一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置

技术领域

本发明涉及一种液固两相流冲蚀磨损试验装置，特别是一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置。

背景技术

工业生产环境中如石油炼制、煤炭加工、冶金、电力等诸多工况下，普遍存在着不同组分气液固的多相流，多相流会造成叶轮机、发动机、泵、阀门、管道、喷嘴等诸多设备或其零部件的冲蚀磨损，不仅会缩短设备的使用寿命、影响设备系统整体的稳定性，是安全生产的重要隐患。针对流体冲蚀磨损的机理和规律，目前已经有大量的理论研究和基于多种冲蚀磨损试验装置的大量试验研究，如连续式高温高速条件下的气固两相流冲蚀磨损试验装置、流动润湿条件下的气固两相流冲蚀磨损试验装置、旋转式的冲蚀磨损试验装置等，由于冲蚀条件各异、运行工况多变且颗粒、材质的物性各不相同，各条件下的冲蚀磨损机理往往需要单独探索试验，试验装置也并非是通用的，而是需要根据试验条件量身定制。

气流喷射环境下的高速液固两相流冲蚀磨损机理和规律极为复杂，目前尚无合适的试验装置可以用于此工况下冲蚀磨损机理和规律的研究。现有的接近气流喷射环境下液固两相流条件的试验装置中，连续式高温高速气固两相流冲蚀磨损试验装置的设备构成复杂，成本非常高且试验过程中能耗较大；旋转式冲蚀磨损试验装置的液体冲蚀速度偏低，无法实现高速液固两相流冲蚀；前述的两种试验装置均无法很好地还原气流喷射环境下脉冲式液固两相流的冲蚀工况，若想实现此工况下的冲蚀试验理论上需要投入大量的研发成本。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置。它具有结构简单，在低投资成本条件下实现了不同流速气流喷射环境下水击脉冲式液固两相流冲蚀磨损的试验条件，且气流喷射速度可连续调节的优点。

本发明的技术方案：一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置，包括供水模块、供气模块、颗粒加载装置和冲蚀试验箱；所述供水模块为冲蚀磨损试验提供高速液流，包括依次连接的水箱、离心泵、气动角座阀和节流阀，所述气动角座阀利用在关闭时形成的水击现象在出口处形成压力波，压力波传递至所述节流阀形成高速液流，所述节流阀的出口与冲蚀试验箱相连接；所述供气模块为气动角座阀、冲蚀试验箱、颗粒加载装置提供气源，分别使所述气动角座阀完成启闭动作、驱动所述颗粒加载装置向节流阀的出口处加载颗粒并与高速液流混合形成固液混合流、向所述冲蚀试验箱内喷射气流。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：通过在供水模块中设置气动角座阀，利用气动角座阀在短时间内关闭时形成的水击现象模拟高速液流，具体是水击现象能在气动角座阀出口形成较高的压力波，当压力波传递至节流阀进口时，形成高速液流，供气模块将颗粒送至高速液流路径上，从而形成脉冲式的固液两相流进入冲蚀试验箱，结合供气模块另一路供给冲蚀试验箱的气流，本发明在冲蚀试验箱内实现了气流喷射环境下高速液固两相流的冲蚀试验；进一步地，作为产生高速液流的元件，气动角座阀可以在短时间内频繁启动，反应灵敏，通过对节流阀的调节还可以控制高速液流的流速，用以制造不同流速的水击脉冲式液固两相流；本发明的供气模块不仅为冲蚀试验提供气流喷射的环境，同时还为颗粒加载装置供气，使颗粒加载至节流阀阀口，另外还为气动角座阀提供气源，控制其启闭，起到一物多用的效果，整个装置的结构较为简单，在低投资成本的条件下能够较为简便地实现气流喷射条件下脉冲式高速液固两相流冲蚀试验。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，所述供气模块分两路出气，一路包括依次连接的空气压缩机、三通切换阀和减压阀，所述三通切换阀分别连接所述减压阀和所述气动角座阀，所述减压阀的出口连接所述颗粒加载装置；另一路直接连接所述冲蚀试验箱。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，还包括回收模块，所述回收模块包括旋液分离器、锁渣阀和颗粒收集罐；所述旋液分离器与冲蚀试验箱相连接，将分离出的颗粒和液体分别送至颗粒收集罐和水箱；所述锁渣阀的进口与冲蚀试验箱相连接，锁渣阀的出口与颗粒收集罐相连接。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，所述气动角座阀和节流阀之间经连接管连接，所述连接管连接有减震支架。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，所述冲蚀试验箱连接有气动消声器。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，所述节流阀出口高速液流的流速为50m/s-180m/s，高速液流混合颗粒后的流速为40m/s-170m/s。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，所述冲蚀试验箱内设有收缩喷嘴和试件，在垂直收缩喷嘴喷射方向的两侧箱壁上分别设有压缩空气进口和压缩空气出口，所述冲蚀试验箱的底部设有颗粒出孔。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，所述空气压缩机经调速阀与冲蚀试验箱相连接，所述调速阀能控制其出口的气流流速在10m/s-20m/s之间。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，所述收缩喷嘴为圆锥形结构，其进出口的面积比可调。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，所述冲蚀试验箱内，固液混合流的喷射方向与气流的喷射方向相垂直。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，冲蚀试件表面的流体成分包含气体、液体和固体颗粒，合成的混合流冲击速度为41m/s-171m/s。

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，节流阀的开度调节范围为0％-100％，流量调节范围为0m

前述的一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置中，射流冲击试件的角度可通过调整试件的安装位置进行调节，冲击角度可在0°-90°之间调节。

附图说明

图1是本发明的元器件连接示意图；

图2是冲蚀试验箱的内部结构示意图。

附图标记：1-供水模块，2-供气模块，3-颗粒加载装置，4-冲蚀试验箱，10-气动消声器，11-水箱，12-离心泵，13-气动角座阀，14-节流阀，15-连接管，16-减震支架，21-空气压缩机，22-三通切换阀，23-减压阀，24-调速阀，41-收缩喷嘴，42-试件，43-压缩空气进口，44-压缩空气出口，45-颗粒出孔，51-旋液分离器，52-锁渣阀，53-颗粒收集罐。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种气流喷射环境下脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验装置，结构如图1和图2所示，包括供水模块1、供气模块2、颗粒加载装置3和冲蚀试验箱4；所述供水模块1为冲蚀磨损试验提供高速液流，包括依次连接的水箱11、离心泵12、气动角座阀13和节流阀14，所述气动角座阀13利用在关闭时形成的水击现象在出口处形成压力波，压力波传递至所述节流阀14形成高速液流，所述节流阀14的出口与冲蚀试验箱4相连接；所述供气模块2为气动角座阀13、冲蚀试验箱4、颗粒加载装置3提供气源，分别使所述气动角座阀13完成启闭动作、驱动所述颗粒加载装置3向节流阀14的出口处加载颗粒并与高速液流混合形成固液混合流、向所述冲蚀试验箱4内喷射气流。

作为优选，供气模块2分两路出气，一路包括依次连接的空气压缩机21、三通切换阀22和减压阀23，所述三通切换阀22分别连接所述减压阀23和所述气动角座阀13，所述减压阀23的出口连接所述颗粒加载装置3；另一路直接连接所述冲蚀试验箱4，同个气源的多路输出结构设计以及同路气流经三通切换阀22的控制输出至两路分别起作用，实现了一物多用的效果，节省气源装置，降低了装置的总成本。

作为优选，本发明还包括回收模块，所述回收模块包括旋液分离器51、锁渣阀52和颗粒收集罐53；所述旋液分离器51与冲蚀试验箱4相连接，将分离出的颗粒和液体分别送至颗粒收集罐53和水箱11；所述锁渣阀52的进口与冲蚀试验箱4相连接，锁渣阀52的出口与颗粒收集罐53相连接，试验结束后的液体与固体分开进行回收，一方面更加环保，另一方面也节省了试验所需的液体、固体成本。

作为优选，气动角座阀13和节流阀14之间经连接管15连接，所述连接管15连接有减震支架16，减震支架16可以吸收液流传递过程中带给管道的振动，使各元器件和管道可以使用更长的时间，降低装置损坏概率，减少维修次数，节约成本。

作为优选，冲蚀试验箱4连接有气动消声器10，试验结束后，冲蚀试验箱4内的气体经气动消声器10向外排放，产生的噪音更小。

节流阀14的型号为Z941H-16C DN25，其开度调节范围为0％-100％，流量调节范围为0m

作为优选，收缩喷嘴41为圆锥形结构，其进出口的面积比可调，是固液混合流流速调节的另一个手段。

作为优选，节流阀14出口高速液流的流速为150m/s，高速液流混合颗粒后的流速为140m/s，选择较大的流速进行试验，使试验结果更加明显。

作为优选，冲蚀试验箱4内设有收缩喷嘴41和试件42，在垂直收缩喷嘴41喷射方向的两侧箱壁上分别设有压缩空气进口43和压缩空气出口44，以便使固液混合流的喷射方向与气流的喷射方向能垂直，所述冲蚀试验箱4的底部设有颗粒出孔45，可进行试验后的颗粒回收。

空气压缩机21经调速阀24与冲蚀试验箱4相连接，使气流喷射速度可连续调节，以进行不同流速气流喷射环境下水击脉冲式液固两相流冲蚀磨损试验，作为优选，控制调速阀24出口的气流流速在15m/s。

最终在冲蚀试验箱4内，固液混合流的喷射方向与气流的喷射方向相垂直，冲蚀试件42表面的流体成分包含气体、液体和固体颗粒，合成的混合流冲击速度为147m/s。

射流冲击试件42的角度可通过调整试件42的安装位置进行调节，冲击角度可在0°-90°之间调节，本实施例中将混合流冲击试件42的角度保持在45°。

作为优选，水箱11采用封闭式水箱11，容积为200L。

作为优选，离心泵12采用管道离心泵12，流量为6.3m

作为优选，气动角座阀13的型号为DN25，为气控式斜角阀。

作为优选，收缩喷嘴41的初始横截面比为1:3，可根据液体冲蚀速度进行更改。

作为优选，空气压缩机21的型号为BD-11EPM，供气量为0.46m

作为优选，三通切换阀22为T型三通球阀，型号为304L型DN25。

作为优选，减压阀23的压力调节范围为0.01Mpa-1.2MPa，压力调节精度为±0.5％，型号为IR1020。

作为优选，颗粒加载装置3为压缩空气动力式加料装置。

作为优选，锁渣阀52，三通切换阀22采用气动执行器，材质为硬质合金，型号为QS647Y-600LB。

作为优选，颗粒收集罐53的容积为30m

作为优选，冲蚀试验箱4的外箱壁上设置有合页铰链。

本发明的工作原理：

(1)、开启离心泵12，将水箱11中的水输送至气动角座阀13；

(2)、开启空气压缩机21，空气压缩机21产生压缩空气，压缩空气分为两路，其中一路压缩空气先后进入三通切换阀22和气动角座阀13，用于开启气动角座阀13；

(3)、气动角座阀13开启后，水通过气动角座阀13后，先经过节流阀14进行第一次节流，然后进入收缩喷嘴41进行第二次节流；

(4)、切换三通切换阀22的通道，使空气压缩机21出口的压缩空气进入减压阀23，压缩空气减压后进入颗粒加载装置3，驱动颗粒与节流阀14后的高速液流混合，形成固液混合流，固液混合流进入收缩喷嘴41进行二次节流后，高速冲击试件42的表面；

(5)、从空气压缩机21出口另一路压缩空气经过调速阀24后进入冲蚀试验箱4，形成气流，并且气流的流动方向与收缩喷嘴41出口液固混合流的流动方向垂直，此时，可进行气流喷射环境下脉冲式液固两相流的冲蚀磨损试验；

(6)、在冲蚀磨损试验过程中，试验后的固体颗粒从冲蚀试验箱4的底部进入锁渣阀52，开启锁渣阀52，可使冲蚀试验后的固体颗粒进入颗粒收集罐53进行回收，试验后的水经悬液分离器分离后返回水箱11，试验后的空气经气动消声器10向大气排放。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。