一种防磨损s型管道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，具体涉及一种弯头及弯头处理方法，特别是一种S型耐 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，提供一种防磨损S型管道弯头。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 磨削，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] -种防磨损S型管道弯头，包括上顶板、下底板、弧面a和弧面b;上顶板、下底板、弧 面a和弧面b作为四个侧面合围得到S型弯管;上顶板与下底板相同；弧面a和弧面b相同；所 述上顶板、下底板和弧面a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为弯管壁厚，mm;Pmax- 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，〇.2< γι<3;ΙΝΤ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，利用下式计算耐磨材料的厚度：
[0014] 式中，为中摩擦力区高铬耐磨合金的厚度，mmj为弯管壁厚，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S型管道弯头的耐磨处理方法，包括以下步 骤：
[0016] 步骤1:对于S型管道弯头，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S型管道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S型管道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，ζ)。
[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)，分别计算上顶板3、下底板6和弧面a2的摩擦力P(Pa),得到上顶板3、 下底板6和弧面a2各自的摩擦力范围；
[0021] 步骤4:根据步骤3得到的上顶板3、下底板6和弧面a2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IVi;将Ph-m在板面上对应的曲线作为板面 的高摩擦力区包络曲线;将IVi在板面上对应的曲线作为板面的中摩擦力区包络曲线； [0022]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；
[0023] 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；
[0024] 步骤7:在步骤6得到的每个板面的高摩擦力区的位于弯头内的表面上采用氧化铝 陶瓷片，在中摩擦力区的位于弯头内的表面上采用高铬耐磨合金;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，在高摩擦力区域粘贴氧化铝陶瓷片，在中摩擦力区 域中粘贴高络耐磨合金。
[0025] 进一步的，所述步骤3中，利用式2分别计算上顶板3、下底板6和弧面a2的摩擦力P (Pa),
[0026] P= [αρρρ+( l-ap)pa] (uc〇i+ukin+ufr)Grad(U) (式 2)
[0027] 式中：αΡ(x，y，z)为第二相的组分体积分数;pa为空气密度，m3/kg; Wcil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。
[0028] 进一步的，所述步骤4中，分别利用式3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;同时利用式4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IVi;
[0031]式中，ρ·χ-h、Pmin-1分别为板面的最大摩擦力值和最小摩擦力值，Ρα;α、β为区域划 分常数，0.5 <a< I，I < β < 2;板面是指上顶板、下底板和弧面a。
[0032]进一步的，根据式5确定高摩擦力区粘贴氧化铝陶瓷片厚度：
[0034] 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; 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;ΙΝΤ是将一个数值向下取 整为最接近的整数的函数。
[0035] 进一步的，根据式6确定中摩擦力区粘贴高铬耐磨合金的厚度：
[0037]式中，Hm为中摩擦力区高铬耐磨合金的