一種攜砂氣流循環(huán)沖蝕實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于氣固兩相沖蝕實驗技術領域，具體涉及一種攜砂氣流循環(huán)沖蝕實驗裝置。
【背景技術】
[0002]沖蝕現(xiàn)象在管道運輸、航空航天及各種排氣通風設備中極為常見，而包含砂粒等較大固體顆粒的高速氣流沖蝕磨損則更為嚴重，如氣體鉆井井筒攜砂氣流沖蝕鉆具致鉆桿斷裂、氣力輸送管道彎頭沖蝕穿孔破裂、排砂管線變徑段沖蝕失效等。因此，攜砂氣流對管道、設備的沖蝕速率一直是人們研究的重點。
[0003]前人根據歐拉-拉格朗日方法推導了描述固體顆粒運動及沖蝕的理論公式，但公式中有關沖蝕角、接觸面積、碰撞系數(shù)等參數(shù)無法確定，需求助于實驗。數(shù)值模擬可以計算氣流與顆粒的運行速度，但不能直接計算壁面的沖蝕速率，仍需要借助實驗所得的經驗參數(shù)代入計算。因此，沖蝕研究的突破口在于實驗。
[0004]由于沖蝕是一個長期過程，現(xiàn)有的沖蝕磨損實驗中，需要不斷地加入固體顆粒以實現(xiàn)連續(xù)的沖蝕，消耗了大量的人力和固體顆粒材料，實驗裝置末端還需要及時的分離回收，效率低下且不經濟。因此，如何有效實現(xiàn)循環(huán)沖蝕，避免反復填料是學者們關注的焦點。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目是針對現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種經濟高效的攜砂氣流循環(huán)沖蝕實驗裝置。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案：
[0007]一種攜砂氣流循環(huán)沖蝕實驗裝置由空壓機、砂箱、沖蝕腔三部分組成?？諌簷C出氣口依次連接一垂置U型彎管和一水平管，水平管中段通過三通管與砂箱底部注砂口連接，使得空壓機出口高于砂箱底部注砂口，以防止砂粒倒灌。U型彎管上依次安裝注氣閥和氣體流量計，調節(jié)注氣閥開度可控制進入循環(huán)管路的氣體流量，氣體流量由氣體流量計測得。砂箱為一上部圓柱體、下部圓椎體結構，砂箱頂部蓋有頂部濾網，頂部濾網固定于十字鋼架上，十字鋼架中間固定有驅動電機，驅動電機下端連接有伸入砂箱內部的帶螺旋葉片的攪動桿;砂箱側面開有透明視窗，透明視窗一側貼有標尺;砂箱圓錐體底部開有注砂口，注砂口處設有加砂閥，通過調節(jié)加砂閥可以控制加砂量，使得砂箱內砂面位置的升降控制在標尺可測范圍內；砂箱注砂口旁開有排砂口，排砂口處設有排砂閥，待實驗結束時，可打開排砂口清空砂箱內的砂粒。水平管另一端經彎頭連接到垂直放置的沖蝕腔，沖蝕腔中間測試段為圓柱體，兩端為漸縮的圓錐體，沖蝕腔中間測試段壁面安設有軸對稱的試片掛鉤，沖蝕試片通過試片掛鉤懸掛固定于沖蝕腔的測試段;沖蝕腔頂端通過彎管連接伸入砂箱且開口向下的彎頭，彎頭出口高于砂箱內的最高砂面位置，攜砂氣流從彎頭噴出后，可在砂箱內實現(xiàn)氣固分離。
[0008]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：
[0009]1、本實用新型將連續(xù)加砂、排砂分離有機結合，實現(xiàn)了砂粒的循環(huán)利用，占地小，經濟環(huán)保；
[0010]2、本實用新型可通過加砂閥調控加砂量，由透明視窗和標尺可測算氣體的攜砂量。
【附圖說明】
[0011]圖I為本實用新型整體結構示意圖
[0012]圖2為本實用新型砂箱局部剖視圖
[0013]圖3為本實用新型砂箱頂部俯視圖
[0014]其中：I、空壓機;2、砂箱;3、沖蝕腔;4、注氣閥；5、氣體流量計;6、驅動電機;7、頂部濾網；8、十字鋼架;9、攪動桿；IO、透明視窗；11、排砂閥；12、加砂閥；13、沖蝕試片；14、試片掛鉤;15、標尺。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型的具體實施作進一步描述。
[0016]如圖I所示，一種攜砂氣流循環(huán)沖蝕實驗裝置由空壓機I、砂箱2、沖蝕腔3三部分組成?？諌簷CI出氣口依次連接一垂置U型彎管和一水平管，水平管中段通過三通管與砂箱2底部注砂口連接，使得空壓機I出口高于砂箱2底部注砂口，以防止砂粒倒灌。U型彎管上依次安裝注氣閥4和氣體流量計5，調節(jié)注氣閥4開度可控制進入循環(huán)管路的氣體流量，氣體流量由氣體流量計5測得。砂箱2為一上部圓柱體、下部圓椎體結構，砂箱2頂部蓋有頂部濾網7，頂部濾網7固定于十字鋼架8上，十字鋼架8中間固定有驅動電機6，驅動電機6下端連接有伸入砂箱2內部的帶螺旋葉片的攪動桿9，通過攪動桿9的轉動可防止砂箱2內的砂粒固結;砂箱2側面開有透明視窗10，透明視窗10—側貼有標尺15;砂箱2圓錐體底部開有注砂口，注砂口處設有加砂閥12，通過調節(jié)加砂閥12可以控制加砂量，使得砂箱2內砂面位置的升降控制在標尺15可測范圍內；砂箱2注砂口旁開有排砂口，排砂口處設有排砂閥11，待實驗結束時，可打開排砂口清空砂箱2內的砂粒。水平管另一端經彎頭連接到垂直放置的沖蝕腔3，沖蝕腔3中間測試段為圓柱體，兩端為漸縮的圓錐體，圓柱體與圓錐體間通過螺紋連接，可拆卸；沖蝕腔3中間測試段壁面安設有軸對稱的試片掛鉤14，沖蝕試片13通過試片掛鉤14懸掛固定于沖蝕腔3的測試段;沖蝕腔3頂端通過彎管連接伸入砂箱2且開口向下的彎頭，彎頭出口高于砂箱2內的最高砂面位置，攜砂氣流從彎頭噴出后，可在砂箱2內實現(xiàn)氣固分離。
[0017]具體實施例：
[0018]實驗操作時，首先將沖蝕腔3的中間圓柱體拆卸下來，將沖蝕試片13懸掛固定于沖蝕腔3內壁的試片掛鉤14上，再將沖蝕腔3圓柱體與兩端圓錐體通過螺紋組裝連接。然后，關閉砂箱的排砂閥11和加砂閥12，打開頂部濾網7，往砂箱2中加入足夠砂粒，并將砂面平整，使得砂面低于沖蝕腔3頂端深入砂箱2的彎頭出口，且砂面位于透明視窗10可視區(qū)間，使得標尺15可讀得砂面的高度，再把頂部濾網7蓋上，同時使攪動桿9插入砂粒。打開空壓機1，使空氣吹掃一遍循環(huán)管路，并檢查整個管路是否有密封不當。然后，打開加砂閥12至一定開度，使砂粒摻入氣流，同時打開驅動電機6，使驅動電機6帶動帶螺旋葉片的攪動桿9在砂箱2內連續(xù)均勻攪拌，使得砂?？梢跃鶆虻負饺?。待攜砂氣流循環(huán)穩(wěn)定時，通過透明視窗10觀察砂箱2內的砂面高度，確保砂面位于標尺15可測范圍內，若不在可測范圍，可通過加砂閥12的調節(jié)實現(xiàn)砂量的控制。對比實驗前初始砂面高度，可以計算得到循環(huán)攜砂氣流中的含砂量。待實驗所需的穩(wěn)定沖蝕時長達到后，關閉加砂閥12和驅動電機6，保持氣流循環(huán)一段時間，使得循環(huán)管路的砂粒吹掃至砂箱2沉積。然后，關閉空壓機I，拆卸沖蝕腔3，取出沖蝕試片13，進行沖蝕深度的檢測和沖蝕速率的計算。若長期不做沖蝕實驗，可打開排砂閥11，將砂箱2內的砂粒放空。
【主權項】
1.一種攜砂氣流循環(huán)沖蝕實驗裝置，其特征在于：由空壓機(1)、砂箱(2)、沖蝕腔(3)三部分組成；空壓機（I)出氣口依次連接一垂置U型彎管和一水平管，水平管中段通過三通管與砂箱(2)底部注砂口連接，U型彎管上依次安裝注氣閥(4)和氣體流量計(5);砂箱(2)為一上部圓柱體、下部圓椎體結構，砂箱(2)頂部蓋有頂部濾網（7)，頂部濾網（7)固定于十字鋼架(8)上，十字鋼架(8)中間固定有驅動電機(6)，驅動電機(6)下端連接有伸入砂箱(2)內部的帶螺旋葉片的攪動桿(9);砂箱(2)側面開有透明視窗（10)，透明視窗（10)—側貼有標尺(15);砂箱(2)圓錐體底部開有注砂口，注砂口處設有加砂閥（12);砂箱(2)注砂口旁開有排砂口，排砂口處設有排砂閥（11);水平管另一端經彎頭連接到垂直放置的沖蝕腔(3)，沖蝕腔(3)中間測試段為圓柱體，兩端為漸縮的圓錐體，圓柱體與圓錐體間通過螺紋連接;沖蝕腔(3)中間測試段壁面安設有軸對稱的試片掛鉤（14)，沖蝕試片（13)通過試片掛鉤（14)懸掛固定于沖蝕腔(3)的測試段;沖蝕腔(3)頂端通過彎管連接伸入砂箱(2)且開口向下的彎頭，彎頭出口高于砂箱(2)內的最高砂面位置。
【專利摘要】本實用新型涉及一種攜砂氣流循環(huán)沖蝕實驗裝置，由空壓機、砂箱、沖蝕腔三部分組成，通過循環(huán)管道將砂箱、沖蝕腔串接。調節(jié)注氣閥開度可控制進入循環(huán)管路的氣體流量，由氣體流量計測得氣體流量；調節(jié)加砂閥可控制摻入氣流的加砂量，由透明視窗和標尺可測算氣體的攜砂量，從而實現(xiàn)不同流速、不同含砂率的沖蝕實驗。本實用新型將連續(xù)加砂、排砂分離有機結合，實現(xiàn)了砂粒的循環(huán)利用，占地小、經濟環(huán)保。
【IPC分類】G01N17/00
【公開號】CN205157399
【申請?zhí)枴緾N201520962948
【發(fā)明人】朱紅鈞, 巴彬, 林元華, 王健, 陳理捷, 尤嘉慧, 唐麗爽
【申請人】西南石油大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月27日