研究了輸送管道中氣固兩相流中微粒的直徑、濃度和材料種類等因素不銹鋼管道彎頭磨損量以及磨損率的影響。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用負(fù)壓結(jié)構(gòu)，風(fēng)速范圍在A"+*E／F之間，采用不同直徑 的剛玉和氧化鋯微粉。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了模擬處理，并對(duì)上述變量、彎頭曲率半徑與直徑比和直徑等因素的影響規(guī) 律作了分析。結(jié)果表明，彎頭材料本身的性能對(duì)磨損結(jié)果影響最大。四種材料耐磨性依次為不銹鋼。磨損率和風(fēng)速之間存在指數(shù)關(guān)系，指數(shù)冪在!’)")之間。不同尺寸、材料和硬度的磨粒將影響磨 損率與風(fēng)速函數(shù)關(guān)系式的冪指數(shù)。另外，對(duì)于曲率半徑／管直徑比值固定的彎頭而言，直徑大的彎頭磨損率低，這與 小直徑彎頭的表面積與體積比更大有關(guān)。

含塵氣相流對(duì)輸送管道的磨損是一個(gè)普遍存在 的問(wèn)題，例如煙氣透平、氣力輸送及各類風(fēng)機(jī)等流體 機(jī)械都不同程度存在磨損安全隱患。據(jù)報(bào)道，風(fēng)機(jī) 因磨損而導(dǎo)致的停機(jī)停產(chǎn)在冶金等行業(yè)中占風(fēng)機(jī)故障的一半以上，嚴(yán)重影響著生產(chǎn)效益和安全。因 此相應(yīng)的磨損機(jī)理、規(guī)律以及防護(hù)措施，尤其是具體 管道、具體工作條件下磨損量的計(jì)算以及管道壽命 的預(yù)測(cè)，一直是研究人員關(guān)心的課題。管道的磨損 主要發(fā)生在管道的異型構(gòu)件處，例如彎管和三通。 研究表明，影響彎管磨損的主要因素包括輸送速度、 所輸送物料硬度及形狀尺寸、磨粒撞擊角度、彎管的材料和幾何尺寸等。然而，由于各種因素互相 影響制約，其規(guī)律十分復(fù)雜，甚至個(gè)別影響因素的影 響規(guī)律目前還沒(méi)有定論。本研究采用空氣負(fù)壓系 統(tǒng)，選取典型金屬材料彎管作為研究對(duì)象，研究了較 大變化范圍內(nèi)空氣輸送速率（#!$%&／’）、磨料種 類、磨料濃度、磨料尺寸和彎管尺寸等因素對(duì)彎管磨 蝕行為的影響。



傳統(tǒng)氣力輸送理論認(rèn)為物料在彎頭內(nèi)是貼著外 側(cè)內(nèi)壁流動(dòng)，曲率半徑越大就越接近于直管輸送，相 應(yīng)的磨損和壓力損失也應(yīng)是最小。同時(shí)還認(rèn)為彎頭 磨損是沿外側(cè)內(nèi)壁均勻分布，這也是數(shù)十年來(lái)普遍 推薦選用大曲率半徑彎頭，即曲率半徑! 與管內(nèi)徑 " 之比為*"L*的主要原因。 隨著對(duì)彎頭的進(jìn)一步試驗(yàn)研究，現(xiàn)已證實(shí)大曲 率半徑彎頭中的物料流動(dòng)狀態(tài)并非完全如傳統(tǒng)氣力 輸送理論所論述。文獻(xiàn)證明，大曲率半徑彎頭內(nèi) 壁磨損點(diǎn)顯示了物料與管壁間的猛烈沖擊和物料流 動(dòng)方向的改變，物流沖擊加劇能量消耗，并隨 比值的增大而沖擊點(diǎn)增多。而對(duì)于短彎頭，試驗(yàn)觀 察發(fā)現(xiàn)，短半徑彎管存在一個(gè)物料堆積密集區(qū)， 與一端不通 M型管類似。物料密集區(qū)對(duì)管內(nèi)壁起 到保護(hù)作用，減少了物料對(duì)管壁的沖擊力和沖擊次 數(shù)，同時(shí)由于物料密集區(qū)的貼近管內(nèi)壁部分的物料 相對(duì)流動(dòng)速度減緩，對(duì)管壁磨損也減弱。因此，盡管 物料與出口端管壁內(nèi)側(cè)有接觸，而相應(yīng)的磨損量非常小，這也是短半徑彎頭耐磨性優(yōu)于長(zhǎng)半徑彎頭耐 磨性的原因。盡管諸多的研究證實(shí)!／" 處于!"# 之間時(shí)彎頭的耐磨性最好，但是目前人們對(duì)短半徑 彎頭的耐磨機(jī)理的了解不是很全面。本研究中兩種 尺寸管徑的彎頭 !／" 均為!，但耐磨性仍舊有差 異，說(shuō)明除了!／" 數(shù)值外，彎管直徑本身也對(duì)磨損 率產(chǎn)生一定的影響。一個(gè)可能的原因在于大直徑管 和小直徑管道的內(nèi)壁的面積與管道體積的比值不同 造成的。由于管道內(nèi)壁的面積與管道直徑一次方成 正比關(guān)系，而管道體積與管道直徑的平方成正比關(guān) 系，因此，單位長(zhǎng)度管道上，小直徑管道的內(nèi)壁面積 與體積的比值比大直徑管道的內(nèi)壁面積與體積比值 更大一些。換句話說(shuō)，在運(yùn)送相同體積的氣固兩相 流時(shí)，小管道暴露的內(nèi)壁面積相對(duì)更大?；谶@個(gè) 原因，在相同的!／" 值時(shí)，小直徑管道的磨損比大 直徑管道的磨損會(huì)更大。



彎管抵抗沖蝕的能力和自身的材料性能有著密 切的關(guān)系。研究表明，脆性材料和韌性材料在 沖蝕下的磨損機(jī)制有很大的不同。脆性材料在氣流 所攜帶的顆粒沖擊下，當(dāng)沖擊角處于K%L時(shí)的磨損 最嚴(yán)重，這主要是因?yàn)樵诠滔囝w粒的不斷敲擊下，脆 性材料表面會(huì)發(fā)生裂紋的形成與擴(kuò)展，并最終發(fā)生 碎裂材料的剝離。韌性材料在大角度沖蝕時(shí)具有良好的耐沖蝕性，但是在小角度沖蝕時(shí) 的磨損嚴(yán)重。一般而言最嚴(yán)重的沖蝕發(fā)生在度的沖蝕過(guò)程［(］。韌性材料的沖蝕磨損主要是 由于顆粒作用下的表面塑性變形、疲勞以及硬顆粒 的不斷切割。彎頭中高速通過(guò)氣固兩相流時(shí)，氣流 所夾帶的顆粒對(duì)彎頭內(nèi)表面的沖蝕角度很小，因此 韌性材料的磨損非常嚴(yán)重。本文中所測(cè)試的彎頭材 料中，’"M9具有強(qiáng)、韌結(jié)合和耐沖擊的優(yōu)良性能， 優(yōu)于其他&種材料。因此，其表面塑性變形相對(duì)最 小，在小角度沖蝕作用下的耐磨性能也最好。

如果彎頭材料一定，那么影響其磨損率的諸多 外在因素中，最重要的影響因素便是風(fēng)速。實(shí)驗(yàn)結(jié) 果證實(shí)，磨損率和風(fēng)速呈指數(shù)關(guān)系，并且指數(shù)冪在 ’I!"!之間。這表明磨損率的絕對(duì)數(shù)值是隨著風(fēng) 速的增長(zhǎng)而快速增加的。在實(shí)際生產(chǎn)中通?？梢愿?據(jù)磨損率和風(fēng)速之間的函數(shù)關(guān)系確定一個(gè)臨界風(fēng)速 值，將實(shí)際生產(chǎn)中的風(fēng)速限制在此臨界值以內(nèi)。然 而，一味限制風(fēng)速在很多應(yīng)用場(chǎng)合都是不現(xiàn)實(shí)，甚至 是不可能的。所以很多預(yù)防措施的研究中都集中在 彎頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)上。目前一個(gè)趨勢(shì)是，將以往常用 的曲率半徑與直徑比值 &／’ 在#"’#之間的彎 頭，更換為&／’ 在!"&之間的短半徑彎頭。傳統(tǒng) 認(rèn)為大曲率半徑的彎頭更接近直管，因此其磨損率 應(yīng)更小。然而實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)并非如此［&)#］。其主 要原因就在于短半徑彎頭內(nèi)部存在一個(gè)物料密集 區(qū)，這個(gè)物料密集區(qū)的存在大大緩解了顆粒對(duì)彎頭 內(nèi)壁的磨損。

本研究中所采用的!種材料、兩種尺寸的彎頭， 其曲率半徑與彎管內(nèi)徑的比值都是"，但是其磨損 率仍舊表現(xiàn)出一定的差異，小直徑的彎頭磨損更嚴(yán) 重一些。這主要在于大直徑管和小直徑管道的內(nèi)壁 的面積與管道體積的比值不同造成的。一段長(zhǎng)度內(nèi)管壁面積和管容積的比值為"／!，其中!是管道的 半徑。因此，小直徑彎頭具有更大的面積／容積比。 因此輸送同樣風(fēng)速、磨料濃度和磨料種類時(shí)，小直徑 彎頭相對(duì)暴露的內(nèi)壁面積更大。因此，對(duì)于短半徑 彎頭，口徑的大小對(duì)其耐磨性也有明顯的影響。