高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，包括通过管道依次连接的空气压缩机、高温空气加热器、电子高温控制阀、气体流量计，气体流量计的出气口管道与封闭式固体粒子加料器的上腔连接，固体粒子加料器的出料口管道通过固体流量调节阀、固体流量计伸入到箱体内；箱体内设有试样架，试样架上设有试样加热器，固体流量计的出口正对试样加热器的上方，试样加热器的上方设有红外线测速仪、高速摄像机。可广泛用于冲蚀磨损领域，适合各种材料的高温冲蚀磨损试验。
【专利说明】高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冲蚀磨损试验设备，尤其涉及一种高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置。
【背景技术】
[0002]冲蚀磨损是现代工业生产中常见的磨损形式之一，是引起材料破坏或者失效的一个重要原因。冲蚀过程中，气流夹带着固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲蚀造成材料损耗。在煤炭、电力、化工、冶金、矿山、石油、航天、建筑等行业中均存在大量的固体颗粒冲蚀磨损现象并且造成很大的危害。其中，火力发电厂煤粉锅炉燃烧尾气对换热器管道、石油化工厂高温烟气夹带的破碎催化剂粉粒对烟机轮机叶片和相关过流件等涉及到高温冲蚀磨损过程。此外，工作在载粒气流中零件表面制备一层耐冲蚀的涂层是目前工程应用最多且最有效的方法之一。而涂层的耐冲蚀性能直接影响到工件的使用寿命。因此，深入研究不同材料在高速流尘中的冲蚀机理及失效行为，掌握冲蚀规律成为急需解决的问题，材料耐冲蚀性能的提高需要有更好的、更实用的测试手段和方法。
[0003]目前，国内外对固体粒子冲蚀磨损研究的试验设备还不够完善，还没有一种十分理想的固体粒子冲蚀磨损试验装置。现如今普遍使用的一些实验设备不能精确控制磨损过程的主要因素(粒子的冲击速度，冲击角度和冲击密度等)和模拟实际的工况(例如:高温、高压、高速以及具有一定腐蚀性气体环境工况)，这就在一定程度上限制了一些实验条件的范围。例如，真空下落式试验装置只适宜于做低速试验(速度一般小于5m/s);离心磨粒加速试验装置则有速度和角度都不宜精确控制的不足之处；旋臂式冲蚀磨损试验机其冲击速度是由机械旋转造成的，控制电机恒速运转尤为重要；喷射式冲蚀磨损试验机给料具有一定困难且粒子速度测定不够准确。冲蚀磨损机理复杂，涉及到固体颗粒与材料的相互作用，但冲蚀速度不知且变化复杂，喷嘴出口端距离试样的距离较近，再加上安全原因，难以观察冲蚀粒子运动情况，目前国内外对于冲蚀过程中的颗粒的速度范围及引起的材料磨损机制一直没有很好地解释。
[0004]因此，研究和开发更适用模拟实际工况，更准确测量和评价材料抗冲蚀性能的新型固体颗粒冲蚀磨损试验装置和方法很有必要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，用于模拟高温增压气流固体粒子对材料的冲蚀行为影响。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，包括通过管道依次连接的空气压缩机、高温空气加热器、电子高温控制阀、气体流量计，所述气体流量计的出气口管道与封闭式固体粒子加料器的上腔连接，所述固体粒子加料器的出料口管道通过固体流量调节阀、固体流量计伸入到箱体内；[0008]所述箱体内设有试样架，所述试样架上设有试样加热器，所述固体流量计的出口正对所述试样加热器的上方，所述试样加热器的上方设有红外线测速仪、高速摄像机；
[0009]所述高温空气加热器、气体流量计、固体流量计、红外线测速仪和高速摄像机分别与显示器连接。
[0010]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，由于包括通过管道依次连接的空气压缩机、高温空气加热器、电子高温控制阀、气体流量计，气体流量计的出气口管道与封闭式固体粒子加料器的上腔连接，固体粒子加料器的出料口管道通过固体流量调节阀、固体流量计伸入到箱体内；箱体内设有试样架，试样架上设有试样加热器，固体流量计的出口正对试样加热器的上方，试样加热器的上方设有红外线测速仪、高速摄像机；高温空气加热器、气体流量计、固体流量计、红外线测速仪和高速摄像机分别与显示器连接，可以实现高温(亦可低温或常温)实验条件，可广泛用于冲蚀磨损领域，适合各种材料的高温冲蚀磨损试验，为分析冲蚀磨损机理及选择耐磨损材料提供科学实验手段支持。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明实施例提供的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置的结构示意图；
[0012]图2为本发明实施例中的试样架的结构示意图。
[0013]图中:1-空气压缩机、2-高温空气加热器、3-螺旋加热管道、4-电子高温控制阀、5-气体流量计、6-固体粒子加料器、7-固体流量调节阀、8-固体流量计、9-箱体、10-试样架、11-显示器、12-砂尘分离器、13-试样加热器、14-试样、15-红外线测速仪、16-高速摄像机、17-刻度盘、18-固定螺母、19-转动槽、20-循环降温装置、21-电源。
【具体实施方式】
[0014]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0015]本发明的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，其较佳的【具体实施方式】是:
[0016]包括通过管道依次连接的空气压缩机、高温空气加热器、电子高温控制阀、气体流量计，所述气体流量计的出气口管道与封闭式固体粒子加料器的上腔连接，所述固体粒子加料器的出料口管道通过固体流量调节阀、固体流量计伸入到箱体内；
[0017]所述箱体内设有试样架，所述试样架上设有试样加热器，所述固体流量计的出口正对所述试样加热器的上方，所述试样加热器的上方设有红外线测速仪、高速摄像机；
[0018]所述高温空气加热器、气体流量计、固体流量计、红外线测速仪和高速摄像机分别与显示器连接。
[0019]所述的高温空气加热器内部加热管段为螺旋加热管道，所述高温空气加热器设有空气加热测温仪，所述试样加热器设有试样加热测温仪，所述空气加热测温仪和试样加热测温仪分别与所述显示器连接。
[0020]所述箱体内试样架的下部设有漏斗，所述漏斗的外表面设有循环降温装置，所述漏斗的出料管道与砂尘分离器连接。
[0021]试样通过试样夹固定在所述试样加热器上，所述试样架上设置一标有角度的刻度盘并设有转动槽，所述试样加热器设于所述转动槽内，所述试样架与所述试样加热器之间设有固定螺母。
[0022]还包括电源，所述的电源通过导线分别与所述高温空气加热器、试样加热器和循环降温装置相连接。
[0023]所述高温空气加热器和试样加热器内分别设有电磁感应线圈，所述循环降温装置内设有半导体制冷片。
[0024]本发明的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，操作简单、测试精度高、重复性好并可以改变冲蚀磨损测试温度、冲蚀速度和冲蚀角度等。
[0025]本发明克服了原有设备使用过程中冲蚀环境温度及冲蚀角度不能控制、冲蚀速度不可测试的缺点，为选择耐磨损材料和研究冲蚀磨损机理提供试验手段支持。实现了高温(亦可低温或常温)实验条件，可以调整冲蚀角度、冲蚀速度；能测量冲蚀过程中固体粒子速度的变化和运动情况，设有循环降温装置以减少对仪器和人等安全隐患。
[0026]通过本发明的技术方案可以获得冲蚀过程中的固体粒子速度值，基于测试的颗粒速度值，利用有限元模拟的方式对试样表面的冲蚀磨损情况进行分析。可广泛用于冲蚀磨损领域，适合各种材料的高温冲蚀磨损试验，为分析冲蚀磨损机理及选择耐磨损材料提供科学实验手段支持。
[0027]具体实施例:
[0028]如图1和图2所示，在图1中，该实施例包括空气压缩机1、高温空气加热器2、箱体9、电子高温控制阀4、气体流量计5、固体粒子加料器6、固体流量调节阀7、固体流量计
8、试样架10和显示器11。空气压缩机I产生的气体经高温空气加热器2加热，高温空气加热器2出气端设有电子高温控制阀4和气体流量计5，以调节和显示气体供给压力，高温空气加热器2出气端与封闭式固体粒子加料器6的上腔相连接。固体粒子加料器6的出料口处设有固体流量调节阀7和固体流量计8，以控制冲蚀量。固体粒子在箱体9内完成冲蚀过程。箱体9下方的循环降温装置20对冲蚀结束的混合物进行降温。从斗型地板回收回来的是固体粒子及粉尘的混合物，砂尘分离器12用于将固体粒子与粉尘分离。
[0029]上述高温空气加热器2内部加热管段为螺旋加热管道3，保证了冲蚀气流速度的稳定，储存足够的冲蚀热空气满足冲蚀过程的用气量。同时，高温空气加热器2上设有空气加热测温仪，具有一定的设计温度，可以适用于各种不同的实际工况。
[0030]图2中，试样14与试样加热器13通过试样夹固定在试样架10上,试样架10上还设有试样加热器13并且含有试样加热测温仪，以满足不同温度的实验；试样架10上设置一标有角度刻度盘17，试样14和试样加热器13可以在转动槽19内按照角度刻度盘17所示的角度转动以产生不同的攻角，并通过固定螺母18进行固定；红外线测速仪15和高速摄像机16装在试样架10上，分别安置在试样14两侧，以采集冲蚀过程中固体粒子的速度值，并可利用采集的速度进行有限元仿真模拟分析，对实际冲蚀后的试样的冲蚀状况等进行模拟。高速摄像机拍摄整个冲蚀过程，通过单位时间内多帧连续拍摄分析速度的变化。
[0031]所述的显示器11通过导线分别与固体流量计8、气体流量计5、红外线测速仪14以及测温仪连接，方便在屏幕上观察和控制各冲蚀参数。
[0032]所述的电源21通过导线分别与高温空气加热器2、试样加热器13和循环降温装置20相连接。高温空气加热器2和试样加热器13通过电磁感应线圈对空气和试样进行加热，循环降温20装置内设有半导体制冷片，通电时制冷片会产生低温。
[0033]本实施例的工作原理是:利用空气压缩机I产生的压缩空气在高温空气加热器2内经电磁感应加热到需要的温度，直接通入固体粒子加料器6，使固体粒子加料器6内的压力等于或稍大于冲蚀气体输送管道中的压力，在高压力的推动下，将固体粒子加料器6的粒子随压缩空气以不同的速度冲向试样表面，通过粒子在一定时间内的高速冲击作用，来检测材料的耐冲蚀性能，箱体9全封闭，基于环保和操作人员健康方面考虑，在箱体9下部配有循环降温装置20和砂尘分离器12，回收的固体粒子及粉尘的混合物经砂尘分离器12分离。
[0034]本发明相对于现有的技术，具有如下的优点和效果:
[0035]本发明设有固体流量计、气体流量计、电子高温控制阀和固体流量调节阀，实现对压力和固体流量的控制，进而改变气流速度和粒子速度，可以满足各种实验要求。
[0036]采用增压封闭式结构使固体粒子加料器内的压力等于或稍大于冲蚀气体输送管道中的压力，这样保证了固体粒子供给均匀流畅。
[0037]设有高温空气加热器和试样加热器，可以有效实现不同温度下的冲蚀试验。
[0038]高温空气加热器内的螺旋型管道可以储存足够的冲蚀热空气满足冲蚀过程的用气量，保证了冲蚀气流速度的稳定。
[0039]箱体下方设有循环降温装置以降低混合物温度，减少对砂尘分离器的影响，避免
高温隐患。
[0040]试样架上设有红外线测速仪和高速摄像机，对整个实验过程进行拍摄并测量实验过程中固体粒子的冲击速度。
[0041]由于从斗型地板回收回来的是固体粒子及粉尘的混合物，砂尘分离器可将固体粒子与粉尘分离，保证磨料继续循环使用。
[0042]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，其特征在于，包括通过管道依次连接的空气压缩机(I)、高温空气加热器(2)、电子高温控制阀(4)、气体流量计(5)，所述气体流量计(5)的出气口管道与封闭式固体粒子加料器(6)的上腔连接，所述固体粒子加料器(6)的出料口管道通过固体流量调节阀(7)、固体流量计(8)伸入到箱体(9)内； 所述箱体(9)内设有试样架(10)，所述试样架(10)上设有试样加热器(13)，所述固体流量计(8)的出口正对所述试样加热器(13)的上方，所述试样加热器(13)的上方设有红外线测速仪(15)、高速摄像机(16)； 所述高温空气加热器(2)、气体流量计(5)、固体流量计(8)、红外线测速仪(15)和高速摄像机(16)分别与显示器(11)连接。
2.根据权利要求1所述的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，其特征在于，所述的高温空气加热器(2)内部加热管段为螺旋加热管道(3)，所述高温空气加热器(2)设有空气加热测温仪，所述试样加热器(13)设有试样加热测温仪，所述空气加热测温仪和试样加热测温仪分别与所述显示器(11)连接。
3.根据权利要求2所述的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，其特征在于，所述箱体(9)内试样架(10)的下部设有漏斗，所述漏斗的外表面设有循环降温装置(20)，所述漏斗的出料管道与砂尘分离器(12)连接。
4.根据权利 要求3所述的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，其特征在于，试样(14)通过试样夹固定在所述试样加热器(13)上，所述试样架(10)上设置一标有角度的刻度盘(17)并设有转动槽(19)，所述试样加热器(13)设于所述转动槽(19)内，所述试样架(10)与所述试样加热器(13)之间设有固定螺母(18)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，其特征在于，还包括电源(21)，所述的电源(21)通过导线分别与所述高温空气加热器(2)、试样加热器(13)和循环降温装置(20)相连接。
6.根据权利要求5所述的高温增压气流固体粒子冲蚀磨损测试装置，其特征在于，所述高温空气加热器⑵和试样加热器(13)内分别设有电磁感应线圈，所述循环降温装置(20)内设有半导体制冷片。
【文档编号】G01N3/56GK104007035SQ201410265148
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】张洪伟, 董晓慧, 蔡晓君, 陈曙光 申请人:北京石油化工学院