CN207366372U - 多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，包括用于检测实验过程中工况参数的测试与检测装置，以及依次连通的流体循环装置、动力装置和冲蚀磨损实验箱；冲蚀磨损实验箱与流体循环装置连通；动力装置和测试与检测装置均与中控系统电连接。本装置可形成一个闭合的流体循环回路，可对试样进行抗冲蚀磨损测试实验，实验自动化程度高，综合成本低且无污染，测试结果准确，可为高压喷射注浆、钻探(井)工程等领域与冲蚀磨损相关的研究内容提供技术支撑。

Description

多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置

技术领域

本实用新型属于金属材料性能评价技术领域，具体涉及一种多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置。

背景技术

冲蚀磨损(Erosion或Erosive Wear)，是指尺寸不超过1mm的流体或固体粒子以不超过550m/s的速度和攻角对材料表面进行冲击导致材料表面损耗失效的过程，也称为侵蚀或侵蚀磨损。冲蚀磨损作为磨损的型式之一，其广泛地存在于注浆、钻探(井)、机械、能源、冶金、化工、航空航天等诸多领域，由它造成的危害随处可见，据相关工程实践和资料表明：高喷注浆或喷射钻井过程中，作为核心执行元件的喷嘴内部流道时常由于受到水泥浆液或钻井液的冲蚀磨损作用而失效，不得不造成施工中断、辅助时间延长、施工成本增加等一系列不利影响；钻探(井)作业时，鹅颈管弯曲段时常在不断循环的冲洗液的冲蚀磨损作用下被刺穿；直升机在沙尘天气中飞行时的螺旋桨叶片受到沙粒的严重冲蚀，导致其使用寿命骤减了90％；全国大型水电站出现中等以上磨损程度危害的机组容量占总容量的29.7％，黄河干流大中水轮机因磨损损害容量占总容量的63.8％；离心机在使用约4500h后的冲蚀深度达到了10mm；火力发电厂电站燃煤锅炉管道事故的1/3以上是由于冲蚀磨损造成的，尤其是循环流化床锅炉的金属管壁每年壁厚减少约2～4mm，导致漏管、爆管事故时有发生；水轮机叶片、泥浆泵和污水泵等过流部件也都普遍受到严重的泥沙冲蚀现象。综上所述，对冲蚀磨损展开相关的研究工作是十分必要的，这将对注浆、钻探(井)、机械、能源、冶金、化工、航空航天等诸多技术领域的发展产生积极的促进作用。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供一种多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，检测材料的抗冲蚀性能，可为后续与材料冲蚀磨损相关的科研和生产作业提供科学的指导依据。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，包括用于检测实验过程中工况参数的测试与检测装置，以及依次连通的流体循环装置、动力装置和冲蚀磨损实验箱；冲蚀磨损实验箱与流体循环装置连通；动力装置和测试与检测装置均与中控系统电连接。

进一步地，动力装置为变频式泥浆泵或气泵。

进一步地，冲蚀磨损实验箱包括箱体；箱体顶部设置有顶盖；顶盖上设置有位于箱体内部的中心凸块；箱体两端分别设置有与动力装置和流体循环装置连通的管路接头。

进一步地，箱体横向内壁相对开有第三凹槽，第三凹槽内设置有将箱体分隔的隔板。

进一步地，箱体和顶盖的材质均为透明、强度高、耐磨的有机玻璃或聚碳酸酯。

进一步地，顶盖沿中心凸块外缘开有第一凹槽；箱体与顶盖接触面开有第二凹槽；第一凹槽和第二凹槽配合形成空腔，空腔内设置有密封圈。

进一步地，流体循环装置包括水箱；水箱顶部设置有延伸至其内部，并与中控系统电连接的搅拌器，水箱下方设置有移动式储料罐；水箱分别与外界的水龙头、动力装置和管路接头连通。

进一步地，移动式储料罐和水箱之间设置有污水泵。

进一步地，中控系统包括壳体，壳体内设置有电连接的空气开关、控制器、变压器和电源，壳体前部面板镶嵌有与控制器电连接的控制按钮和显示器。

进一步地，测试与检测装置包括高速摄像机、测速仪、记录仪，以及依次设置于动力装置与冲蚀磨损实验箱之间的压力变送器和流量传感器；高速摄像机、测速仪、记录仪、压力变送器和流量传感器均与中控系统电连接。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型为闭式循环，能够有效减少实验材料的消耗、降低实验成本；此外，实验测试结束后的废料可集中处理，能够有效避免污染环境。

2、本实用新型可使用不同的流体介质(水泥浆液、砂石与水混合、砂石与空气混合等)对不同试样的耐冲蚀磨损效果进行测试与评价，测试方法灵活多样不受限，可模拟不同技术领域(注浆、钻探(井)、机械、能源、冶金、化工、航空航天等)中的冲蚀磨损状况。

3、本实用新型在对试样进行冲蚀磨损实验的过程中，其实验工况条件(试样种类、流体介质种类、流体介质流速、流体介质压力等)可以根据实际需求动态调节，同时实验过程中的工况参数也可由不同的传感器实时检测，整个实验过程自动化程度高，测试结果科学、准确。

4、本实用新型的主体部分采用透明、高强、耐磨的材料(如：有机玻璃、聚碳酸酯等)制成，因而可实现试样冲蚀磨损实验测试全过程的可视化，通过配备的高速摄像机、粒子图像测速仪(PIV)/多普勒测速仪等科学测试仪器，能够动态拍摄冲试样蚀磨损实验的全过程，能够对实验过程中的流场情况进行实时精确测试与显示，这些都可为后期的实验结果分析提供必不可少的数据资料。

附图说明

图1为本实用新型的基本组成原理框图；

图2为本实用新型使用变频式泥浆泵为动力源时的结构示意图；

图3为本实用新型使用气泵为动力源时的结构示意图；

图4为冲蚀磨损实验箱的轴测图；

图5为冲蚀磨损实验箱的爆炸图；

图6为冲蚀磨损实验箱箱体的俯视图；

图7为冲蚀磨损实验箱箱体顶盖的底部示意图；

其中，1、动力装置；11、中控系统；111、显示器；112、控制按钮；12、变频式泥浆泵；13、气泵；2、冲蚀磨损实验箱；21、顶盖；211、第一通孔；212、中心凸块；213、第一凹槽；22、密封圈；23、箱体；231、第三通孔；232、第二凹槽；233、第三凹槽；234、管路接头；24、隔板；25、螺钉；26、螺母；3、测试与检测装置；31、压力变送器；32、流量传感器；33、高速摄像机；34、测速仪；35、记录仪；4、流体循环装置；41、水龙头；42、水箱；43、管道；441、第一电磁阀；442、第二电磁阀；443、第三电磁阀；45、搅拌器；46、污水泵；47、移动式储料罐；48、泥浆泵；49、储浆罐；5、线缆。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1、图2和图3所示，该多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，包括用于检测实验过程中的工况参数的测试与检测装置3，以及依次连通的流体循环装置4、动力装置1和冲蚀磨损实验箱2，且冲蚀磨损实验箱2又与流体循环装置4连通，形成闭合的循环通路。

如图2所示，本装置中用于检测实验结果的测试与检测装置3包括高速摄像机33、测速仪34、记录仪35，以及依次设置于动力装置1与冲蚀磨损实验箱2之间的压力变送器31和流量传感器32；且高速摄像机33、测速仪34、记录仪35、压力变送器31和流量传感器32均通过线缆5与中控系统11上设置的连接口连接，由中控系统11调控工作；其中，测速仪34为粒子图像测速仪(PIV)或多普勒测速仪；记录仪35为PC机或无纸记录仪。

如图2所示，中控系统11包括设置于壳体内，且电连接的空气开关、电源、控制器和变压器，优选控制器为PLC控制器或单片机控制器；中控系统11还包括镶嵌于壳体前部面板，且与控制器电连接的控制按钮112和显示器111，通过控制按钮112操控测试与检测装置3工作，并通过显示器111实时显示测试与检测装置3中各部件的工作状态和检测数据。

本装置中的动力装置1可采用变频式泥浆泵12或气泵13，而采用不同种类的动力装置1进行驱动时，系统的整体结构存在一定差异。

实施例1

如图2所示，动力装置1为变频式泥浆泵12，其两端分别与流体循环装置4和冲蚀磨损实验箱2连通，然后在变频式泥浆泵12与冲蚀磨损实验箱2之间依次设置有压力变送器31和流量传感器32，在变频式泥浆泵12和流体循环装置4之间设置有与中控系统11连接的第三电磁阀443。

如图2所示，流体循环装置4包括水箱42，水箱42通过管道43分别与外界的水龙头41、变频式泥浆泵12和冲蚀磨损实验箱2连通，并在水箱42和水龙头41之间设置有与中控系统11连接的第一电磁阀441，通过第一电磁阀441调控水箱42的进水量。

如图2所示，在水箱42顶部设置有与中控系统11连接的搅拌器45，搅拌器45延伸至水箱42内部，同时，在水箱42的底部设置有污水泵46，污水泵46与水箱42之间设置有与中控系统11连接的第二电磁阀442，另外，还设置有与污水泵46连通，用于接收水箱42内污水的移动式储料罐47。

如图2所示，水箱42内的材料经由变频式泥浆泵12泵入冲蚀磨损实验箱2内，与其内放置的待测样品接触，并对样品上表面产生冲蚀磨损作用。

如图5和图6所示，冲蚀磨损实验箱2包括箱体23，优选箱体23材质为具有透明、高强度、耐磨性质的有机玻璃(PMMA)或聚碳酸酯(PC)；箱体23横向内壁相对开有若干用于放置隔板24的第三凹槽233，隔板24将箱体23分隔为若干相互独立的样品格，每个样品格可放入不同种类的待测样品，提升检测效率。

如图6所示，箱体23的两端分别设置有管路接头234，箱体23即可通过管路接头234分别与变频式泥浆泵12和水箱42连通，管路接头234为螺纹式结构或法兰盘式结构，优选为螺纹式结构。

如图4和图7所示，在箱体23上端设置有顶盖21，优选顶盖21材质为具有透明、高强度、耐磨性质的有机玻璃(PMMA)或聚碳酸酯(PC)；顶盖21上设置有位于箱体23内的中心凸块212，中心凸块212可调节待测样品表面过流端面间隙。

如图6和图7所示，为提升顶盖21和箱体23之间的密封性，在两者接触面之间设置有密封圈22，然后在顶盖21上沿中心凸块212外缘开有第一凹槽213，箱体23上开有与第一凹槽213处于相对位置的第二凹槽232，在顶盖21和箱体23闭合时，密封圈22嵌入第一凹槽213和第二凹槽232所形成的空腔内，提升顶盖21和箱体23的密封性能。

如图5、图6和图7所示，在第一凹槽213和第二凹槽232内分别开有若干相对应的第一通孔211和第三通孔231，另外，还在密封圈22上开有与第一通孔211和第三通孔231相对应的第二通孔，顶盖21、密封圈22和箱体23之间通过螺钉25和螺母26进行固定密封。

下面结合附图1、2、4～7阐述本装置的工作过程：

首先根据试样冲蚀磨损实验的要求，将待试样放入箱体23的样品格内，然后再调整中心凸块212的凸起高度，以满足实验需求；而中心凸块212的凸起高度调节，可以是：预先准备好若干个具有不同凸起高度的中心凸块212的顶盖21，依据实验所需的流体冲蚀实验表面的间隙宽度，选用合适的顶盖21安装至箱体23上。

还可以是：在中心凸块212上设置有与顶盖21之间通过螺纹方式连接的螺杆，通过转动螺杆来达到上下调整中心凸块212凸起高度的目的。

中控系统11上的控制按钮112，分别调控变频式泥浆泵12、压力变送器31、流量传感器32、高速摄像机33、测速仪34、记录仪35、第一电磁阀441、第二电磁阀442、第三电磁阀443、搅拌装置45、污水泵46的启/闭和工作状态，显示器111可以显示各个电气设备的运行情况。

以实验所需流体为水泥浆为例，根据水泥浆液的水灰比W/C分别算好制浆所需的用水量和用水泥量，向水箱42内加入需要的水泥粉末，先开启第一电磁阀441，再打开水龙头41向水箱42内注入所需的清水，开启搅拌装置45对水箱42内的材料进行充分搅拌得到所需的实验用水泥浆液。开启压力变送器31、流量传感器32、高速摄像机33、测速仪34、记录仪35，并进行调试。然后开启第三电磁阀443，再开启变频式泥浆泵12并进行调控，观察由压力变送器31和流量传感器32实时检测到的实验流体的压力和流量值，并将它们调控到实验所要求的数值。水泥浆液的循环路径依次为：水箱42→变频式泥浆泵12→压力变送器31→流量传感器32→冲蚀磨损实验箱2→水箱42，水泥浆液的循环方式为闭式循环。当水泥浆液流经冲蚀磨损实验箱2内部时，水泥浆液会和放置于箱体23内的试样上表面相互接触，并对试样的上表面产生冲蚀磨损作用，冲蚀磨损实验的持续时间由秒表计时得到。

实验过程中，高速摄像机33可对冲蚀磨损实验的过程进行动态拍摄，测速仪34可对冲蚀磨损实验过程中的流场情况进行科学、准确地测试与显示。冲蚀磨损实验结束后，开启第二电磁阀442和污水泵46，将储存在水箱42内的废液和废渣排至移动式储料罐47内，再进行集中处理，达到要求后排放到指定位置处。

实施例2

如图3所示，该多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置中动力装置为气泵13，本实施例中的流体循环装置4、测试与检测装置3和冲蚀磨损实验箱2的结构与实施例1中所述结构一样，与实施例1的不同之处在于需要多配置一个泥浆泵48和储浆罐49。

如图3所示，气泵13与储浆罐49连通，然后储浆罐49分别与水箱42和冲蚀磨损实验箱2连通，泥浆泵48设置于水箱42和储浆罐49之间，并与中控系统11电连接，然后在泥浆泵48和水箱42之间设置有第三电磁阀443，压力变送器31设置于储浆罐49顶部，其余结构及连接方式均与实施例1相同。

下面结合附图1、3、4～7阐述本装置的工作过程：

水箱42内根据实验需要存放实验用流体，然后开启第三电磁阀443和泥浆泵48，将水箱42内的实验用流体抽至储浆罐49中，再由气泵13将实验用流体压送至冲蚀磨损实验箱2中试样进行冲蚀磨损测试，冲蚀磨损实验的持续时间由秒表计时得到。

实验过程中，高速摄像机33可对试样冲蚀磨损实验的过程进行动态拍摄，测速仪34可对试样冲蚀磨损实验过程中的流场情况进行科学、准确地测试与显示。冲蚀磨损实验结束后，开启第二电磁阀442和污水泵46，将储存在水箱42内的废液和废渣排至移动式储料罐47内，再进行集中处理，达到要求后排放到指定位置处。

另外，本实施例除了可以用水泥浆液等流体进行实验外，还可用空气+砂石的混合物进行冲蚀磨损实验，此时水箱42内无需事先配置实验流体，而是将砂石颗粒事先放置于储浆罐49中，再由气泵13提供的压缩空气混杂着砂石颗粒流入冲蚀磨损实验箱2，以对试样进行冲蚀磨损实验测试。

具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，包括用于检测实验过程中工况参数的测试与检测装置(3)，以及依次连通的流体循环装置(4)、动力装置(1)和冲蚀磨损实验箱(2)；所述冲蚀磨损实验箱(2)与流体循环装置(4)连通；所述动力装置(1)和测试与检测装置(3)均与中控系统(11)电连接。

2.根据权利要求1所述的多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，所述动力装置(1)为变频式泥浆泵(12)或气泵(13)。

3.根据权利要求1所述的多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，所述冲蚀磨损实验箱(2)包括箱体(23)；所述箱体(23)顶部设置有顶盖(21)；所述顶盖(21)上设置有位于箱体(23)内部的中心凸块(212)；所述箱体(23)两端分别设置有与动力装置(1)和流体循环装置(4)连通的管路接头(234)。

4.根据权利要求3所述的多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，所述箱体(23)横向内壁相对开有第三凹槽(233)，所述第三凹槽(233)内设置有将箱体(23)分隔的隔板(24)。

5.根据权利要求3所述的多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，所述箱体(23)和顶盖(21)的材质均为透明、强度高、耐磨的有机玻璃或聚碳酸酯。

6.根据权利要求3所述的多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，所述顶盖(21)沿中心凸块(212)外缘开有第一凹槽(213)；所述箱体(23)与顶盖(21)接触面开有第二凹槽(232)；所述第一凹槽(213)和第二凹槽(232)配合形成空腔，空腔内设置有密封圈(22)。

7.根据权利要求3所述的多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，所述流体循环装置(4)包括水箱(42)；所述水箱(42)顶部设置有延伸至其内部，并与中控系统(11)电连接的搅拌器(45)，所述水箱(42)下方设置有移动式储料罐(47)；所述水箱(42)分别与外界的水龙头(41)、动力装置(1)和管路接头(234)连通。

8.根据权利要求7所述的多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，所述移动式储料罐(47)和水箱(42)之间设置有污水泵(46)。

9.根据权利要求1所述的多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，所述中控系统(11)包括壳体，壳体内设置有电连接的空气开关、控制器、变压器和电源，壳体前部面板镶嵌有与控制器电连接的控制按钮(112)和显示器(111)。

10.根据权利要求1所述的多功能管路闭式循环试样冲蚀磨损测试实验装置，其特征在于，所述测试与检测装置(3)包括高速摄像机(33)、测速仪(34)、记录仪(35)，以及依次设置于动力装置(1)与冲蚀磨损实验箱(2)之间的压力变送器(31)和流量传感器(32)；所述高速摄像机(33)、测速仪(34)、记录仪(35)、压力变送器(31)和流量传感器(32)均与中控系统(11)电连接。