[发明专利]超音速气固两相流冲刷磨损试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种冲刷磨损试验装置，具体地说是涉及用于工业生产中的一种超音速气固两相流冲刷磨损试验装置。

背景技术

管道输送是随着物料和流程性工业的需要而发展起来的，广泛应用于石油、化工、化纤、化肥等流程性企业，对国民经济的发展起着十分重要的作用。

研究发现：管道失效的形式多样，机理复杂，如材料缺陷、腐蚀、磨损、外力破坏等，其中冲刷磨损引起的磨损减薄失效是管道系统中最广泛也是最常见的破坏形式。冲刷磨损破坏具有明显的局部性、突发性、和风险性，特别是在含固体颗粒、多相流介质流动作用下引起的磨损穿孔更是复杂，很难预测它的发生，已成为困扰流体管道安全运行的关键技术问题。

近年来，国家大力推行煤化工产业，生产洁净能源，实现石油替代的发展战略。在煤化工领域，反应流出物构成十分复杂，既有以氢气为主的气相，也有由未反应的煤、矿物质、及催化剂组成的固相，同时还有由轻油(粗汽油)、中油等馏分油及重油组成的液相，由此造成的煤化工业管道及阀门等的冲刷磨损失效较为常见，例：管道结焦与冲刷磨损失效的事故日益突出，已成为严重制约煤化工装置安全、稳定、长周期运行的主要障碍，如不采取相应的技术措施和对策，我国煤炼油行业将会面临越来越严峻的设备失效及装置的安全问题。

目前国内煤化工工艺过程的复杂性，反应物中固体颗粒的冲刷磨损，导致设备系统的失效、非计划停工事故的发生日益突出。尽管国内外学者进行了大量的多相流冲刷磨损系统失效的相关研究，如国外的加州大学伯克利分校Lawrence实验室、日本Tokyo大学、瑞典Uppsala大学等机构针对多相流磨损问题开展了大量的研究并取得了一定的成绩，但至今为止还没有一套可靠的预测方法来预测煤化工过程中管道、管配件及阀门等易发生磨损的失效区域和磨损的破坏程度。

针对目前煤化工领域存在的多相流冲刷磨损问题，进一步研究管道的磨损机理，一些科研院校及大专院校设计了一系列的磨损试验装置，通过实验研究手段来研究管道的磨损机理，以期找到管道磨损的临界流速。但目前的磨损实验装置存在的一些不足之处主要在于：

(1)目前我国对多相流磨损的机理研究不够深入，相关设备测试的时间较长，实验结果难以推广到工程应用。

(2)常规的冲刷磨损实验装置常通过称重或测厚的方法测试平均磨损速率，无法实现流体冲刷磨损破坏的临界值和瞬态特性的测试研究。

发明内容

针对国内外超音速冲刷磨损试验装置存在的不足，本发明的目的在于提供一种超音速气固两相流冲刷磨损试验装置，适合于超音速条件下的气固两相流冲刷磨损机理、流体动力学的仿真分析、材料冲刷磨损破坏临界特性或瞬态特性的试验研究及冲刷磨损失效预测工业应用推广等完整的研究体系。能模拟工业环境中的实际工况条件，实时检测材料冲刷磨损破坏瞬态特性和临界值的冲刷磨损试验装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括高压气瓶，减压阀，针阀，压力表，驱动段，被驱动段，观察段，气体收集箱，试件安装台，四个压力传感器，高压-对焊平头法兰，被驱-加载对焊平头法兰，两个移动架，高速摄影仪，工控计算机，示波器，两个浮动连接架；高压气瓶出口经减压阀与针阀进口相联，针阀出口与驱动段进气孔相联；驱动段下端与被驱动段通过高压-对焊平头法兰连接，高压-对焊平头法兰之间嵌有铝膜，驱动段靠近高压-对焊平头法兰侧安装有压力表；被驱动段下端与观察端通过被驱-加载对焊平头法兰连接，被驱-加载对焊平头法兰之间嵌有锡纸，锡纸上载有测量用的颗粒，观察段伸入顶部开有圆形孔的矩形气体收集箱内部；靠近被驱动段顶部1/2高度和5/6高度位置分别设置的第一、第二压力传感器与靠进观察段顶部1/5高度和3/5高度位置分别设置的第三、第四压力传感器分别通过导线连接至示波器；安装有待测试件的试件安装台位于观察段下端，并固定在气体收集箱的左侧底面；气体收集箱外部安装有高速摄影仪，高速摄影仪与安装在气体收集箱内的光源相对布置且位于同一光轴上，观察段的中心线与光轴垂直相交，高速摄影仪通过数据线连接至工控计算机；驱动段上端套在固定墙面的三角架孔中用螺钉固定；被驱动段和观察段分别与第一移动架、第二移动架通过螺钉固定；气体收集箱右侧面的底部开有排气孔。

所述的第一移动架、第二移动架结构相同，均包括铰链结构、连接螺栓和浮动连接架；其中固定在固定墙面侧面的铰链结构与浮动连接架的一端通过连接螺栓间隙配合构成周向可旋转铰链副，被驱动段和观察段分别套在各自浮动连接架的另一端孔中通过螺钉固定。