黑水调节阀耐磨材料冲蚀磨损特性及数值预测研究

发布时间：2020-06-10 19:10

【摘要】：本文针对煤化工黑水调节阀冲蚀磨损严重的问题,从材料性能和结构流场两方面着手进行了研究。采用连续式高温高速气固冲蚀实验装置对阀门所用NiWC35涂层和烧结WC两种材料进行磨损实验,采用超高速激光轮廓仪获得试件冲蚀凹坑的轮廓曲线,通过电镜扫描观察分析材料微观磨损形貌,对材料在不同磨料量、温度和冲击角度下的抗磨损性能进行了分析;采用Aspen化工流程软件计算黑水阀闪蒸工艺过程,获得的气液相分率用于Fluent流场计算边界条件,采用蒸发凝结模型和离散相模型计算实时闪蒸流场和磨损率分布,计算结果与实际失效案例对比验证良好,形成的预测方法可用于指导黑水阀及含固运输领域管道阀门的设计选材,并显著降低其研发成本。本文取得的主要结论如下:(1)所搭建连续式高温高速气固冲蚀实验装置能较好的满足耐磨材料磨损性能研究的要求。其磨粒冲击速度能达到180m/s,可对耐磨材料进行加速磨损;进料控制系统较好的保证了磨料质量流量的稳定;且能对材料开展500℃以上的高温实验。(2)两种材料都随磨料量的增加而磨损显著,NiWC35涂层在冲蚀凹坑深度上要比烧结WC大7倍以上;实验温度对Ni WC35涂层有较大的影响,而对烧结WC影响相对较小;当冲击角度逐渐倾斜时,NiWC35涂层往凹坑深度和半径都有扩展,而烧结WC则只往凹坑半径上有所扩展。(3)采用实验数据修正的磨损模型对实验段进行仿真分析,计算所得试件表面磨损率三维形状与实验冲蚀坑的形貌在直径上基本相等,轮廓曲线也大致吻合。(4)黑水阀冲蚀磨损分布与其闪蒸流场密切相关,在正常40%开度时,流量较大,含固流集中,对缓冲罐底部会造成冲击;而10%极端开度时,闪蒸提前发生,含固流进入文丘里管时扩散激烈,易造成文丘里管壁面的片状磨损和局部减薄。(5)采用验证的磨损预测方法对改进的黑水阀进行优劣分析,表明阀芯的纺锤体结构设计具有稳压效果。其磨损最大发生位置转移到了阀芯调节部分下端,使得阀门调节功能得到了保护,而含固流进入文丘里管时充分耗散,文丘里管和缓冲罐壁面的磨损也得到了明显的缓解。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ53;TQ050.48

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本文编号：2706728