CN205157399U - 一种携砂气流循环冲蚀实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种携砂气流循环冲蚀实验装置，由空压机、砂箱、冲蚀腔三部分组成，通过循环管道将砂箱、冲蚀腔串接。调节注气阀开度可控制进入循环管路的气体流量，由气体流量计测得气体流量；调节加砂阀可控制掺入气流的加砂量，由透明视窗和标尺可测算气体的携砂量，从而实现不同流速、不同含砂率的冲蚀实验。本实用新型将连续加砂、排砂分离有机结合，实现了砂粒的循环利用，占地小、经济环保。

Description

一种携砂气流循环冲蚀实验装置

技术领域

本实用新型属于气固两相冲蚀实验技术领域，具体涉及一种携砂气流循环冲蚀实验装置。

背景技术

冲蚀现象在管道运输、航空航天及各种排气通风设备中极为常见，而包含砂粒等较大固体颗粒的高速气流冲蚀磨损则更为严重，如气体钻井井筒携砂气流冲蚀钻具致钻杆断裂、气力输送管道弯头冲蚀穿孔破裂、排砂管线变径段冲蚀失效等。因此，携砂气流对管道、设备的冲蚀速率一直是人们研究的重点。

前人根据欧拉-拉格朗日方法推导了描述固体颗粒运动及冲蚀的理论公式，但公式中有关冲蚀角、接触面积、碰撞系数等参数无法确定，需求助于实验。数值模拟可以计算气流与颗粒的运行速度，但不能直接计算壁面的冲蚀速率，仍需要借助实验所得的经验参数代入计算。因此，冲蚀研究的突破口在于实验。

由于冲蚀是一个长期过程，现有的冲蚀磨损实验中，需要不断地加入固体颗粒以实现连续的冲蚀，消耗了大量的人力和固体颗粒材料，实验装置末端还需要及时的分离回收，效率低下且不经济。因此，如何有效实现循环冲蚀，避免反复填料是学者们关注的焦点。

实用新型内容

本实用新型的目是针对现有技术存在的不足，提供一种经济高效的携砂气流循环冲蚀实验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种携砂气流循环冲蚀实验装置由空压机、砂箱、冲蚀腔三部分组成。空压机出气口依次连接一垂置U型弯管和一水平管，水平管中段通过三通管与砂箱底部注砂口连接，使得空压机出口高于砂箱底部注砂口，以防止砂粒倒灌。U型弯管上依次安装注气阀和气体流量计，调节注气阀开度可控制进入循环管路的气体流量，气体流量由气体流量计测得。砂箱为一上部圆柱体、下部圆椎体结构，砂箱顶部盖有顶部滤网，顶部滤网固定于十字钢架上，十字钢架中间固定有驱动电机，驱动电机下端连接有伸入砂箱内部的带螺旋叶片的搅动杆；砂箱侧面开有透明视窗，透明视窗一侧贴有标尺；砂箱圆锥体底部开有注砂口，注砂口处设有加砂阀，通过调节加砂阀可以控制加砂量，使得砂箱内砂面位置的升降控制在标尺可测范围内；砂箱注砂口旁开有排砂口，排砂口处设有排砂阀，待实验结束时，可打开排砂口清空砂箱内的砂粒。水平管另一端经弯头连接到垂直放置的冲蚀腔，冲蚀腔中间测试段为圆柱体，两端为渐缩的圆锥体，冲蚀腔中间测试段壁面安设有轴对称的试片挂钩，冲蚀试片通过试片挂钩悬挂固定于冲蚀腔的测试段；冲蚀腔顶端通过弯管连接伸入砂箱且开口向下的弯头，弯头出口高于砂箱内的最高砂面位置，携砂气流从弯头喷出后，可在砂箱内实现气固分离。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本实用新型将连续加砂、排砂分离有机结合，实现了砂粒的循环利用，占地小，经济环保；

2、本实用新型可通过加砂阀调控加砂量，由透明视窗和标尺可测算气体的携砂量。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图

图2为本实用新型砂箱局部剖视图

图3为本实用新型砂箱顶部俯视图

其中：1、空压机；2、砂箱；3、冲蚀腔；4、注气阀；5、气体流量计；6、驱动电机；7、顶部滤网；8、十字钢架；9、搅动杆；10、透明视窗；11、排砂阀；12、加砂阀；13、冲蚀试片；14、试片挂钩；15、标尺。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施作进一步描述。

如图1所示，一种携砂气流循环冲蚀实验装置由空压机1、砂箱2、冲蚀腔3三部分组成。空压机1出气口依次连接一垂置U型弯管和一水平管，水平管中段通过三通管与砂箱2底部注砂口连接，使得空压机1出口高于砂箱2底部注砂口，以防止砂粒倒灌。U型弯管上依次安装注气阀4和气体流量计5，调节注气阀4开度可控制进入循环管路的气体流量，气体流量由气体流量计5测得。砂箱2为一上部圆柱体、下部圆椎体结构，砂箱2顶部盖有顶部滤网7，顶部滤网7固定于十字钢架8上，十字钢架8中间固定有驱动电机6，驱动电机6下端连接有伸入砂箱2内部的带螺旋叶片的搅动杆9，通过搅动杆9的转动可防止砂箱2内的砂粒固结；砂箱2侧面开有透明视窗10，透明视窗10一侧贴有标尺15；砂箱2圆锥体底部开有注砂口，注砂口处设有加砂阀12，通过调节加砂阀12可以控制加砂量，使得砂箱2内砂面位置的升降控制在标尺15可测范围内；砂箱2注砂口旁开有排砂口，排砂口处设有排砂阀11，待实验结束时，可打开排砂口清空砂箱2内的砂粒。水平管另一端经弯头连接到垂直放置的冲蚀腔3，冲蚀腔3中间测试段为圆柱体，两端为渐缩的圆锥体，圆柱体与圆锥体间通过螺纹连接，可拆卸；冲蚀腔3中间测试段壁面安设有轴对称的试片挂钩14，冲蚀试片13通过试片挂钩14悬挂固定于冲蚀腔3的测试段；冲蚀腔3顶端通过弯管连接伸入砂箱2且开口向下的弯头，弯头出口高于砂箱2内的最高砂面位置，携砂气流从弯头喷出后，可在砂箱2内实现气固分离。

具体实施例：

实验操作时，首先将冲蚀腔3的中间圆柱体拆卸下来，将冲蚀试片13悬挂固定于冲蚀腔3内壁的试片挂钩14上，再将冲蚀腔3圆柱体与两端圆锥体通过螺纹组装连接。然后，关闭砂箱的排砂阀11和加砂阀12，打开顶部滤网7，往砂箱2中加入足够砂粒，并将砂面平整，使得砂面低于冲蚀腔3顶端深入砂箱2的弯头出口，且砂面位于透明视窗10可视区间，使得标尺15可读得砂面的高度，再把顶部滤网7盖上，同时使搅动杆9插入砂粒。打开空压机1，使空气吹扫一遍循环管路，并检查整个管路是否有密封不当。然后，打开加砂阀12至一定开度，使砂粒掺入气流，同时打开驱动电机6，使驱动电机6带动带螺旋叶片的搅动杆9在砂箱2内连续均匀搅拌，使得砂粒可以均匀地掺入。待携砂气流循环稳定时，通过透明视窗10观察砂箱2内的砂面高度，确保砂面位于标尺15可测范围内，若不在可测范围，可通过加砂阀12的调节实现砂量的控制。对比实验前初始砂面高度，可以计算得到循环携砂气流中的含砂量。待实验所需的稳定冲蚀时长达到后，关闭加砂阀12和驱动电机6，保持气流循环一段时间，使得循环管路的砂粒吹扫至砂箱2沉积。然后，关闭空压机1，拆卸冲蚀腔3，取出冲蚀试片13，进行冲蚀深度的检测和冲蚀速率的计算。若长期不做冲蚀实验，可打开排砂阀11，将砂箱2内的砂粒放空。

Claims (1)

1.一种携砂气流循环冲蚀实验装置，其特征在于：由空压机(1)、砂箱(2)、冲蚀腔(3)三部分组成；空压机(1)出气口依次连接一垂置U型弯管和一水平管，水平管中段通过三通管与砂箱(2)底部注砂口连接，U型弯管上依次安装注气阀(4)和气体流量计(5)；砂箱(2)为一上部圆柱体、下部圆椎体结构，砂箱(2)顶部盖有顶部滤网(7)，顶部滤网(7)固定于十字钢架(8)上，十字钢架(8)中间固定有驱动电机(6)，驱动电机(6)下端连接有伸入砂箱(2)内部的带螺旋叶片的搅动杆(9)；砂箱(2)侧面开有透明视窗(10)，透明视窗(10)一侧贴有标尺(15)；砂箱(2)圆锥体底部开有注砂口，注砂口处设有加砂阀(12)；砂箱(2)注砂口旁开有排砂口，排砂口处设有排砂阀(11)；水平管另一端经弯头连接到垂直放置的冲蚀腔(3)，冲蚀腔(3)中间测试段为圆柱体，两端为渐缩的圆锥体，圆柱体与圆锥体间通过螺纹连接；冲蚀腔(3)中间测试段壁面安设有轴对称的试片挂钩(14)，冲蚀试片(13)通过试片挂钩(14)悬挂固定于冲蚀腔(3)的测试段；冲蚀腔(3)顶端通过弯管连接伸入砂箱(2)且开口向下的弯头，弯头出口高于砂箱(2)内的最高砂面位置。