CN208588636U - 一种高温高速气固磨损试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高温高速气固磨损试验装置。冲击试件台铰接有活动块，试件及其加热器装在活动块上，冲击试件台固定架安装在试验箱内底部，气固混合喷射器安装在试验箱上，试验箱开通孔连接旋风分离器，试验箱内底部设有颗粒回收器，颗粒回收挡板倾斜固定于试验箱内底部；空气一路经储料罐、进料系统连接到气固混合喷射器一进口，另一路连接气固混合喷射器另一进口。本实用新型用来研究严苛工况下高温、高速气固两相流冲击作用下材料在不同影响因素下的失重规律，得到冲击磨损规律，构建高温冲击磨损模型，用于研究模拟高温高速气固两相流冲击磨损情况，延长设备的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及了一种冲击磨损试验装置，尤其是涉及一种高温高速气固磨损试验装置。
背景技术
冲击磨损现象广泛存在于石油化工、煤化工、电力和航空航天等领域的叶轮机、发动机、泵、阀门、管道、喷嘴及相关设备，是造成机器零部件损坏、能源消耗和安全隐患的重要原因。例如煤化工装置中的阀门和衬套的磨损，各种风机叶片受固体粒子的冲击而发生磨损，造成生产寿命和效率的下降以及能源的浪费；由固体粒子冲击引起的冲击磨损在汽轮机、泵、热交换器的管道系统中更是一个严重的问题。
目前为减小冲击磨损的危害和损失，一般采用增大金属材料的硬度和强度来提高其抗冲击磨损性能，但是在一定的使用和加工条件下，对于金属材料其硬度和强度增幅有限，已难以满足复杂恶劣工况下材料抗冲击磨损性能的要求。
硬质合金具有：高抗压强度、高硬度、高弹性模量、良好的耐磨性及抗冲击性等独特的组合性能，是经工程实践证明的目前很有应用前景的抗冲击材料。但是由于硬质合金材料具有良好的耐冲击性能，常用在高温高速等严苛工况下，一般的试验装置无法模拟超过500℃的苛刻工况，目前关于硬质合金高温高速冲击磨损性能的研究相对较少，冲击机理尚不明确。
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高温高速气固磨损试验装置，用于连续高温气固冲击磨损试验，能够模拟实际工况中的高温高速气固冲击失效的过程，针对目前工业中常见的耐磨高性能硬质合金材料，研究不同影响因素下材料的冲击磨损规律，可为煤化工、石油化工的管道、阀门的选材和结构优化提供理论基础，延长设备的使用寿命。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
本实用新型包括空气压缩机、储气罐、除油器、空气干燥器、第一调节阀门、第二调节阀门、储料罐、进料系统、试验箱和旋风分离器；试验箱主要由气固混合喷射器、冲击试件台固定架、试件加热器、电子显像温度控制器、拆卸式高度调节装置、颗粒回收挡板和颗粒回收器组成；冲击试件台固定架顶部铰接有活动块，试件和试件加热器安装在冲击试件台固定架顶部的活动块上，冲击试件台固定架通过拆卸式高度调节装置安装在试验箱内底部，气固混合喷射器安装在试验箱一侧侧壁上，试验箱另一侧侧壁顶部开有通孔并连接旋风分离器，气固混合喷射器下方的试验箱内底部设有颗粒回收器，气固混合喷射器和冲击试件台固定架顶部之间的下方设有颗粒回收挡板，颗粒回收挡板倾斜固定于试验箱内底部；空气压缩机依次经储气罐、除油器后连接到空气干燥器，空气干燥器之后分为两路，一路经第二调节阀门连接到储料罐进口，储料罐出口经进料系统连接到试验箱中的气固混合喷射器第一进口，另一路经第一调节阀门直接连接到试验箱中的气固混合喷射器第二进口。
所述的进料系统主要由螺旋推进器和锁气机组成，储料罐出口连接到螺旋推进器上，螺旋推进器出口连接到锁气机的进口，锁气机出口作为进料系统的出料口，与气固混合喷射器联通；储料罐内的颗粒由螺旋推进器和锁气机联动进料。
试件加热器使用耐高温材料整体保温，保障了高温的稳定性。
所述的气固混合喷射器包括进料管道、动力管道和出料管道，进料管道的出口、动力管道的出口和出料管道的出口均连接到内部中空的方形腔体，动力管道的出口端部形成逐渐缩小的喇叭口结构并伸入到方形腔体，进料管道的进口作为第一进口，动力管道的进口作为第二进口，动力管道的进口和出料管道的出口同轴布置，出料管道的出口朝向冲击试件台固定架顶部的活动块布置。
所述的试件加热器具体包括壳体、电阻丝、热电偶、保温材料，壳体内的两端分别安装有用于加热的电阻丝和用于测量温度的热电偶，电阻丝和热电偶均与电子显像温度控制器连接，壳体内的两端端面均设置保温材料。
所述的试件加热器与冲击试件台固定架顶部的活动块固定连接，活动块在冲击试件台固定架顶部调节角度为0～180℃。
所述的第二调节阀门和储料罐之间连接有第二压力表。
所述的第一调节阀门和气固混合喷射器之间连接有流量计和第一压力表。
所述的试件通过螺钉固定到试件加热器端面，使得试件加热器端面与试件紧密贴合。
所述的颗粒回收器为试验箱内底部开设的凹槽结构。
所述的颗粒回收挡板朝向冲击试件台固定架倾斜布置于试验箱内。
本实用新型可用来研究严苛工况下高温、高速气固两相流冲击作用下材料在不同影响因素下的失重规律，通过理论分析和实验数据相结合，得到不同工况下材料的冲击磨损规律，构建高温冲击磨损模型，揭示高温高速气固两相流冲击磨损的机理及其影响因素，可为煤化工、石油化工的管道、阀门的选材和结构优化提供理论基础，延长设备的使用寿命。
本实用新型具有的有效益效果是：
利用空气压缩机产生高速气流经气固混合喷射器后喷出固体颗粒冲击试件，测定不同工况下各类喷涂处理工艺后硬质合金材料的磨损率。试验装置可用来研究严苛工况下高温、高速气固两相流冲击磨损作用下材料在不同冲击角度、冲击速度、冲击时间下的失重规律。
在后续数据处理方面，可以利用高速摄影仪来观察记录颗粒冲击试件的运动轨迹，通过CFD和实验数据相结合的研究方法，得到不同工况下材料的冲击磨损规律，构建在不同冲击角度、冲击速度、冲击时间下的高温材料冲击磨损模型，揭示高温高速气固两相流冲击磨损的机理及其影响因素，可为化工过程中的管道、阀门的选材和结构优化提供理论基础，延长设备的使用寿命。
本实用新型能同时对加热器的创新设计及安全有效的保温处理，实测试件最高加热温度达710℃，极大程度上还原了严苛条件下的工况。
附图说明
图1是本实用新型的结构原理示意图。
图2是进料系统示意图。
图3是试验箱内部示意图。
图4是加热装置示意图。
图5是气固混合喷射器结构示意图；
图中：1、空气压缩机，2、储气罐，3、除油器，4、空气干燥器，5、第一调节阀门，6、流量计，7、第一压力表，8、第二调节阀门，9、第二压力表，10、储料罐，11、进料系统，12、试验箱，13、旋风分离器。14、螺旋推进器，15、锁气机，16、气固混合喷射器，17、冲击试件台固定架，18、试件加热器，181、壳体，182、电阻丝，183、热电偶，184、保温材料，19、电子显像温度控制器，20、拆卸式高度调节装置，21、颗粒回收挡板，22、颗粒回收器，23、试件。
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所示，本实用新型具体实施包括空气压缩机1、储气罐2、除油器3、空气干燥器4、第一调节阀门5、第二调节阀门8、储料罐10、进料系统11、试验箱12和旋风分离器13；试验箱12主要由气固混合喷射器16、冲击试件台固定架17、试件加热器18、电子显像温度控制器19、拆卸式高度调节装置20、颗粒回收挡板21和颗粒回收器22组成。
试验箱12内，冲击试件台固定架17顶部铰接有活动块，试件23和试件加热器18安装在冲击试件台固定架17顶部的活动块上，冲击试件台固定架17通过拆卸式高度调节装置20安装在试验箱12内底部，拆卸式高度调节装置20调节带动冲击试件台固定架17的上下移动，气固混合喷射器16安装在试验箱12一侧侧壁上，试验箱12另一侧侧壁顶部开有通孔并连接旋风分离器13，气固混合喷射器16下方的试验箱12内底部设有颗粒回收器22，气固混合喷射器16和冲击试件台固定架17顶部之间的下方设有颗粒回收挡板21，颗粒回收挡板21倾斜固定于试验箱12内底部；空气压缩机1依次经储气罐2、除油器3后连接到空气干燥器4，空气干燥器4之后分为两路，一路经第二调节阀门8连接到储料罐10进口，储料罐10出口经进料系统11连接到试验箱12中的气固混合喷射器16第一进口，另一路经第一调节阀门5直接连接到试验箱12中的气固混合喷射器16第二进口。
第二调节阀门8和储料罐10之间连接有第二压力表9，第一调节阀门5和气固混合喷射器16之间连接有流量计6和第一压力表7。流量计6和第一压力表7布置在第一调节阀5和混合喷射器16之间的管路上。
试件23通过螺钉固定到试件加热器18端面，使得试件加热器18端面与试件23紧密贴合。颗粒回收器22为试验箱12内底部开设的凹槽结构。颗粒回收挡板21朝向冲击试件台固定架17倾斜布置于试验箱12内。
如图2所示，进料系统11主要由螺旋推进器14和锁气机15组成，储料罐10出口连接到螺旋推进器14上，螺旋推进器14出口连接到锁气机15的进口，锁气机15出口作为进料系统11的出料口，与气固混合喷射器16联通；储料罐10内的颗粒由螺旋推进器14和锁气机15联动进料，实现了微调稳定进料。
如图5所示，气固混合喷射器16包括进料管道、动力管道和出料管道，进料管道的出口、动力管道的出口和出料管道的出口均连接到内部中空的方形腔体，动力管道的出口端部形成逐渐缩小的喇叭口结构并伸入到方形腔体，进料管道的进口作为第一进口，动力管道的进口作为第二进口，动力管道的进口和出料管道的出口同轴布置，出料管道的出口朝向冲击试件台固定架17顶部的活动块布置。
如图4所示，试件加热器18具体包括壳体181、电阻丝182、热电偶183、保温材料184，壳体181内的两端分别安装有用于加热的电阻丝182和用于测量温度的热电偶183，电阻丝182和热电偶183均与电子显像温度控制器18连接，壳体181内的两端端面均设置保温材料184。
试件加热器18与冲击试件台固定架17顶部的活动块固定连接，活动块在冲击试件台固定架17顶部调节角度为0～180℃。
本实用新型具体实施工作过程如下：
如图1所示，安装好高温高速气固两相流冲击磨损试验装置，实验前首先将大小为100mm×80mm×10mm的试件23、试件加热器18安装在冲击试件台固定架17上，并通过使用拆卸式高度调节装置20，调节冲击试件台固定架17与气固混合喷射器16的相对位置。
工作过程为：开启试件加热器18，通过电子显像温度控制器19控制温度达到预设实验温度并在实验阶段维持该温度。打开空气压缩机1将空气压进储气罐2，经除油器3除去油质成分后，进入空气干燥器4，对空气进行干燥。随后气体分为两路：一路经第一调节阀门5进入混合喷射器16，流量计6和第一压力表7布置在第一调节阀5和混合喷射器16之间的管路上；另一路经第二调节阀门8进入储料罐10，两者之间管路上布置有第二压力表9，储料罐10内的颗粒在气流驱动下进入进料系统11，颗粒以一定的速率掉入螺旋推进器14在螺旋叶片推动下进入锁气机15，锁气机15隔断上下两边的气压并将颗粒输入气固混合喷射器16内。如图3所示，气流颗粒经气固混合喷射器16的加速后以一定速度冲击试件23，颗粒经试件23冲击反弹后溅落在颗粒回收挡板21的斜面上，在重力作用下汇聚到颗粒回收器22中，试验箱12中气体经旋风分离器13分离出残余颗粒并合理排放处理。
如图2所示，储料罐10内的颗粒在气体驱动下，以一定的速率掉入螺旋推进器14，在螺旋叶片推动下进入锁气机15，锁气机15可以隔断上下两边的气压，并将颗粒顺利输入下方实验部分的气固混合喷射器16内。
如图3所示，在实验准备阶段，使用拆卸式高度调节装置20，调节冲击试件台固定架17与气固混合喷射器16的相对位置。气体颗粒经气固混合喷射器16的加速后，以一定速度冲击试件23，经试件23冲击反弹，颗粒溅落在颗粒回收挡板21斜坡上，在重力作用下最终汇聚在颗粒回收器22中。
如图4所示，在实验准备阶段，预先将试件23、试件加热器18安装在冲击试件台固定架17上。开启试件加热器18，通过电子显像温度控制器19控制温度达到预设实验温度并在实验阶段维持该温度。
本实用新型工作原理如下：
如图1所示，安装好一种高温高速气固磨损试验装置，实验前首先将大小为65mm×40mm×10mm的试件23、温度调节范围为20℃～700℃试件加热器18；安装在冲击试件台固定架17上，并通过使用拆卸式高度调节装置20(高度调节范围为0-100mm)，调节冲击试件台固定架17与气固混合喷射器16的相对位置。开启试件加热器18，通过电子显像温度控制器19控制温度达到预设实验温度并在实验阶段维持该温度。打开空气压缩机1将空气压进储气罐2(流量调节范围为0-0.3m3/min)，经除油器3除去油质成分后，进入空气干燥器4，对空气进行干燥。随后气体分为两路：一路经第一调节阀门5进入混合喷射器16，流量计6和第一压力表7布置在第一调节阀5和混合喷射器16之间的管路上；另一路经第二调节阀门8进入储料罐10，两者之间管路上布置有第二压力表9。储料罐10内的颗粒在气体驱动下，以一定的速率掉入螺旋推进器14，在螺旋叶片推动下进入锁气机15，锁气机15可以隔断上下两边的气压，并将颗粒顺利输入下方实验部分的气固混合喷射器16内。气体颗粒经气固混合喷射器16的加速后，以一定速度冲击试件23，经试件23冲击反弹，颗粒溅落在颗粒回收挡板21斜坡上，在重力作用下最终汇聚在颗粒回收器22中。试验箱中的气体经旋风分离器13分离出残余颗粒，合理排放处理。
气固混合喷射器结构示意图如图5所示，动力气源从左边进入，经过一段变径收缩后，产生高速流，并在混合室内形成负压并吸引上方进料口的磨料进入混合室，经混合后形成的气固两相流经过二次变径收缩，并配合出口的一小段扩张，再次产生高速流，充分提高颗粒速度。
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 (7)
1.一种高温高速气固磨损试验装置，其特征在于：包括空气压缩机(1)、储气罐(2)、除油器(3)、空气干燥器(4)、第一调节阀门(5)、第二调节阀门(8)、储料罐(10)、进料系统(11)、试验箱(12)和旋风分离器(13)；试验箱(12)主要由气固混合喷射器(16)、冲击试件台固定架(17)、试件加热器(18)、电子显像温度控制器(19)、拆卸式高度调节装置(20)、颗粒回收挡板(21)和颗粒回收器(22)组成；冲击试件台固定架(17)顶部铰接有活动块，试件(23)和试件加热器(18)安装在冲击试件台固定架(17)顶部的活动块上，冲击试件台固定架(17)通过拆卸式高度调节装置(20)安装在试验箱(12)内底部，气固混合喷射器(16)安装在试验箱(12)一侧侧壁上，试验箱(12)另一侧侧壁顶部开有通孔并连接旋风分离器(13)，气固混合喷射器(16)下方的试验箱(12)内底部设有颗粒回收器(22)，气固混合喷射器(16)和冲击试件台固定架(17)顶部之间的下方设有颗粒回收挡板(21)，颗粒回收挡板(21)倾斜固定于试验箱(12)内底部；空气压缩机(1)依次经储气罐(2)、除油器(3)后连接到空气干燥器(4)，空气干燥器(4)之后分为两路，一路经第二调节阀门(8)连接到储料罐(10)进口，储料罐(10)出口经进料系统(11)连接到试验箱(12)中的气固混合喷射器(16)第一进口，另一路经第一调节阀门(5)直接连接到试验箱(12)中的气固混合喷射器(16)第二进口；进料系统(11)主要由螺旋推进器(14)和锁气机(15)组成，储料罐(10)出口连接到螺旋推进器(14)上，螺旋推进器(14)出口连接到锁气机(15)的进口，锁气机(15)出口作为进料系统(11)的出料口，与气固混合喷射器(16)联通；储料罐(10)内的颗粒由螺旋推进器(14)和锁气机(15)联动进料；气固混合喷射器(16)包括进料管道、动力管道和出料管道，进料管道的出口、动力管道的出口和出料管道的出口均连接到内部中空的方形腔体，动力管道的出口端部形成逐渐缩小的喇叭口结构并伸入到方形腔体，进料管道的进口作为第一进口，动力管道的进口作为第二进口，动力管道的进口和出料管道的出口同轴布置，出料管道的出口朝向冲击试件台固定架(17)顶部的活动块布置；试件加热器(18)具体包括壳体(181)、电阻丝(182)、热电偶(183)、保温材料(184)，壳体(181)内的两端分别安装有用于加热的电阻丝(182)和用于测量温度的热电偶(183)，电阻丝(182)和热电偶(183)均与电子显像温度控制器(19)连接，壳体(181)内的两端端面均设置保温材料(184)。
2.根据权利要求1所述的一种高温高速气固磨损试验装置，其特征在于：
所述的试件加热器(18)与冲击试件台固定架(17)顶部的活动块固定连接，活动块在冲击试件台固定架(17)顶部调节角度为0～180℃。
3.根据权利要求1所述的一种高温高速气固磨损试验装置，其特征在于：
所述的第二调节阀门(8)和储料罐(10)之间连接有第二压力表(9)。
4.根据权利要求1所述的一种高温高速气固磨损试验装置，其特征在于：
所述的第一调节阀门(5)和气固混合喷射器(16)之间连接有流量计(6)和第一压力表(7)。
5.根据权利要求1所述的一种高温高速气固磨损试验装置，其特征在于：
所述的试件(23)通过螺钉固定到试件加热器(18)端面，使得试件加热器(18)端面与试件(23)紧密贴合。
6.根据权利要求1所述的一种高温高速气固磨损试验装置，其特征在于：
所述的颗粒回收器(22)为试验箱(12)内底部开设的凹槽结构。
7.根据权利要求1所述的一种高温高速气固磨损试验装置，其特征在于：
所述的颗粒回收挡板(21)朝向冲击试件台固定架(17)倾斜布置于试验箱(12)内。
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|---|---|---|---|---|
| CN108680451A (zh) * | 2018-07-25 | 2018-10-19 | 浙江理工大学 | 高温高速气固磨损试验装置 |
| CN108680451B (zh) * | 2018-07-25 | 2023-11-17 | 浙江理工大学 | 高温高速气固磨损试验装置 |
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Legal Events
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Granted publication date: 20190308 Effective date of abandoning: 20231117 |
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