射流式冲蚀磨损试验机的研制

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1、射流式冲蚀磨损试验机的研制张玉萍收稿日期：张玉萍（1981-），女，河南新郑人，西安理工大学材料科学与工程学院在读硕士研究生，主要从事耐磨材料研究。作者联系方式：电话：02982312437，Email：ZYPZQZY@126.com周永欣吕振林邢志国袁中岳（西安理工大学材料科学与工程学院，陕西西安710048）摘要：综合运用机械设计制造、流体力学原理及水工原理等知识，研制了一台造价低廉、操作方便的射流式料浆冲蚀磨损试验机。初步试验表明，该试验机所测性能稳定，数据可靠，适合用于模拟实际工况条件下材料冲蚀磨损机理分析及材料耐冲蚀性能测试。关键词：喷射式试验

2、机；研制；冲蚀磨损DesignandManufactureofaMulti-functionSlurryTestRigZhangYu-pingZhouYong-xinLvZhen-linXingZhi-guoYuanZhong-yue(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,Xi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048,China)Abstract:Inordertostudytheslurryerosionpropertiesofmaterials,aslurryerosionte

3、strigwasdesignedandmanufacturedbasedonmachinedesignandmanufacturing,hydromechanicsprincipleandthewaterworkprincipleetc.Thiserosiontesterislowinpriceandeasytobeoperated.Thetestingshowsthatthisslurryerosiontesterisstableandreliable,anditcanbeappliedforerosionwearmechanismresearchan

4、dmaterialselection.Keywords:jettesterdesignandmanufactureerosionwear冲蚀磨损指的是材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象，是由多相流动介质冲击材料表面而造成的。冲蚀磨损已经成为许多工业部位中材料破坏的原因之一，英国科学家Eyre认为冲蚀磨损占工业生产中磨损破坏总数的8%【1】。目前我国对冲蚀磨损的研究还不多，实验方法和设备还不够完善，因此有必要进行这方面的研究。多年来各国的科学技术人员研制了许多不同类型的料浆冲蚀磨损试验机，这些试验机按结构形式分主要有三种：管流式实验

5、装置【2-3】，旋转式实验装置【4】和喷射式实验装置【5-6】。图1射流式料浆冲蚀设备结构示意图管流式实验装置主要由贮液槽、循环泵、管线、控制阀、流量计、温控系统及测试部分组成。管流实验的主要优点是能较好地模拟管道冲刷的实际工况，但整套系统占据空间很大，实验所需溶液量大，实验周期长,循环泵需要持续运转，还有泵阀的可靠性以及如何防止泄漏问题，整套装置的费用和实验费用都很高,这些都是不可忽视的缺点。旋转式实验装置是目前国内研究人员用的较多的一种装置，但它有较明显的缺点：因试样在旋转,冲蚀角度不能有效控制。喷射式试验装置的实验费、设备费均较低，实验周期短，冲蚀

6、角度和液体流速都很易控制且能达到很高的流速，其冲蚀速度是由两个阀门和喷头的结构共同控制的。我们对这种试验机的喷头结进行了设计，采用流体力学计算方法对其进行了有效改进，使试验机的冲蚀速度和料浆含砂量都有了较大提高。1.射流式冲蚀磨损试验机的结构设计本射流式冲蚀设备由4部分组成，分别为：喷头部分，试样装夹部分，控制料浆循环回路部分和贮液槽部分。喷头部分由混合腔、抽吸管、吸射水管和出口管组成；试样装夹部分即为射流式料浆冲蚀设备的样品室由试样横梁、试样横梁支座、样品夹组成；料浆循环控制回路由输水管道、泵体及压力表等元件组成；贮液槽部分由水槽、砂床、砂床支架、出水

7、管支架和吸射水管支架组成。试验机的结构示意图如图1所示。打开液流阀，关闭空气阀往贮液槽中注满水，此试验机即为射流式料浆冲蚀设备；如果关闭液流阀、打开空气阀且贮液槽中无水、砂床中为干砂时,此试验机即为喷砂式固体粒子冲蚀磨损设备。图2喷头结构示意图1.1喷头尺寸的确定此试验机的最核心部分是喷头的设计，通过吸射式喷头设计较成功地解决了料浆流过循环泵时造成泵体、管路、阀门等过流部件冲蚀磨损给试验带来的不稳定问题。喷头结构如图2所示。喷头参数的稍许变化就会引起冲蚀速度和料浆含砂量的很大变化。料浆由喷头进水口、出水口和抽吸管由于压力差所形成的负压经由抽吸管吸入的固体

8、颗粒与水混合而成。经过大量的试验和验证，最终确定喷头的尺寸如下：吸射水管直径d1