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《分析重介选煤管道磨损因素及防磨措施》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、分析重介选煤管道磨损因素及防磨措施 球形弯头也称转向球,在水泥及生料的气力输送系统中,作为管道弯头的代用件,以其制作简单,安装方便,耐用性能好等优点,在大中型水泥厂的气力输送中应用日益广泛。 然而,对球形弯头内的流动分布、磨损原理、阻力大小、合理球径、制作安装等一系列问题并无统一规范和理性认识。为此,作以下探讨,希望促进转向球的应用及推广。1 球形弯头内的流动分析 在二维空间内,以90°球形弯头为例,当流态化的料气混合物以速度v1从A管流入球内时,如图1所示,因入口截面积突然扩大,使流
2、动的连续性被破坏。在原有流场扩大的同时,两侧死角处激起涡旋。其流线分布由对称状态①最终转为非对称状态③。 图1 球形弯头的流动分布 随流动过程的继续,球内流动由①过渡为状态②。这时,根据流体力学连续性原理,流速与截面积之间有以下关系式:v1s1=v2s2 (1)式中:v1——流体在A管中的流速,m/s; s1——A管的横截面积,m2; v2——流体流过球心截面处的速度,m/s; s2——球心截面积,m2。 上式表明,在同一管路系统中,流速与流过的截
3、面积大小成反比。由于球的截面积一般比管道截面积大几倍,即有s2>s1,故有v1>v2。 气流在球内速度迅速降低的同时,压力升高,即流体的动能转变为压力能。球内不断升高的压力迫使流体从B管流出,流动达到相对稳定状态,如图1③所示。从①到③的这一转变及流动的重新分布是在一个极短暂的时间内完成的速度、压力和能量转换过程。 由于球内气流涡旋及摩擦的存在,使球形弯头内的这一转变过程产生了能耗。因而出现了物料传输中的弯头压力损失。2 球形弯头的磨损原理 在气力输送系统中,普通弯头是磨损最快的部件。
4、当料气混合物流过转弯处,受惯性力的作用,冲刷紧贴弯头的外侧面,使此处很快被磨穿,降低了使用寿命,见图2。 料气混合物在球形弯头内的流动则与普通弯头不同。从图1③可以看出,当A、B两条管道通过球形弯头作90°转弯时,A管流入球内的流体,首先速度锐减3～5倍(因截面积增大3～5倍),其次,气流进入球形弯头内很难直接冲刷到球的内表面,而是与球内的涡旋发生摩擦及物质和能量的交换。因此,流体对球体的直接磨损被缓冲而削弱。对球壁直接磨损的是球内的涡旋。而涡旋的旋速较低又集中在进、出口管与球体的交接部位C、
5、D、E、F(图1③)。这里成为球形弯头最先被磨穿的地方。即使如此,球形弯头在不加固的情况下,其使用寿命也比普通弯头长3～5倍,使用期可达十年以上(输送水泥)。若对进出管与球体对接处的球面作加固焊接,则使用周期更长。 图2 改变流向的流体作用在弯管上的力3 球形弯头的相似阻力系数及合理球径 在水泥厂的气力输送管路中,通常要转几次弯才能将物料送至目的地。以某厂的气力输出系统为例(图3):出磨水泥进入螺旋泵即被加压吹入管路系统,经A、B、C、D、E五个球形弯头分别作90°转弯后,沿水平管道及三通阀进
6、入水泥库。若要计算这一管路系统的压力损失,五个球形弯头的压损是应当考虑的。 图3 水泥气力输送系统 料气混合物流过球形弯头与流过普通弯头一样要产生压力损耗。压损的大小因球径大小、转弯角度的不同而不同。 众所周知:在气力输送中,由水平转向垂直向上的90°转弯,普通弯头转弯部分的压力损失的计算式为: v2 ΔP=ζ——ρm (2) 2式中:ΔP——普通弯头压力损失,Pa; v——管中气流平均速度,m/s;
7、 ρm——气固混合物密度,kg/m3; ζ——弯头阻力系数。 式中阻力系数与弯管的曲率半径R和管道内直径D的比值有关,见表、图4所示。R/D比值与ζ的关系R/D246≥7ζ1.50.750.50.38 对于球形弯头,其相似曲率半径R′的大小与球的直径大小和管路转角大小有关。当作90°转角输送时,则R′≈r球,证明如下: 普通弯头的转弯半径 球形弯头的相似的转弯半径图4 转弯半径 由图4可知,由A管轴心与球面垂直交点A′引切线向上,同由B管轴心与球面垂直交点B′引切线
8、向右交于C点,以C点为圆心,CB′为半径作圆弧,即得球形弯头相似曲率半径R′,因A′CB′O为一正方形,故有A′O=B′C=r球=R′,即r球=R′,若球的半径r球增大R′也变大。当管道内径D一定时,R′大,R′/D的比值也随之增大,球形弯头相似阻力系数ζ′变小。压力损失从(2)式可知,在v与ρm一定时,ζ′小,ΔP也小。 实际上流体在球内的转弯并不完全如图4那样规整,而是像图1③中那样略有凸起束状分布,但这并不妨碍关于相似阻力系数的讨论。 在应用中为了制作安装的方便,球形
