高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，包括通過管道依次連接的空氣壓縮機、高溫空氣加熱器、電子高溫控制閥、氣體流量計，氣體流量計的出氣口管道與封閉式固體粒子加料器的上腔連接，固體粒子加料器的出料口管道通過固體流量調節閥、固體流量計伸入到箱體內；箱體內設有試樣架，試樣架上設有試樣加熱器，固體流量計的出口正對試樣加熱器的上方，試樣加熱器的上方設有紅外線測速儀、高速攝像機。可廣泛用于沖蝕磨損領域，適合各種材料的高溫沖蝕磨損試驗。
【專利說明】高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種沖蝕磨損試驗設備，尤其涉及一種高溫增壓氣流固體粒子沖 蝕磨損測試裝置。
【背景技術】
[0002] 沖蝕磨損是現代工業生產中常見的磨損形式之一，是引起材料破壞或者失效的一 個重要原因。沖蝕過程中，氣流夾帶著固體顆粒以一定的速度和角度對材料表面進行沖蝕 造成材料損耗。在煤炭、電力、化工、冶金、礦山、石油、航天、建筑等行業中均存在大量的固 體顆粒沖蝕磨損現象并且造成很大的危害。其中，火力發電廠煤粉鍋爐燃燒尾氣對換熱器 管道、石油化工廠高溫煙氣夾帶的破碎催化劑粉粒對煙機輪機葉片和相關過流件等涉及到 高溫沖蝕磨損過程。此外，工作在載粒氣流中零件表面制備一層耐沖蝕的涂層是目前工程 應用最多且最有效的方法之一。而涂層的耐沖蝕性能直接影響到工件的使用壽命。因此， 深入研究不同材料在高速流塵中的沖蝕機理及失效行為，掌握沖蝕規律成為急需解決的問 題，材料耐沖蝕性能的提高需要有更好的、更實用的測試手段和方法。
[0003] 目前，國內外對固體粒子沖蝕磨損研究的試驗設備還不夠完善，還沒有一種十分 理想的固體粒子沖蝕磨損試驗裝置。現如今普遍使用的一些實驗設備不能精確控制磨損過 程的主要因素（粒子的沖擊速度，沖擊角度和沖擊密度等）和模擬實際的工況（例如：高 溫、高壓、高速以及具有一定腐蝕性氣體環境工況），這就在一定程度上限制了一些實驗條 件的范圍。例如，真空下落式試驗裝置只適宜于做低速試驗（速度一般小于5m/s);離心磨 粒加速試驗裝置則有速度和角度都不宜精確控制的不足之處；旋臂式沖蝕磨損試驗機其沖 擊速度是由機械旋轉造成的，控制電機恒速運轉尤為重要；噴射式沖蝕磨損試驗機給料具 有一定困難且粒子速度測定不夠準確。沖蝕磨損機理復雜，涉及到固體顆粒與材料的相互 作用，但沖蝕速度不知且變化復雜，噴嘴出口端距離試樣的距離較近，再加上安全原因，難 以觀察沖蝕粒子運動情況，目前國內外對于沖蝕過程中的顆粒的速度范圍及引起的材料磨 損機制一直沒有很好地解釋。
[0004] 因此，研究和開發更適用模擬實際工況，更準確測量和評價材料抗沖蝕性能的新 型固體顆粒沖蝕磨損試驗裝置和方法很有必要。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的是提供一種高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，用于模 擬高溫增壓氣流固體粒子對材料的沖蝕行為影響。
[0006] 本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：
[0007] 本實用新型的高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，包括通過管道依次連接 的空氣壓縮機、高溫空氣加熱器、電子高溫控制閥、氣體流量計，所述氣體流量計的出氣口 管道與封閉式固體粒子加料器的上腔連接，所述固體粒子加料器的出料口管道通過固體流 量調節閥、固體流量計伸入到箱體內；
[0008] 所述箱體內設有試樣架，所述試樣架上設有試樣加熱器，所述固體流量計的出口 正對所述試樣加熱器的上方，所述試樣加熱器的上方設有紅外線測速儀、高速攝像機；
[0009] 所述高溫空氣加熱器、氣體流量計、固體流量計、紅外線測速儀和高速攝像機分別 與顯示器連接。
[0010] 由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例提供的高溫增壓 氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，由于包括通過管道依次連接的空氣壓縮機、高溫空氣加 熱器、電子高溫控制閥、氣體流量計，氣體流量計的出氣口管道與封閉式固體粒子加料器的 上腔連接，固體粒子加料器的出料口管道通過固體流量調節閥、固體流量計伸入到箱體內； 箱體內設有試樣架，試樣架上設有試樣加熱器，固體流量計的出口正對試樣加熱器的上方， 試樣加熱器的上方設有紅外線測速儀、高速攝像機；高溫空氣加熱器、氣體流量計、固體流 量計、紅外線測速儀和高速攝像機分別與顯示器連接，可以實現高溫（亦可低溫或常溫）實 驗條件，可廣泛用于沖蝕磨損領域，適合各種材料的高溫沖蝕磨損試驗，為分析沖蝕磨損機 理及選擇耐磨損材料提供科學實驗手段支持。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011] 圖1為本實用新型實施例提供的高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置的結 構示意圖；
[0012] 圖2為本實用新型實施例中的試樣架的結構示意圖。
[0013] 圖中：1-空氣壓縮機、2-高溫空氣加熱器、3-螺旋加熱管道、4-電子高溫控制閥、 5_氣體流量計、6-固體粒子加料器、7-固體流量調節閥、8-固體流量計、9-箱體、10-試樣 架、11-顯示器、12-砂塵分離器、13-試樣加熱器、14-試樣、15-紅外線測速儀、16-高速攝 像機、17-刻度盤、18-固定螺母、19-轉動槽、20-循環降溫裝置、21-電源。
【具體實施方式】
[0014] 下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0015] 本實用新型的高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，其較佳的【具體實施方式】 是：
[0016] 包括通過管道依次連接的空氣壓縮機、高溫空氣加熱器、電子高溫控制閥、氣體流 量計，所述氣體流量計的出氣口管道與封閉式固體粒子加料器的上腔連接，所述固體粒子 加料器的出料口管道通過固體流量調節閥、固體流量計伸入到箱體內；
[0017] 所述箱體內設有試樣架，所述試樣架上設有試樣加熱器，所述固體流量計的出口 正對所述試樣加熱器的上方，所述試樣加熱器的上方設有紅外線測速儀、高速攝像機；
[0018] 所述高溫空氣加熱器、氣體流量計、固體流量計、紅外線測速儀和高速攝像機分別 與顯示器連接。
[0019] 所述的高溫空氣加熱器內部加熱管段為螺旋加熱管道，所述高溫空氣加熱器設有 空氣加熱測溫儀，所述試樣加熱器設有試樣加熱測溫儀，所述空氣加熱測溫儀和試樣加熱 測溫儀分別與所述顯示器連接。
[0020] 所述箱體內試樣架的下部設有漏斗，所述漏斗的外表面設有循環降溫裝置，所述 漏斗的出料管道與砂塵分離器連接。
[0021] 試樣通過試樣夾固定在所述試樣加熱器上，所述試樣架上設置一標有角度的刻度 盤并設有轉動槽，所述試樣加熱器設于所述轉動槽內，所述試樣架與所述試樣加熱器之間 設有固定螺母。
[0022] 還包括電源，所述的電源通過導線分別與所述高溫空氣加熱器、試樣加熱器和循 環降溫裝置相連接。
[0023] 所述高溫空氣加熱器和試樣加熱器內分別設有電磁感應線圈，所述循環降溫裝置 內設有半導體制冷片。
[0024] 本實用新型的高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，操作簡單、測試精度高、 重復性好并可以改變沖蝕磨損測試溫度、沖蝕速度和沖蝕角度等。
[0025] 本實用新型克服了原有設備使用過程中沖蝕環境溫度及沖蝕角度不能控制、沖蝕 速度不可測試的缺點，為選擇耐磨損材料和研究沖蝕磨損機理提供試驗手段支持。實現了 高溫（亦可低溫或常溫）實驗條件，可以調整沖蝕角度、沖蝕速度；能測量沖蝕過程中固體 粒子速度的變化和運動情況，設有循環降溫裝置以減少對儀器和人等安全隱患。
[0026] 通過本實用新型的技術方案可以獲得沖蝕過程中的固體粒子速度值，基于測試的 顆粒速度值，利用有限元模擬的方式對試樣表面的沖蝕磨損情況進行分析。可廣泛用于沖 蝕磨損領域,適合各種材料的高溫沖蝕磨損試驗，為分析沖蝕磨損機理及選擇耐磨損材料 提供科學實驗手段支持。
[0027] 具體實施例：
[0028] 如圖1和圖2所示，在圖1中，該實施例包括空氣壓縮機1、高溫空氣加熱器2、箱 體9、電子高溫控制閥4、氣體流量計5、固體粒子加料器6、固體流量調節閥7、固體流量計 8、試樣架10和顯示器11。空氣壓縮機1產生的氣體經高溫空氣加熱器2加熱，高溫空氣加 熱器2出氣端設有電子高溫控制閥4和氣體流量計5,以調節和顯示氣體供給壓力，高溫空 氣加熱器2出氣端與封閉式固體粒子加料器6的上腔相連接。固體粒子加料器6的出料口 處設有固體流量調節閥7和固體流量計8,以控制沖蝕量。固體粒子在箱體9內完成沖蝕過 程。箱體9下方的循環降溫裝置20對沖蝕結束的混合物進行降溫。從斗型地板回收回來 的是固體粒子及粉塵的混合物，砂塵分離器12用于將固體粒子與粉塵分離。
[0029] 上述高溫空氣加熱器2內部加熱管段為螺旋加熱管道3,保證了沖蝕氣流速度的 穩定，儲存足夠的沖蝕熱空氣滿足沖蝕過程的用氣量。同時，高溫空氣加熱器2上設有空氣 加熱測溫儀，具有一定的設計溫度，可以適用于各種不同的實際工況。
[0030] 圖2中，試樣14與試樣加熱器13通過試樣夾固定在試樣架10上，試樣架10上還 設有試樣加熱器13并且含有試樣加熱測溫儀，以滿足不同溫度的實驗；試樣架10上設置一 標有角度刻度盤17,試樣14和試樣加熱器13可以在轉動槽19內按照角度刻度盤17所示 的角度轉動以產生不同的攻角，并通過固定螺母18進行固定；紅外線測速儀15和高速攝 像機16裝在試樣架10上，分別安置在試樣14兩側，以采集沖蝕過程中固體粒子的速度值， 并可利用采集的速度進行有限元仿真模擬分析，對實際沖蝕后的試樣的沖蝕狀況等進行模 擬。高速攝像機拍攝整個沖蝕過程，通過單位時間內多幀連續拍攝分析速度的變化。
[0031] 所述的顯示器11通過導線分別與固體流量計8、氣體流量計5、紅外線測速儀14 以及測溫儀連接，方便在屏幕上觀察和控制各沖蝕參數。
[0032] 所述的電源21通過導線分別與高溫空氣加熱器2、試樣加熱器13和循環降溫裝 置20相連接。高溫空氣加熱器2和試樣加熱器13通過電磁感應線圈對空氣和試樣進行加 熱，循環降溫20裝置內設有半導體制冷片，通電時制冷片會產生低溫。
[0033] 本實施例的工作原理是：利用空氣壓縮機1產生的壓縮空氣在高溫空氣加熱器2 內經電磁感應加熱到需要的溫度，直接通入固體粒子加料器6,使固體粒子加料器6內的壓 力等于或稍大于沖蝕氣體輸送管道中的壓力，在高壓力的推動下，將固體粒子加料器6的 粒子隨壓縮空氣以不同的速度沖向試樣表面，通過粒子在一定時間內的高速沖擊作用，來 檢測材料的耐沖蝕性能，箱體9全封閉，基于環保和操作人員健康方面考慮，在箱體9下 部配有循環降溫裝置20和砂塵分離器12,回收的固體粒子及粉塵的混合物經砂塵分離器 12分離。
[0034] 本實用新型相對于現有的技術，具有如下的優點和效果：
[0035] 本實用新型設有固體流量計、氣體流量計、電子高溫控制閥和固體流量調節閥，實 現對壓力和固體流量的控制，進而改變氣流速度和粒子速度，可以滿足各種實驗要求。
[0036] 采用增壓封閉式結構使固體粒子加料器內的壓力等于或稍大于沖蝕氣體輸送管 道中的壓力，這樣保證了固體粒子供給均勻流暢。
[0037] 設有高溫空氣加熱器和試樣加熱器，可以有效實現不同溫度下的沖蝕試驗。
[0038] 高溫空氣加熱器內的螺旋型管道可以儲存足夠的沖蝕熱空氣滿足沖蝕過程的用 氣量，保證了沖蝕氣流速度的穩定。
[0039] 箱體下方設有循環降溫裝置以降低混合物溫度，減少對砂塵分離器的影響，避免 高溫隱患。
[0040] 試樣架上設有紅外線測速儀和高速攝像機，對整個實驗過程進行拍攝并測量實驗 過程中固體粒子的沖擊速度。
[0041] 由于從斗型地板回收回來的是固體粒子及粉塵的混合物，砂塵分離器可將固體粒 子與粉塵分離，保證磨料繼續循環使用。
[0042] 以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，可輕易想到 的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該 以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1. 一種高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，其特征在于，包括通過管道依次連 接的空氣壓縮機（1)、高溫空氣加熱器（2)、電子高溫控制閥（4)、氣體流量計（5)，所述氣體 流量計（5)的出氣口管道與封閉式固體粒子加料器￠)的上腔連接，所述固體粒子加料器 (6)的出料口管道通過固體流量調節閥（7)、固體流量計（8)伸入到箱體（9)內； 所述箱體（9)內設有試樣架（10)，所述試樣架（10)上設有試樣加熱器（13)，所述固體 流量計（8)的出口正對所述試樣加熱器（13)的上方，所述試樣加熱器（13)的上方設有紅 外線測速儀（15)、高速攝像機（16); 所述高溫空氣加熱器（2)、氣體流量計（5)、固體流量計（8)、紅外線測速儀（15)和高速 攝像機（16)分別與顯示器（11)連接。
2. 根據權利要求1所述的高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，其特征在于，所 述的高溫空氣加熱器（2)內部加熱管段為螺旋加熱管道（3)，所述高溫空氣加熱器（2)設有 空氣加熱測溫儀，所述試樣加熱器（13)設有試樣加熱測溫儀，所述空氣加熱測溫儀和試樣 加熱測溫儀分別與所述顯示器（11)連接。
3. 根據權利要求2所述的高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，其特征在于，所 述箱體（9)內試樣架（10)的下部設有漏斗，所述漏斗的外表面設有循環降溫裝置（20)，所 述漏斗的出料管道與砂塵分離器（12)連接。
4. 根據權利要求3所述的高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，其特征在于，試 樣（14)通過試樣夾固定在所述試樣加熱器（13)上，所述試樣架（10)上設置一標有角度的 刻度盤（17)并設有轉動槽（19)，所述試樣加熱器（13)設于所述轉動槽（19)內，所述試樣 架（10)與所述試樣加熱器（13)之間設有固定螺母（18)。
5. 根據權利要求1至4任一項所述的高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，其特 征在于，還包括電源（21)，所述的電源（21)通過導線分別與所述高溫空氣加熱器（2)、試樣 加熱器（13)和循環降溫裝置（20)相連接。
6. 根據權利要求5所述的高溫增壓氣流固體粒子沖蝕磨損測試裝置，其特征在于，所 述高溫空氣加熱器（2)和試樣加熱器（13)內分別設有電磁感應線圈，所述循環降溫裝置 (20)內設有半導體制冷片。
【文檔編號】G01N3/56GK203908894SQ201420318686
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】張洪偉, 董曉慧, 蔡曉君, 陳曙光 申請人:北京石油化工學院