【摘要】：本文針對煤化工黑水調節(jié)閥沖蝕磨損嚴重的問題,從材料性能和結構流場兩方面著手進行了研究。采用連續(xù)式高溫高速氣固沖蝕實驗裝置對閥門所用NiWC35涂層和燒結WC兩種材料進行磨損實驗,采用超高速激光輪廓儀獲得試件沖蝕凹坑的輪廓曲線,通過電鏡掃描觀察分析材料微觀磨損形貌,對材料在不同磨料量、溫度和沖擊角度下的抗磨損性能進行了分析;采用Aspen化工流程軟件計算黑水閥閃蒸工藝過程,獲得的氣液相分率用于Fluent流場計算邊界條件,采用蒸發(fā)凝結模型和離散相模型計算實時閃蒸流場和磨損率分布,計算結果與實際失效案例對比驗證良好,形成的預測方法可用于指導黑水閥及含固運輸領域管道閥門的設計選材,并顯著降低其研發(fā)成本。本文取得的主要結論如下:(1)所搭建連續(xù)式高溫高速氣固沖蝕實驗裝置能較好的滿足耐磨材料磨損性能研究的要求。其磨粒沖擊速度能達到180m/s,可對耐磨材料進行加速磨損;進料控制系統(tǒng)較好的保證了磨料質量流量的穩(wěn)定;且能對材料開展500℃以上的高溫實驗。(2)兩種材料都隨磨料量的增加而磨損顯著,NiWC35涂層在沖蝕凹坑深度上要比燒結WC大7倍以上;實驗溫度對Ni WC35涂層有較大的影響,而對燒結WC影響相對較小;當沖擊角度逐漸傾斜時,NiWC35涂層往凹坑深度和半徑都有擴展,而燒結WC則只往凹坑半徑上有所擴展。(3)采用實驗數據修正的磨損模型對實驗段進行仿真分析,計算所得試件表面磨損率三維形狀與實驗沖蝕坑的形貌在直徑上基本相等,輪廓曲線也大致吻合。(4)黑水閥沖蝕磨損分布與其閃蒸流場密切相關,在正常40%開度時,流量較大,含固流集中,對緩沖罐底部會造成沖擊;而10%極端開度時,閃蒸提前發(fā)生,含固流進入文丘里管時擴散激烈,易造成文丘里管壁面的片狀磨損和局部減薄。(5)采用驗證的磨損預測方法對改進的黑水閥進行優(yōu)劣分析,表明閥芯的紡錘體結構設計具有穩(wěn)壓效果。其磨損最大發(fā)生位置轉移到了閥芯調節(jié)部分下端,使得閥門調節(jié)功能得到了保護,而含固流進入文丘里管時充分耗散,文丘里管和緩沖罐壁面的磨損也得到了明顯的緩解。
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ53;TQ050.48

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本文編號：2706728