一种高温高压含固多相粒子冲蚀磨损试验装置的制作方法

本发明涉及冲蚀磨损装置，尤其是涉及一种高温高压含固多相粒子冲蚀磨损试验装置。

背景技术：

冲蚀磨损是材料破坏的主要磨损形式之一，约占工业生产中磨损破坏总数的8％，它是指流体或固体粒子以松散的小颗粒按着一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。高温冲蚀磨损破坏尤为严重，直升飞机发动机也因吸入尘埃引起冲蚀而使其寿命缩短90％，还有火箭喷管喉衬、用粉煤作燃料的燃气涡轮发动机等都遭受严重的高温冲蚀磨损的破坏，电站燃煤锅炉管道事故的三分之一以上是由冲蚀磨损引起的，尤其近年新发展起来的循环流化床锅炉，其受热面的高温磨蚀问题相当严重，因冲蚀产生的漏管、爆管事故时有发生，停炉维修造成了巨大的经济损失。

许多国家很早就对冲蚀磨损进行了大量研究，在冲蚀磨损机理和相应的防护技术及材料开发上都积累了很多研究成果。而我国这方面的研究起步较晚，尤其对高温情况下的冲蚀试验方法和设备都还不够完善，在设计抗冲蚀磨损涂层时仍沿用传统常温下的磨粒磨损测试，并不能模拟高温冲蚀真实的工况。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；冲蚀颗粒和气体混合不均匀，不能精确的控制气体和颗粒的送给量等。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。

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含固多相冲蚀磨损试验装置和方法很有必要。

技术实现要素：

针对上述背景技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温高压含固多相粒子冲蚀磨损试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括：空气加热装置、气固混合装置、磨损模拟装置以及尾气除尘装置，其中，空气加热装置包括：空气压缩机、空气干燥机、高温空气加热器、气体流量计与压强测试仪；空气压缩机经管道与空气干燥机和高温空气加热器相连，高温空气加热器的出口接气体流量计与压强测试仪；

气固混合装置包括：颗粒尺度筛选机、固体颗粒加热室、颗粒混合辅助加热室、叶轮给料机、固体流量计、加速管道；颗粒尺度筛选机与固体颗粒加热室相连后接到颗粒混合辅助加热室，固体颗粒由叶轮给料机控制下落，叶轮给料机由减速器和调速器控制，颗粒混合辅助加热室经固体流量计、加速管道与磨损模拟装置的箱体相连，高温空气加热器中加热的空气经过气体流量计在颗粒混合辅助加热室内与固体颗粒混合后经过固体流量计、加速管道进入磨损模拟装置的箱体内；

磨损模拟装置包括：箱体、多普勒激光测速仪；箱体内设有多孔喷嘴和试样支撑架，试样支撑架上设有试样加热器，试样支撑架可以旋转一定角度，试样加热器上方接有热电偶，箱体通过周围设置的水冷系统控制冷却；

箱体侧边装有多普勒激光测速仪，多普勒激光测速仪对准箱体内的材料，多普勒激光测速仪与计算机相连，通过计算机来观察记录含固多相粒子打到材料上的运动情况

尾气除尘装置为磨损模拟装置的箱体下方接有水冷式沉降式除尘器，水冷式沉降式除尘器经布袋除尘器和阀门与大气相通。

进一步的，空气压缩机的排气量为0.6-3.5m³/min，排气压力为0.7-1.3mpa。

进一步的，颗粒尺度筛选机的磨粒粒径的筛选范围在

进一步的，固体颗粒加热室可以存放各种固体颗粒，同时可以提供室温到1500℃之间的不同温度需求。

进一步的，加速管道为固体颗粒预旋掺混气动加速装置。

进一步的，多孔喷嘴为环绕圆盘载体设置的多个喷料口，其中，喷料口的数量为4。

进一步的，多孔喷嘴与试样架相对应，每一个喷嘴对应一个试样。

进一步的，试样支撑架可控制材料的放置角度为0°～90°。

本发明现对于现有技术相比具有显著优点：

1、本发明在空气加热部分可以提供不同压力的空气，模拟真实的冲蚀环境；2、在气固混合部分，固体颗粒经颗粒尺度筛选机筛选后进入加热室，可以更精确的控制磨损实验的颗粒尺度，固体颗粒在进入到箱体内预先加热到实验温度，更加能还原真实工况，固体颗粒由叶轮给料机控制下落，能精确的控制固体颗粒的送给量以及送给速度，颗粒混合辅助加热室可以保证含固多相粒子在进入实验箱体前一直保持所需温度；3、在磨损模拟部分，固体颗粒预旋掺混气动加速装置改善了颗粒空间分布的均匀性，而且提高了颗粒速度的一致性，多孔喷嘴和试样架的设计可以使一次实验的试样数增加，加快了实验的进程，节约实验时间，水冷系统能保证实验箱体快速冷却，方便实验的进行，多普勒激光测速仪可以检测打到材料上的气固颗粒的速度；4、在尾气除尘部分，两步除尘使得排放到大气中空气满足排放要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是多孔喷嘴的正视图。

图3是多孔喷嘴的俯视图。

图1中：1、空气压缩机，2、空气干燥机，3、高温气体加热器，4、气体流量计与压强测试仪，5、颗粒尺度筛选机，6、固体颗粒加热室，7、叶轮给料机，8、减速器，9、调速器，10、颗粒混合辅助加热室，11、固体流量计，12、加速管道，13、多孔喷嘴，14、箱体，15、多普勒激光测速仪，16、计算机，17、试样支撑架，18、水冷式沉降式除尘器，19、水冷系统，20、布袋除尘器，21、阀门，其中各装置间的连线均代表管道连接。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明的结构是：空气压缩机1经管道与空气干燥机2和高温空气加热器3相连，高温空气加热器的出口接气体流量计与压强测试仪4，颗粒尺度筛选机5与固体颗粒加热室6相连后接到颗粒混合辅助加热室10，固体颗粒由叶轮给料机7控制下落，叶轮给料机由减速器8和调速器9控制，颗粒混合辅助加热室经固体流量计11、加速管道12与箱体14相连，高温空气加热器中加热的空气经过气体流量计在颗粒混合辅助加热室内与固体颗粒混合后经过固体流量计、加速管道进入箱体内，箱体由周围的水冷系统19控制冷却，在箱体内，含固多相粒子通过多孔喷嘴13打到材料上，材料置放在加热器17上，加热器上方焊有热电偶，箱体下方接有水冷式沉降式除尘器18，水冷式沉降式除尘器经布袋除尘器20和阀门21与大气相通，箱体侧边装有多普勒激光测速仪15，多普勒激光测速仪对准箱体内的材料，多普勒激光测速仪与计算机16相连，通过计算机来观察记录含固多相粒子打到材料上的运动情况。

空气压缩机的排气量为0.6-3.5m³/min，排气压力为0.7-1.3mpa。固体颗粒加热室可以存放各种固体颗粒，同时可以提供室温到1500℃之间的不同温度需求。

加速管道为固体颗粒预旋掺混气动加速装置。

多孔喷嘴与试样架相对应，每一个喷嘴对应一个试样。

试样支撑架可控制材料的放置角度为0°～90°。

多孔喷嘴为环绕圆盘载体设置的多个喷料口，其中，喷料口的数量为4。

本发明的工作原理是：

利用空气压缩机1产生的压缩空气经过空气干燥机2干燥后进入到高温空气加热器3内经电磁感应加热到所需温度，经管道流经气体流量计和压强测试仪4进入颗粒混合辅助加热室10，在颗粒混合辅助加热室与经过颗粒尺度筛选机5筛选被固体颗粒加热室6加热经叶轮给料机7控制下落的颗粒混合，在重力的作用下气固混合颗粒向下运动，经过固体流量计11，加速管道12进入箱体14，通过多孔喷嘴13以不同的速度冲击试样的表面，通过粒子在高速冲击作用下冲蚀，来检测材料的耐冲蚀性能。箱体周围存在水冷系统19，可以快速降温。箱体右侧设有多普勒激光测速仪15，可以检测到打到试样表面的粒子的速度，能更精确的掌握冲击速度与过程。箱体底部接有水冷式沉降式除尘器18，水冷式沉降式除尘器经布袋除尘器20和阀门21与大气相通，发明里的空气经过水冷式沉降式除尘器和布袋除尘器排放到大气中，减少了污染。

本发明设有固体流量计、气体流量计、压强测试仪、颗粒尺度筛选机、叶轮式给料机、加速管道、多普勒激光测速仪，实现了对含固多相颗粒速度的控制，可以更加精确的提供实验所需数据。

气体由空气干燥机和高温空气加热器控制，排气量为20.5-19m³/min，排气压力为0.7-1.3mpa，可以提供不同压力的空气，模拟真实的冲蚀环境。

固体颗粒经过颗粒尺度筛选机筛选得到实验所需的尺度后进入到加热室，可以精确的控制磨损实验的颗粒尺度。

固体颗粒经过固体颗粒加热室预先加热到实验温度再与气体混合，能够精确的模拟实际工况。

固体颗粒经叶轮给料机控制，可以精确的控制固体颗粒的送给量。

颗粒混合辅助加热室可以在混合气固颗粒的同时保持实验所需温度。

加速管道不仅改善了颗粒空间分布的均匀性，而且提高了颗粒速度的一致性。

多孔喷嘴和试样架的设计可以使一次实验的试样数增加，加快了实验的进程，节约实验时间。

可控角度的试样架可以使冲蚀试样进行0°～90°的冲蚀磨损实验。

箱体周围的水冷系统可以满足快速降温的要求。

多普勒激光测速仪会对整个实验过程进行拍摄并测量实验过程中固体颗粒的冲击速度。

水冷式沉降式除尘器和布袋除尘器的存在会更方便处理实验产生的废料。

本发明中使用加速管道参考201210231589.7中记载的一种固体颗粒预旋掺混气动加速装置及方法。