CN204422361U - 一种气固两相冲蚀磨损试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气固两相冲蚀磨损试验装置。第一压缩机经稳压罐、干燥器与燃烧室相连，燃料喷嘴和点火装置安装在燃烧室上，加料器与第二压缩机均接到颗粒混合器上，燃烧室产生的高温气体的一路经针阀、辅助加热管后接入有机玻璃测试段的一个进口，另一路和颗粒混合器颗粒的出口经两相加速器后接入测试段的另一个进口，在测试段中微米级颗粒群打到靶材料上，测试段上接有热偶和分离器，分离器与大气相通，CCD相机对准测试段中的靶材料，用PIV测试技术和计算机来观测记录气固两相打到靶材料上的运动情况。本实用新型可研究微米级颗粒打到靶材料上的冲击反弹规律及对靶材料的变形及腐蚀情况。

Description

一种气固两相冲蚀磨损试验装置

技术领域

本实用新型涉及冲蚀磨损试验装置，尤其是涉及一种气固两相冲蚀磨损试验装置。 

背景技术

在钢铁、机械及石化等工程领域存在大量的气固两相流动体系，如两相叶轮机械、气力输送及除尘装置等由于气流中的固粒速度很大，而且经常偏离流线，所以会对壁面产生冲蚀磨损，影响正常生产并带来事故隐患因此有必要研究该类流动体系的壁面磨损行为。

通常可采用两种方法来减轻壁面磨损：一是提高壁面材料的抗磨性，如使用耐磨材料、在壁面上镀覆耐磨材料或对壁面进行改性处理等。二是根据气固两相流理论，通过改变壁面形状来改变近壁流场的条件，从而影响固粒的速度和轨迹，最终减轻固粒对壁面的磨损，如冲击角度、速度等对磨损的影响。

在试验室模拟高温高速气固两相流试验时，由于系统复杂、部件多以及气固两相流传输管路长，需要预热和稳定的时间长，试验运行成本很高，故研制了一种高温高速气固两相冲蚀磨损试验装置。它由压缩机供气站(即冷气源)及燃烧系统(即高温气源)、固体颗粒加料系统、试验段和排气系统。其中气源及燃烧系统、加料系统和排气系统是公共部分，对不同试验研究对象更换试验段即可。

实用新型内容

针对上述背景技术中所存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种气固两相冲蚀磨损试验装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型的第一压缩机经稳压罐、干燥器与燃烧室相连，第一压缩机出口接压力表，燃料喷嘴和点火装置安装在燃烧室上，加料器与电子天平相连后与第二压缩机均接到颗粒混合器上，燃烧室产生的高温气体的一路经针阀、辅助加热管后接入有机玻璃测试段的一个进口，燃烧室产生的高温气体的另一路和颗粒混合器颗粒的出口经两相加速器后接入有机玻璃测试段的另一个进口，在有机玻璃测试段中的微米级颗粒群以预定的速度v，打到安装角度为α的靶材料上，有机玻璃测试段上分别接有热偶和分离器，分离器经阀门与大气相通，有机玻璃测试段外装有CCD相机，CCD相机对准有机玻璃测试段中的靶材料，CCD相机与计算机连接，采用PIV测试技术，CCD相机及计算机来观测记录气固两相打到靶材料上的运动情况。

所述靶材料的安装角度α为30^o~90^o，最佳角度为30^o、45^o、60^o、70^o、75^o、80^o、85^o、90^o。

所述颗粒混合器为具有收缩、缩放或扩张型不同类型的laval喷管。

本实用新型具有的有益的效果是：

本实用新型的有机玻璃测试段由超耐高温有机玻璃制成，的气固两相以预定的速度、角度打到测试段中的靶材料上。可用PIV测试技术，CCD相机及计算机来观测记录气固两相打到靶材料上的运动情况。从而研究微米级颗粒打到靶材料上的冲击反弹规律及对靶材料的变形及腐蚀情况。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是冲击反弹示意图。

图1中：1、第一压缩机，2、压力表，3、稳压罐，4、干燥器，5、燃烧室，6、点火装置，7、颗粒混合器；8、第二压缩机；9、加料器，10、电子天平，11、热偶，12、微米级颗粒群，13、靶材料，14、分离器，15、有机玻璃测试段，16、计算机，17、CCD相机，18、两相加速器，19、辅助加热管，20、针阀，21、燃料喷嘴，22、颗粒群入射方向，23、颗粒群反射方向。

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2所示，本实用新型的结构是：第一压缩机1经稳压罐3、干燥器4与燃烧室5相连，第一压缩机1出口接压力表2，燃料喷嘴21和点火装置6安装在燃烧室5上，加料器9与电子天平10相连后与第二压缩机8均接到颗粒混合器7上，燃烧室产生的高温气体的一路经针阀20、辅助加热管19后接入有机玻璃测试段15的一个进口，燃烧室5产生的高温气体的另一路和颗粒混合器7颗粒的出口经两相加速器18后接入有机玻璃测试段15的另一个进口，在有机玻璃测试段15中的微米级颗粒群12以预定的速度v，打到安装角度为α的靶材料13上，有机玻璃测试段15上分别接有热偶11和分离器14，分离器14经阀门与大气相通，有机玻璃测试段15外装有CCD相机17，CCD相机17对准有机玻璃测试段15中的靶材料13，CCD相机17与计算机16连接，采用PIV测试技术，CCD相机17及计算机16来观测记录气固两相打到靶材料13上的运动情况。

所述靶材料13的安装角度α为30^o~90^o，最佳角度为30^o、45^o、60^o、70^o、75^o、80^o、85^o、90^o。

所述颗粒混合器7为具有收缩、缩放或扩张型不同类型的laval喷管。

本实用新型的工作原理：

空气压缩机1提供压缩空气，在稳压罐3中形成稳定气压的气流，再通过干燥器4将气体中的水分吸收，气体进入到燃烧室5中在点火装置6的点火下，与燃料喷嘴21喷出的燃料充分混合后点燃。燃烧后产生的高温气体G1。高温气体G1一部分用来驱动颗粒群，一部分经加热后进入到测试段15中，用来调整测试段中的温度。

电子天平10称量质量为m₀的微米级sic颗粒粉末，由加料器9加入颗粒混合器7中，与压缩机8提供的压缩气体进行充分混合后，在高温气体G1的驱动下进入到两相加速器18中，使得颗粒群获得速度v、温度为T的条件。

气固两相以预定的速度v、安装角度为α打到测试段中的靶材料13上。可用PIV测试技术，CCD相机17及计算机16来观测记录气固两相打到靶材料13上的运动情况，从而研究微米级颗粒打到靶材料上的冲击反弹规律及对靶材料的变形及腐蚀情况。其中测试段由超耐高温有机玻璃制成。在测试段上装有热偶，用来测量测试段的温度。

测试段的气固两相进入到分离器，将固体颗粒沉积后，气体排出大气。

可变参数：

(1)速度v：两相的速度由两相加速器18来调节，两相加速器为不同类型的laval喷嘴：缩放型、扩张型、收缩型。Laval喷管可将颗粒群速度加速到亚声速、跨声速和超声速。

(2)温度T：两相的温度可由燃烧室中燃料的类型、辅助加热部分来进行控制。其中热偶11监测测试段15的温度。

(3)压力P：两相的压力由压缩机来控制。

(4)载荷比μ：载荷比μ为所加sic颗粒质量与10g的sic颗粒的比值。电子天平10用来控制装载比μ的大小。

(5)靶材料：可以更换不同材料的靶材料。靶材料为受试件，可为合金或非金属材料。 

本实用新型可研究如下内容：

研究微米级颗粒打到靶材料上的冲击反弹规律及对靶材料的变形及腐蚀情况。

(1)冲击反弹规律：研究不同粒径的颗粒群打到靶材料13上的入射角α、反射角β与可变参数的关系，如图2所示，22为颗粒群入射方向；23为颗粒群反射方向。

(2)气固两相对靶材料的冲蚀：速度为v、温度为T的气固两相流对靶材料的冲击持续一定的时间t后，取出材料。测量靶材料的质量损失Δm，可得失重率ε。ε=Δm/(v.t)。研究失重率ε与各可变参数的关系。

Claims (3)

1.一种气固两相冲蚀磨损试验装置，其特征在于：第一压缩机(1)经稳压罐(3)、干燥器(4)与燃烧室(5)相连，第一压缩机(1)出口接压力表(2)，燃料喷嘴(21)和点火装置(6)安装在燃烧室(5)上，加料器(9)与电子天平(10)相连后与第二压缩机(8)均接到颗粒混合器(7)上，燃烧室产生的高温气体的一路经针阀(20)、辅助加热管(19)后接入有机玻璃测试段(15)的一个进口，燃烧室(5)产生的高温气体的另一路和颗粒混合器(7)颗粒的出口经两相加速器(18)后接入有机玻璃测试段(15)的另一个进口，在有机玻璃测试段(15)中的微米级颗粒群(12)以预定的速度v，打到安装角度为α的靶材料(13)上，有机玻璃测试段(15)上分别接有热偶(11)和分离器(14)，分离器(14)经阀门与大气相通，有机玻璃测试段(15)外装有CCD相机(17)，CCD相机(17)对准有机玻璃测试段(15)中的靶材料(13)，CCD相机(17)与计算机(16)连接，采用PIV测试技术，CCD相机(17)及计算机(16)来观测记录气固两相打到靶材料(13)上的运动情况。

2.根据权利要求1所述的一种气固两相冲蚀磨损试验装置，其特征在于：所述靶材料(13)的安装角度α为30^o~90^o。

3.根据权利要求1所述的一种气固两相冲蚀磨损试验装置，其特征在于：所述颗粒混合器(7)为具有收缩、缩放或扩张型不同类型的laval喷管。