不同工況下流體機(jī)械沖蝕的磨損特性研究

張偉 徐國慶

摘 要： 不同工況中的流體機(jī)械沖蝕磨損特性也各不相同，在實(shí)際工作過程中具有多種影響因素，并且此因素并不是單一進(jìn)行作用，在復(fù)雜工況中也具有共同作用。不同磨粒和不同參數(shù)中對于不流體機(jī)械磨損特性影響的作用要以實(shí)際的工作情況，對不同工況中流體機(jī)械磨損特性進(jìn)行確定。基于此，本文就對不同工況中流體機(jī)械沖蝕的磨損特性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞： 不同工況;流體機(jī)械沖蝕;磨損特性

在工業(yè)機(jī)械中，流體機(jī)械具有重要的作用，在流體機(jī)械運(yùn)行的過程中使大量化學(xué)能轉(zhuǎn)變成為能量釋放，之后再轉(zhuǎn)變成為機(jī)械能或者電能，不同流體機(jī)械作用原理及用途都各不相同，工作環(huán)境也不同。不管是流質(zhì)溫度、壓力或者流量，都具有一定影響，不同工作環(huán)境對流體機(jī)械沖蝕磨損特點(diǎn)也不同，對于不同工況中的流體機(jī)械模型特點(diǎn)研究備受人們的重視，希望能夠通過研究降低對于流體機(jī)械破壞及磨損。

1沖蝕磨損分析

沖蝕磨損指的是流體機(jī)械在實(shí)現(xiàn)流體運(yùn)送過程中，因?yàn)闄C(jī)械表面受到流體沖擊，從而使流體機(jī)械表面物質(zhì)出現(xiàn)流失的情況。簡單來說，其指的就是流體機(jī)械表面在實(shí)現(xiàn)固體物質(zhì)流體運(yùn)輸過程中，固體物質(zhì)和流體機(jī)械表面所出現(xiàn)的相對運(yùn)動(dòng)，流體機(jī)械表面受到固體物質(zhì)沖擊，從而出現(xiàn)磨損。沖蝕磨損為流體機(jī)械較為常見的問題[1]。根據(jù)流體介質(zhì)種類實(shí)現(xiàn)分類，主要包括：

（1）泥漿噴嘴沖蝕。此屬于較為常見的沖蝕磨損方式，主要是因?yàn)榱黧w在有液體運(yùn)送過程中，因?yàn)橐后w中具有固體雜質(zhì)，從而導(dǎo)致流體機(jī)械表面出現(xiàn)磨損，此種磨損多出現(xiàn)在礦山開采、石油管道的機(jī)械中。

（2）噴砂型噴嘴沖蝕。其指的是具有大量固體粒子打擊導(dǎo)致磨損，在航空企業(yè)中的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片就會(huì)后道噴砂噴嘴沖蝕。

（3）水滴沖蝕、雨蝕主要是因?yàn)楦咚僖后w對于機(jī)械材料表面出現(xiàn)磨損，比如飛行器在露天防止會(huì)因?yàn)楦咚俚挠甑螞_蝕導(dǎo)致磨損。

（4）氣蝕性噴嘴沖蝕指的是因?yàn)橐后w受到外界條件變化的影響，從而變?yōu)闅馀?、氣體，或者氣泡泯滅過程中對于機(jī)械表面所出現(xiàn)的磨損。

以上四種磨損都具有不同的特點(diǎn)，在日常工程機(jī)械中要實(shí)際流體機(jī)械比較容易受到的沖蝕磨損類型，使用針對性降低沖蝕磨損方法，以此使流體機(jī)械使用壽命得到延長[2]。

2不同工況下流體機(jī)械沖蝕的磨損特性

2.1磨粒形狀

流體介質(zhì)在流體機(jī)械中傳輸時(shí)，因?yàn)榱黧w中的固體介質(zhì)形狀各不相同，所以對流體機(jī)械磨損特性要求也不同。如果磨粒棱角比較多，那么會(huì)加重流體機(jī)械沖蝕磨損特性。和橢圓形或者圓形磨粒對比，磨粒棱角較多的話，在相同沖擊力及沖擊角度中對于流體機(jī)械沖蝕磨損的特性要比橢圓形、圓形要高好幾倍，利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的具體觀察及測試可以看出來，多棱角磨粒對于流體機(jī)械表面的作用力主要為切削表現(xiàn)方式，橢圓形及圓形磨粒為犁削變形方式。

2.2磨粒粒度

磨粒粒度也是導(dǎo)致流體機(jī)械沖蝕磨損的主要原因，磨粒粒度在影響流體機(jī)械磨損特點(diǎn)方面主要包括：其一，不同的磨粒尺寸。磨粒尺寸的不斷提高，其對流體機(jī)械磨損程度并不是不斷的提高，其中具有臨界值，此臨界值存在的情況就是磨損尺寸效應(yīng)。其二，不同的脆性材料也會(huì)對磨粒對于流體機(jī)械磨損程度造成影響，不同脆性材料在遭受到同種磨粒沖蝕的時(shí)候，磨損特性也各不相同，其遵守的變化規(guī)律也各不相同。另外，同個(gè)磨粒因?yàn)椴煌牧Χ确植?，?dǎo)致不同的磨損特性，其與磨粒粒度分布具有密切的關(guān)系[3]。

2.3工質(zhì)溫度

流體機(jī)械在工作過程中的溫度也會(huì)對磨粒對于流體機(jī)械磨損特性造成影響，但是環(huán)境溫度對于磨損特性影響比較復(fù)雜，因?yàn)椴煌牧黧w介質(zhì)中固體的磨粒各有不同，并且流體機(jī)械材質(zhì)也各有不同，此都會(huì)對溫度影響的磨損特性造成影響。部分會(huì)在溫度升高過程中升高，部分會(huì)降低，部分會(huì)將溫度變化惰性充分的展現(xiàn)出來，和溫度變化沒有關(guān)系。溫度升高所導(dǎo)致磨損程度較為嚴(yán)重，主要是因?yàn)樵诟邷刂袑α黧w機(jī)械材料特性有所改變，使磨粒屈服程度造成了降低。部分對于溫度變化沒有影響，主要是因?yàn)榱黧w機(jī)械內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)氧化膜的生成，一般此種氧化膜較為堅(jiān)硬，為流體機(jī)械提供了保護(hù)，使流體機(jī)械表面抗磨損能力得到了提高[4]。

2.4固體磨粒沖擊速度

在不同工況中，流體機(jī)械內(nèi)部的流體流速都是各不相同的。磨粒在流體中的不同速度對流體機(jī)械磨損特性也各有不同，對低壓低速流體介質(zhì)來說，流體的磨粒對于流體機(jī)械沒有磨損，磨粒在觸碰流體機(jī)械內(nèi)部時(shí)候出現(xiàn)變形，但是在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)恢復(fù)。在磨粒沖擊速度超過一定數(shù)值時(shí)，對流體機(jī)械表面磨損的程度為正比關(guān)系，沖擊速度越大，對于流體機(jī)械磨損程度也就會(huì)越嚴(yán)重。不同材質(zhì)的比例系數(shù)也具有一定的差別，通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表示，陶瓷材料系數(shù)為3，金屬要比陶瓷材料小。

2.5沖擊角度

此沖擊角度指的是流體中固體粒子對流體機(jī)械表面沖擊時(shí)候，固體磨粒沖擊方向及流體機(jī)械磨損面出現(xiàn)的夾角。以此可以看出來，不同的沖擊角度對于流體機(jī)械磨損特性都各有不同，并不是角度和垂直方向越接近，磨損就會(huì)越嚴(yán)重。相關(guān)研究表示，沖擊角度對機(jī)械磨損程度與流體機(jī)械磨損面材料具有密切的關(guān)系。對脆性材料來說，在沖擊角度接近于90°的時(shí)候，磨損程度就會(huì)嚴(yán)重。對塑性材料來說，沖擊角度具有中間值，此值在不同材料中有不同的差異，一般都是在15°-40°之間，導(dǎo)致磨損情況較為嚴(yán)重[5]。

2.6摩擦系數(shù)

使用傳統(tǒng)石棉模組材料制作的汽車制動(dòng)器襯片不僅污染環(huán)境，還會(huì)導(dǎo)致癌癥，工作壽命較低，在250℃以上工作的時(shí)候具有熱衰退的情況。炭纖維含量是對摩阻材料摩擦性能影響的主要因素，相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示，在碳纖維含量比較低的時(shí)候，摩擦系數(shù)和磨損率在炭纖維含量不斷增加過程中降低;相反，就會(huì)增加。碳纖維和基體粘結(jié)力與表面性質(zhì)具有密切的關(guān)系，沒有通過表面改性處理的碳纖維，因?yàn)楸砻娑栊裕驼辰Y(jié)劑的相容性比較差，導(dǎo)致摩阻材料抗剪強(qiáng)度較低。在實(shí)現(xiàn)碳纖維表面改性處理之后，會(huì)降低沉積物，提高表面粗糙度，以此使強(qiáng)度及摩擦系數(shù)得到提高，對錨固作用的提高是非常有利的。

2.7材料硬度

此方面的硬度主要包括磨粒材料及流體介質(zhì)，硬度影響流體機(jī)械沖蝕磨損特性主要為：此磨粒及流體介質(zhì)硬度和流體機(jī)械表面硬度比值比較小，對塑性材料來說，在磨粒硬度和流體機(jī)械材料硬度的比為1：2的時(shí)候，沖蝕磨損程度和比值具有負(fù)相關(guān)的關(guān)系。在兩者比為1：2小的時(shí)候，為正相關(guān)關(guān)系。也就是在比值增加過程中，磨損程度也在不斷的擴(kuò)大[6]。

3結(jié)束語

流體機(jī)械過流部件破壞的主要原因就是沖蝕磨損，在水輪機(jī)、水泵輸送含沙水流的時(shí)候，葉輪沖蝕磨損破壞程度備受國內(nèi)外研究學(xué)者的重視。通過本文研究表示，流體機(jī)械是通過流體作為介質(zhì)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的機(jī)械，其中的對流體機(jī)械沖蝕影響的因素較多，其相互都是在影響的，在實(shí)際生產(chǎn)過程中還實(shí)現(xiàn)主次權(quán)衡，選擇合適的材料，實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱寶正. 不同工況下流體機(jī)械沖蝕磨損特性分析[J]. 工業(yè)c， 2015，12（4）：00260-00260.

[3]楊霞. 淺析不同工況下流體機(jī)械沖蝕的磨損特性[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2013，21（30）：42-42.

[4]龐佑霞， 李彬， 劉厚才，等. 流體機(jī)械葉輪常用材料沖蝕與空蝕交互磨損特性研究[J]. 潤滑與密封， 2013，11（12）：23-26.

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