旋流式冲蚀磨损试验机的设计及实验研究

为模拟重介旋流器工况,合理评定内衬材料耐磨性,在旋转式浆体冲蚀磨损试验机的基础上,通过改进搅拌系统和试样安装方式,设计一种旋流式冲蚀磨损试验机。该试验机通过不锈钢+尼龙叶片二级搅拌系统实现了对浆料的均匀搅拌,在料桶内壁安装试样模拟了重介旋流器物料对内衬材料的冲蚀磨损工况,试验冲蚀角度范围为0°~90°。通过流体力学计算得出浆料对试样的冲蚀速度可达2.4 m/s,对纯铝的冲蚀磨损试验表明,试验机的数据重现性误差小于16%,稳定性误差小于17%。     

拉应力作用下冲蚀速度对35CrMo钢冲蚀磨损行为影响的研究

研究拉应力作用下冲蚀速度对35CrMo钢冲蚀磨损行为的影响。采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,模拟管汇承受105 MPa应力,在30°冲蚀角度下,用携砂液对试样进行冲刷试验,研究携砂液冲蚀速度对冲蚀磨损的影响,并使用扫描电子显微镜(SEM)对试验后试样表面形貌进行分析。试验结果表明,在拉伸应力105 MPa和冲蚀角度30°下,在携砂液总量一定的情况下,随着冲蚀速度的增加,35CrMo钢的冲蚀磨损量呈指数形式增加;冲蚀坑深度随着冲蚀速度的增加而增大;不同冲蚀速度下35CrMo钢冲蚀磨损机制相同,主要为切削磨损。     

冲蚀角度对40CrNi2Mo材料冲蚀磨损性能的影响

采用自主研发的冲蚀磨损试验机对40CrNi2Mo合金钢试样进行冲蚀磨损试验,讨论在不同冲蚀角度下40CrNi2Mo合金钢材料的冲蚀磨损机制,采用电镜分析材料冲蚀磨损后的形貌特征。结果表明:该合金钢的磨损量随冲蚀角度的增大先增大后减小,最后出现小幅回升,最大磨损量出现在30°左右,小角度冲蚀磨损特征表现为微切削,大角度冲蚀磨损特征表现为塑性变形,符合典型的塑性材料的冲蚀磨损规律。     

30CrMo合金钢的冲蚀磨损性能研究

采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,研究在水力压裂工况下,高速携砂液对高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损作用,分析冲蚀磨损机制以及冲蚀角度和冲蚀速度对30CrMo合金钢冲蚀性能的影响。结果表明,30CrMo合金钢在高速粒子冲击下,其耐冲蚀磨损性能表现一般,属于典型的金属塑性材料;冲蚀角度为30°时,30CrMo的冲蚀磨损量最大;30CrMo的磨损机制与冲蚀角度有直接的关系,冲蚀角度小于30°时,冲蚀磨损机制以切削模型为主,大于30°时以局部塑性变形模型为主;冲蚀磨损量随冲击速度增加而显著增加,在高速冲击时,30CrMo钢的冲蚀磨损较为严重。     

高压对高压管汇冲蚀磨损结果的影响

针对现有的高压管汇冲蚀磨损理论,缺乏考虑高压力载荷对其冲蚀磨损的影响。通过对高压管汇冲蚀磨损的分析,得出当弯头受到内压作用时,产生的环向应力即拉伸应力明显大于轴向应力的结论。利用实验室自主研发的可施加拉伸应力的冲蚀磨损试验机,开展在不同拉伸应力作用下,冲击角为30°时,高压管汇材料40CrMo冲蚀磨损性能的实验研究。结果表明：随着应力的增大,40CrMo的冲蚀磨损率增加,抗冲蚀能力减弱。     

含沙量和沙粒粒径对QT500材料冲蚀磨损特性的影响

利用圆盘式磨蚀试验装置模拟流体机械工况条件,对QT500和45钢进行了冲蚀磨损试验,用失重法研究了材料在不同含沙量和沙粒粒径时的冲蚀磨损特性。对试样表面微观形貌进行了观察,探讨了材料的冲蚀磨损机理和损伤规律。研究表明：随含沙量的增加,材料的磨损率也增加,但不与含沙量的增加值成正比;随沙粒粒径的增大,磨损量亦增加。QT500的冲蚀磨损机理主要是脆性剥落和疲劳破坏。     

水轮机用不锈钢材料的抗冲蚀磨损性能研究

通过对不同冲蚀速度、不同冲蚀角度及不同浆料沙的质量分数等影响参数下水轮机用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ和０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢材料的冲蚀磨损试验，探索了试验材料的表面失效规律及微观破坏机制，结果表明：冲蚀速度、浆料中沙的质量分数对两种材料的冲蚀磨损性能影响规律相似，冲蚀角度对材料的冲蚀磨损性能影响最大，且０～４５°内时随着冲蚀角度的增加材料的冲蚀磨损失重率增大，４５°出现极大值，在４５°～６０°内随着角度的增加而减小。     

基于流体机械工况的冲蚀磨损特性研究

在圆盘式磨蚀试验台上，对流体机械常用材料HT200、45与40Cr钢进行了模拟实际工况的冲蚀磨蚀试验，研究了试验材料的表面失效规律及微观破坏机理。结果表明：冲蚀分为跑合期、稳定期和上升期三个阶段。灰铁HT200的冲蚀磨损以脆性断裂为主；45钢的冲蚀磨损是以切削磨损为主；40Cr是以犁沟剥落为主。     

砂浆冲蚀磨损特性研究

用自制的砂浆冲磨损试验机在水－石英砂浆冲蚀条件下，对纯铝、27SiMn钢和高铬铸铁等金属材料的磨损行为进行了试验，研究了不同材料的砂浆冲蚀磨损率与冲蚀速度及冲蚀角度的关系，分析了砂浆冲蚀磨损的特性和机理，提出了一种砂浆冲蚀磨损的刺入机制。     

40Cr冲蚀与空蚀交互磨损试验研究

对40Cr进行模拟化工泵叶轮流道内工况条件下的冲蚀与空蚀交互磨损试验,分析40Cr材料的抗交互磨损性能和冲蚀与空蚀交互磨损试件表面磨痕。结果表明:40Cr的冲蚀与空蚀交互磨损失重曲线分为孕育期、上升期、衰减期和稳定期。在孕育期中,材料失重量很小;在上升期中,材料的冲蚀与空蚀交互磨损失重量增加。40Cr材料的交互磨损特性是以微切削、犁削和脆性剥落为主,同时存在针眼和剥落坑。40Cr试样表面的冲蚀沟槽和空蚀坑主要沿水流线速度矢量的方向,但也存在一些与线速度成一定夹角的摩擦痕迹或沟槽,说明影响冲蚀与空蚀交互磨损的因素不仅是水流速度,还与沙粒运动轨迹、水流方向及冲蚀角度等有关。     

冲蚀速度对40Cr材料抗冲蚀性能影响的研究

对40Cr及对比材料45#钢进行冲蚀磨损模拟现场试验,研究了冲蚀速度对冲蚀磨损的影响规律,结合微流边界层理论,分析了冲蚀速度对冲蚀磨损量的影响,推导了冲蚀速度与磨损量的数学关系式。结果表明:冲蚀速度U与磨损量W呈指数关系,随着U地增大,W也相应地增加,40Cr材料对应的指数n是2.3。     

钻井液固液分离旋流器壁面磨损特性

针对石油钻井过程中,由于钻井液中泥沙等固体颗粒产生的冲蚀磨损导致的旋流器失效问题,采用CFD-DPM模型开展以非牛顿流体为钻井液时旋流器冲蚀磨损研究,探讨不同流速、稠度系数、流动性指数、含砂体积比和入口倾角对旋流器内壁冲蚀磨损的影响。结果表明：旋流器内壁磨损呈螺旋状,锥段处磨损率随着半径的减小而增大,底流口处是受损最为严重的部位;在流速5～15 m/s、含砂体积比1%～9%时旋流器的最大冲蚀率随着流速增大呈指数型增长,冲蚀面积明显扩张;低流速下含砂体积比对最大冲蚀率影响较弱,而高流速下最大冲蚀率与含砂体积比呈正相关;入口倾角的增大同时增大了向下的轴向速度,使得颗粒能更快地到达底流口减小了与壁面的接触,其冲蚀率呈线性减小;最大冲蚀率随稠度系数的增大整体呈现平缓下降的趋势,随着流动性指数的增大而急速下降,流动性指数对冲蚀破坏的影响相比稠度系数更剧烈一些。     

一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的研制

针对目前液固两相流冲蚀磨损试验装置存在实际冲角误差大、浆体浓度不均匀等问题,研制了一种旋转式冲蚀磨损试验装置。该装置允许的冲角范围为0°～90°,冲击速度为0～28.5m/s连续可调,利用搅拌叶片和导流槽实现不同冲击速度下浆体浓度的均匀性,具有速度稳定、可同时测试8个不同冲角下的试样、操作方便等特点。对低碳钢在不同冲击速度和冲角下的试验表明,所测得试验数据误差在6.8%以内,冲蚀磨损规律与经典结论一致。因此,该装置有望作为一种准确可靠的冲蚀磨损试验研究新平台而应用于耐冲蚀磨损优化设计和寿命预测等领域。     

一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的研制

针对目前液固两相流冲蚀磨损试验装置存在实际冲角误差大、浆体浓度不均匀等问题,研制了一种旋转式冲蚀磨损试验装置。该装置允许的冲角范围为0°~90°,冲击速度为0~28.5m/s连续可调,利用搅拌叶片和导流槽实现不同冲击速度下浆体浓度的均匀性,具有速度稳定、可同时测试8个不同冲角下的试样、操作方便等特点。对低碳钢在不同冲击速度和冲角下的试验表明,所测得试验数据误差在6.8%以内,冲蚀磨损规律与经典结论一致。因此,该装置有望作为一种准确可靠的冲蚀磨损试验研究新平台而应用于耐冲蚀磨损优化设计和寿命预测等领域。     

冲蚀与气蚀复合磨损试验装置及其试验研究

在分析典型含沙水流的冲蚀、气蚀磨损试验设备和方法的基础上,针对我国水力机械和水工建筑的特殊损伤破坏形式提出了基于射流的水下冲蚀与气蚀复合磨损试验设备和方法。实验室泥沙冲蚀与气蚀复合磨损模拟试验结果表明,该试验装置设计合理,可以在较短时间内获得试验数据。对2种典型的耐磨不锈钢材料进行了冲蚀磨损试验研究,发现2种材料在冲蚀磨损过程中伴随有气蚀作用机制,材料损伤的实质是冲蚀与气蚀的复合磨损。     

WC喷焊层对Ni60自熔合金冲蚀磨损机制的影响

在转盘式磨蚀实验台上,对N i60和N i60 35%WC涂层进行冲蚀磨损实验,研究了试验材料的表面失效规律及微观破坏机制。结果表明:2种试样的冲蚀磨损规律相同,分为跑合期和稳定期;由于硬质点WC的加入,使得2种试样的冲蚀磨损机制不一样,但N i60 35%WC涂层的耐冲蚀性能明显高于N i60材料;N i60 35%WC涂层的冲蚀磨损机制主要是剥落坑和疲劳点蚀,而N i60材料主要是微切削和犁沟剥落。     

高压对高压管汇冲蚀磨损的影响

针对现有的高压管汇冲蚀磨损理论,缺乏考虑高压力载荷对其冲蚀磨损的影响。通过对高压管汇冲蚀磨损的分析,得出当弯头受到内压作用时,产生的环向应力即拉伸应力明显大于轴向应力的结论。利用实验室自主研发的可施加拉伸应力的冲蚀磨损试验机,开展在不同拉伸应力作用下,冲击角为30°时,高压管汇材料40CrMo冲蚀磨损性能的实验研究。结果表明:随着应力的增大,40CrMo的冲蚀磨损率增加,抗冲蚀能力减弱。     

基于CFD数值模拟的异面三通管冲蚀磨损规律研究*

针对管道在输送过程中,由流体中固态颗粒产生的冲蚀磨损导致的失效问题,通过CFD-DPM模型开展关于不同流速、颗粒直径、含砂体积比和异面管夹角对异面三通冲蚀磨损性能影响的分析。结果表明：三管交汇处的弯面是管道主要发生冲蚀磨损的位置,水平两管弯头上侧管壁处是受损最为严重的部位;在流速2~10 m/s、含砂体积比1%~9%、异面管夹角90°~150°、颗粒直径0.1~0.5 mm时,管道的最大冲蚀率随着流速增大呈指数型增长,冲蚀面积明显扩张;低流速下,含砂体积比对最大冲蚀率影响较弱,高流速下,最大冲蚀率与含砂体积比呈线性正相关;异面管夹角的增大降低了管道对固体颗粒的流动约束性,其冲蚀率呈线性减小;最大冲蚀率随颗粒直径的增大整体呈现平缓上升的趋势,大颗粒产生的冲蚀破坏相比小颗粒更为集中一些。     

重介质旋流器新型耐磨内衬生产工艺优化

官地矿选煤厂针对重介质旋流器耐磨内衬寿命短、维护成本高等问题,从耐磨衬里材料的微观结构入手,在原料粒度细化、烧结温度优化等方面提出了提高耐磨硅化钢的致密度、增加耐磨性的方法与措施,开发冶金行业耐磨材料耐磨硅化钢,对其性质分析并进行改进。现场实践磨损对比,硅化钢作为重介旋流器内衬其耐磨性大幅度提升了官地矿选煤厂重介质旋流器的耐磨损度。     

固体颗粒对水力旋流器冲蚀磨损特性的影响

针对工业污水处理系统中水力旋流器壁面的冲蚀磨损问题,采用FLUENT软件中RSM模型和DPM模型模拟水力旋流器内液、固两相流的流动情况,并以Grant和Tabakoff碰撞模型求解器壁冲蚀磨损速率。研究了不同颗粒流速、粒径和质量流量条件下器壁冲蚀磨损规律以及最大冲蚀磨损位置。结果表明:旋流器壁面最大冲蚀磨损率随着颗粒流速的增大而呈指数递增,与质量流量呈正相关关系,但与颗粒粒径呈不完全线性增长关系;旋流器壁面冲蚀磨损率随着颗粒流速、粒径和质量流量的改变而不同,其中颗粒流速变化的影响最大、质量流量次之、粒径的影响最小;固体颗粒碰撞和磨削旋流器壁面而引起局部磨损,并且影响最大冲蚀磨损区域的出现位置。