下安装板通过法兰与浆料罐联接固定，浆料罐内充有流体介质，浆料罐底部开设排出孔并设置堵头。
所述的搅拌轴与上安装板下端的连接处嵌有水封。
所述的流体介质为清水、油煤浆、水煤浆或水砂浆。
本实用新型具有的有益效果是：
本实用新型利用高速转轴驱动转盘在含有液固两相流的浆料罐中实现高速旋转，通过空化诱导器与固体颗粒的冲刷作用，测试试件发生空蚀-冲蚀破坏的临界特性及磨损率、表面形貌。可以实现不同角度下的空蚀-冲蚀磨损的临界特性测试；试验结果的分析结论可以推广应用于工程实际。本实用新型可以模拟煤化工领域阀门等一系列实际工程空蚀-冲蚀磨损失效案例，进行空蚀-冲蚀磨损破坏的失效分析、磨损预测、优化设计、风险检验、安全评估、寿命预测等安全保障技术研究。另外，本实用新型结构简单，易于推广。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是图1的A向视图。
图3是图2B-B的剖视图。
图中：1、变频电机，2、钟形罩，3、弹性联轴器，4、深沟球轴承，5、深沟球轴承盖板，6、上安装板，7、支撑架，8、联接套筒，9、搅拌轴，10、下安装板，11、浆料罐，12、转盘上盖板，13、转盘下盖板，14、试件，15、15°空化诱导器，16、螺栓，17、30°空化诱导器，18、60°空化诱导器，19、45°空化诱导器，20、堵头，21、流体介质，22、水封，23、变频器。
具体实施方式
下面结合附图和实施对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本实用新型包括变频电机1，钟形罩2，弹性联轴器3，深沟球轴承4，深沟球轴承盖板5，上安装板6，支撑架7，联接套筒8，搅拌轴9，下安装板10，浆料罐11，转盘上盖板12，转盘下盖板13，试件14，15°空化诱导器15，螺栓16，30°空化诱导器17，60°空化诱导器18，45°空化诱导器19，堵头20，流体介质21，水封22，变频器23。与变频器23连接的变频电机1经周向四个均布的螺栓联接立式固定安装于钟形罩2上端，钟形罩2下端通过四个均布的螺栓联接与上安装板6同轴安装；搅拌轴9上端依次穿过上安装板6上端中心圆槽内的深沟球轴承4、深沟球轴承盖板5并通过梅花形的弹性联轴器3与变频电机1转轴联接，深沟球轴承4与深沟球轴承盖板5通过锁紧螺母固定；搅拌轴9下端依次穿过转盘上盖板12、转盘下盖板13并通过锁紧螺母固定；转盘上盖板12下端与转盘下盖板13上端距离5/6圆周半径处间隔90°均布开设一个底角为45°的等腰三角形试件安装槽，等腰三角形试件安装槽顶角朝向一致；转盘上盖板12下端与转盘下盖板13上端距离5/6圆周半径处间隔90°均布开设一个等腰三角形空化诱导器槽，等腰三角形空化诱导器槽顶角朝向一致，且与等腰三角形试件安装槽顶角朝向相反；沿逆时针0°、90°、180°、270°的空化诱导器槽内分别安装顶角为30°空化诱导器17、15°空化诱导器15、45°空化诱导器19和60°空化诱导器18。沿逆时针5°、95°、185°、275°的试件安装槽内分别安装一个结构相同的试件14，转盘上盖板12与转盘下盖板13通过间隔90°均布的紧固螺栓16固定；支撑架7上端通过均布的四个螺栓与上安装板6联接固定，支撑架7下端通过地脚螺栓与地面固定；联接套筒8上端、下端分别与上安装板6、下安装板10焊接固定；下安装板10通过法兰与浆料罐11联接固定，浆料罐11内充有流体介质21，浆料罐11底部中心开设排出孔并设置螺纹堵头20。
如图1所示，所述的搅拌轴9与上安装板6下端的连接处嵌有水封22。
所述的流体介质21为清水、油煤浆、水煤浆或水砂浆。
本实用新型的工作过程如下：
实施例1
如图1所示，安装好液固两相流磨损试验装置，实验开始阶段，将浆料罐11置于叉车上，把配好的一定浓度的流体介质21，例如水煤浆、油煤浆或水砂浆等，倒入浆料罐11内，液位没过转盘上盖板12约20cm。根据实验方案选取制作好编号的四个试件14，表面用酒精擦拭干净，通过电子天平对其分别五次称重记录下原始重量，计算平均值将试件14及空化诱导器15、17、18和19插入转盘上盖板12的槽内，再装上转盘下盖板13，用4个均布的螺栓16紧固转盘上盖板12和转盘下盖板13；然后，用叉车托起浆料罐11，并用定位对准下安装板10的安装位置后，通过均布的四个螺栓将其固定；先后启动变频电机1的风扇开关和变频器23的开关，通过变频器23调节变频电机1达到实验所需要的转速，变频电机1的转速可从0调节到1450r/min，待固定转速达到实验所要求的时间后，通过变频器23降低变频电机1的转速直至为零后分别关掉变频器23和变频电机1的风扇开关；然后拧下托在叉车上的浆料罐11与下安装板10的固定螺栓，降下叉车，用适量的清水清洗转盘，取出试件14用清水和酒精清洗后擦干，再次通过电子天平对4个试件分别称重五次后记录下实验后的重量，计算平均值通过m原-m后即为试件14的失重量m失。本实验定义的试件14，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ε定义为单位时间单位面积内试件的失重量m失，磨损时间为实验一个工况的磨损时间t，面积为试件14的测试面的面积s，为减小实验误差，试件14除测试面以外其它表面都喷镀耐磨材料，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1的转速r，试件14的角度θ和磨损时间t、流体介质21的浓度w、液体的密度ρ、固体颗粒的形状因子δ、固体颗粒的粒径d、空化数σ；通过改变流体介质21的浓度w，变化范围为0～12wt％，实现试件在有空化诱导器15、17、18和19诱导作用下流体介质21环境中的空蚀和冲蚀协同作用试验测试。从而建立不同影响因素与空蚀和冲蚀磨损协同作用下磨损率之间的函数关系式，即磨损率表示为：
ε1＝k·f(r,θ,t,w,ρ,δ,d,σ...)
上式中k表示试验误差修正系数，f表示磨损率ε与各影响因素r,θ,t,w,ρ,δ,d,σ...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空蚀和冲蚀协同作用下磨损的相关规律。
实施例2
仿照实施例1，只把实施例1中流体介质21使用的油煤浆、水煤浆或水砂浆改为清水介质，便可开展安装不同角度空化诱导器15、17、18和19后的空蚀失重率测试。
在不同的实验工况测试时，可分别改变变频电机1的转速r，试件14的角度θ和空蚀时间t、液体的密度ρ、空化数σ，实现在有空化诱导器15、17、18和19诱导作用下流体介质21的空蚀失重率测试，从而建立不同影响因素与空蚀失重率之间的函数关系式，即失重率表示为：
ε2＝k·f(r,θ,t,σ...)
实施例3
仿照实施例1，只把实施例1中的空化诱导器15、17、18和19取下，流体介质21仍采用油煤浆、水煤浆或是水砂浆，开展试件14的冲蚀磨损测试。
在不同的实验工况测试时，可分别改变变频电机1的转速r，试件14的角度θ和磨损时间t、流体介质21的浓度w、液体的密度ρ、固体颗粒的形状因子δ、固体颗粒的粒径d。从而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：
ε3＝k·f(r,θ,t,w,ρ,δ,d,...)
通过实施例1、实施例2与实施例3，分别测试了试件14在空蚀和冲蚀协同作用、空蚀、以及纯冲蚀磨损作用下的试件失重率规律，在相同测试条件下，即转速r，试件14的角度θ和测试时间t、流体介质21的浓度w、液体的密度ρ、固体颗粒的形状因子δ、固体颗粒的粒径d、空化数σ不变的情况下，可以对应得出试件14在空蚀和冲蚀磨损协同作用下失重率ε1、空蚀失重率ε2与冲蚀磨损失重率ε3发展规律。
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，对本实用新型的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.旋转式空蚀和冲蚀磨损协同作用试验装置，其特征在于：包括变频电机（1）、钟形罩（2）、联轴器（3）、上安装板（6）、支撑架（7）、联接套筒（8）、搅拌轴（9）、下安装板（10）、浆料罐（11）、转盘上盖板（12）、转盘下盖板（13）、试件（14）、15°空化诱导器（15）、30°空化诱导器（17）、45°空化诱导器（19）、60°空化诱导器（18）和变频器（23）；与变频器（23）连接的变频电机（1）固定安装于钟形罩（2）上端，钟形罩（2）下端与上安装板（6）同轴安装；搅拌轴（9）上端依次穿过上安装板（6）上端中心圆槽内的深沟球轴承（4）、深沟球轴承盖板（5）并通过联轴器（3）与变频电机（1）转轴联接，搅拌轴（9）下端依次穿过转盘上盖板（12）、转盘下盖板（13）并通过锁紧螺母固定；转盘上盖板（12）下端与转盘下盖板（13）上端距离5/6圆周半径处间隔90°均布开设一个底角为45°的等腰三角形试件安装槽，等腰三角形试件安装槽顶角朝向一致；转盘上盖板（12）下端与转盘下盖板（13）上端距离5/6圆周半径处间隔90°均布开设一个等腰三角形空化诱导器槽，等腰三角形空化诱导器槽顶角朝向一致，且与等腰三角形试件安装槽顶角朝向相反；沿逆时针0°、90°、180°、270°的空化诱导器槽内分别安装顶角为30°空化诱导器（17）、15°空化诱导器（15）、45°空化诱导器（19）和60°空化诱导器（18），沿逆时针5°、95°、185°、275°的试件安装槽内分别安装一个结构相同的试件（14），转盘上盖板（12）与转盘下盖板（13）通过间隔90°均布的紧固螺栓（16）固定；支撑架（7）上端与上安装板（6）联接固定，支撑架（7）下端与地面固定；联接套筒（8）上端、下端分别与上安装板（6）、下安装板（10）焊接固定；下安装板（10）通过法兰与浆料罐（11）联接固定，浆料罐（11）内充有流体介质（21），浆料罐（11）底部开设排出孔并设置螺纹堵头（20）。
2.根据权利要求1所述的旋转式空蚀和冲蚀磨损协同作用试验装置，其特征在于：所述的搅拌轴（9）与上安装板（6）下端的连接处嵌有水封（22）。
3.根据权利要求1所述的旋转式空蚀和冲蚀磨损协同作用试验装置，其特征在于：所述的流体介质（21）为清水、油煤浆、水煤浆或水砂浆。
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2014
- 2014-05-06 CN CN201420230392.6U patent/CN203858170U/zh not_active Expired - Lifetime
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Granted publication date: 20141001 Effective date of abandoning: 20160413 |
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