一种90°矩形耐磨弯头及弯头的耐磨处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业通风领域，具体涉及一种矩形弯头及弯头处理方法，特别是一种 90°矩形耐磨弯头及弯头的耐磨处理方法。
【背景技术】
[0002] 在气力、栗送浆体等磨蚀性物料输送过程中，由于输送介质普遍具有硬度高，流速 快，流量大等特点，并在输送过程中长期持续对管壁产生冲击、磨损、腐蚀等作用，使管道产 生疲劳致使渐渐被磨穿。特别是当耐磨管道内输送磨削性大的物料时（如灰渣、煤粉、矿精 粉、尾矿、水泥等），都存在一个耐磨管道磨损快的问题，特别是管道的弯头这样的局部阻力 构件处，物料与周围管壁的碰撞更加剧烈，是输配系统中受磨削最严重的部位。
[0003] 弯头是工业通风输配系统中不可缺少的组成部分。为了防止管道磨损过快，最常 用的方式是浇铸、粘贴、点焊等方式在管道内壁贴附上耐磨材料。但并非所有部位都会受到 很大的摩擦力，只有管道中速度梯度较大处才会受到严重的摩擦，而传统的贴附管道内壁 的方法不仅导致管道内阻力变得很大，耗能增大，且需要较大型号送风风机设备。同时，现 有的具有集中通风空调的建筑内风管面积都很大，如果使用传统的耐磨处理方法则需要使 用大量的耐磨损材料，费用不菲。
【发明内容】
[0004] 针对现有弯头的缺陷，本发明的目的在于，提供一种90°矩形耐磨弯头。该弯头在 不同摩擦剪切力的部位采用不同的耐磨材料，有效地抵抗气力输送过程中物料对管道的磨 肖IJ，使得管道不同部位根据磨削的程度进行耐磨强化，同时节省昂贵材料，降低弯头的造 价。
[0005] 为实现上述技术任务，本发明采用下述技术方案予以实现：
[0006] -种耐磨工业通风弯管，包括上顶板、下底板、外弧面和内弧面;上顶板、下底板、 外弧面和内弧面作为四个面合围得到一个1/4圆的弧形管;上顶板与下底板相同；在所述下 底板和内弧面都被划分为高摩擦力区、中摩擦力区和低摩擦力区；在高摩擦力区和中摩擦 力区的位于弯头内的表面上分别使用不同耐磨厚度的耐磨材料。
[0007] 进一步的，在高摩擦力区的位于弯头内的表面上采用的耐磨材料为氧化铝陶瓷 片。
[0008] 进一步的，利用下式计算氧化铝陶瓷片的厚度：
[0010]式中，Hh为高摩擦力区氧化铝陶瓷片的厚度，mmj为90°矩形弯管壁厚，mm;P max-h为 板面的最大摩擦力值，Pa; Ph-m为划分高摩擦力区和中摩擦力区的摩擦力阈值，Pa; P为高摩 擦力区或中摩擦力区中任意点处的摩擦力，Pa; γι为高噪音区厚度常数系数，0.2< γι< 3; INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
[0011] 进一步的，在中摩擦力区的位于弯头内的表面上采用的耐磨材料为高铬耐磨合 金。
[0012] 进一步的，利用下式计算高络耐磨合金的厚度：
[0014] 式中，为中摩擦力区高铬耐磨合金的厚度，πιπι;δ为90°矩形弯管壁厚，mm;Ph-m为 划分高摩擦力区和中摩擦力区的摩擦力阈值，Pa; Pm-I为划分中摩擦力区和低摩擦力区的摩 擦力阈值，Pa; P为高摩擦力区或中摩擦力区中任意点处的摩擦力，Pa; γ 2为中噪音区厚度 常数系数，0.2 < γ 2 < 3; INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。
[0015] 本发明的另一个目的在于，提供一种90°矩形弯头的耐磨处理方法，包括以下步 骤：
[0016] 步骤1:对于90°矩形弯头，求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S 动量方程偏微分方程组，确定90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x，y，ζ)和速度梯度Gard [ U (X， y,z)]；
[0017] 步骤2:根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流速度场u(x，y，z)，代入式1所示的 尘粒的组分体积分数方程，对式1进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代对式1 进行求解，得到第二相即尘粒的体积浓度α Ρ (X，y，Z);
[0019 ]式中，Pp为尘粒密度，m3/kg; t为时间，S; Vdr, P为滑移速度，m/s; m为质量流量，kg/s;
[0020] 步骤3:根据步骤1求解得到的速度梯度Gard [U(x，y，ζ)]和步骤2求解得到的尘粒 的体积浓度aP(x，y，z)，利用式2分别计算内弧面和下底板的摩擦力P(Pa),得到内弧面和下 底板各自的摩擦力范围；
[0021] P= [αρρρ+( l-ap)pa] (uc〇i+ukin+Ufr)Grad(U) (式 2)
[0022] 式中：αρ( χ，y，ζ)为第二相的组分体积分数;pa为空气密度，m3/kg; Ucxjl为碰撞运动 粘性系数，m2/s; Ukin为动能运动粘性系数，m2/s; Ufr为摩擦运动粘性系数m2/s。
[0023]步骤4:根据步骤3得到的内弧面和下底板的摩擦力范围，分别计算得到各个板面 的划分高摩擦力区和中摩擦力区的摩擦力阈值Ph-m;同时计算得到内弧面和下底板的划分 中摩擦力区和低摩擦力区的摩擦力阈值Pm-I;将Ph-m在板面上对应的曲线作为高摩擦力区包 络曲线;将在板面上对应的曲线作为中摩擦力区包络曲线；
[0024]步骤5:将步骤4得到的每个板面上中低摩擦力区包络曲线、高中摩擦力区包络曲 线上取多个离散点，并获取这些离散点的坐标值;对中低摩擦力区包络曲线、高中摩擦力区 包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程，然后用通用全局优化法 对原始拟合曲线方程进行处理，得到中低摩擦力区包络曲线、高中摩擦力区包络曲线对应 的拟合曲线方程；
[0025]步骤6:将步骤5得到每个板面的每条拟合曲线方程作为板面上各摩擦力区的分界 线，得到各板面的高摩擦力区、中摩擦力区和低摩擦力区；
[0026]步骤7:在步骤6得到的每个板面的高摩擦力区采用氧化铝陶瓷片，在中摩擦力区 采用高铬耐磨合金;根据计算得到的各板面的各摩擦力区内需要粘贴耐磨材料的厚度，在 高摩擦力区的位于弯头内的表面上粘贴氧化铝陶瓷片，在中摩擦力区域的位于弯头内的表 面上粘贴高铬耐磨合金。
[0027] 进一步的，所述步骤3中，利用式2分别计算内弧面和下底板的摩擦力P(Pa):
[0028] P= [αρρρ+( l-ap)pa] (uc〇i+ukin+ufr)Grad(U) (式 2)
[0029] 式中：αρ( χ，y，z)为第二相的组分体积分数;pa为空气密度，m3/kg; Ucxjl为碰撞运动 粘性系数，m2/s; Ukin为动能运动粘性系数，m2/s; Ufr为摩擦运动粘性系数m2/s。
[0030] 进一步的，所述步骤4中，利用式3分别得到各个板面的划分高摩擦力区和中摩擦 力区的摩擦力阈值Ph-m，Pa;同时利用式4得到内弧面和下底板的划分中摩擦力区和低摩擦 力区的摩擦力阈值Pm-i，Pa;
[0033] 式中，Pmax-h、Pmin-i分别为板面的最大摩擦力值和最小摩擦力值，Pa;a』为区域划 分常数，〇.5<α< 1，1 板面是指下底板4或内弧面7。
[0034] 进一步的，所述步骤7中，根据式5确定高摩擦力区粘贴氧化铝陶瓷片厚度：
[0036]式中，Hh为高摩擦力区氧化铝陶瓷片的厚度，mm;Pmax-h为板面的最大摩擦力值，Pa;