[发明专利]一种90°矩形耐磨弯头及弯头的耐磨处理方法

说明书

技术领域

本发明属于工业通风领域，具体涉及一种矩形弯头及弯头处理方法，特别是一种90°矩形耐磨弯头及弯头的耐磨处理方法。

背景技术

在气力、泵送浆体等磨蚀性物料输送过程中，由于输送介质普遍具有硬度高，流速快，流量大等特点，并在输送过程中长期持续对管壁产生冲击、磨损、腐蚀等作用，使管道产生疲劳致使渐渐被磨穿。特别是当耐磨管道内输送磨削性大的物料时(如灰渣、煤粉、矿精粉、尾矿、水泥等)，都存在一个耐磨管道磨损快的问题，特别是管道的弯头这样的局部阻力构件处，物料与周围管壁的碰撞更加剧烈，是输配系统中受磨削最严重的部位。

弯头是工业通风输配系统中不可缺少的组成部分。为了防止管道磨损过快，最常用的方式是浇铸、粘贴、点焊等方式在管道内壁贴附上耐磨材料。但并非所有部位都会受到很大的摩擦力，只有管道中速度梯度较大处才会受到严重的摩擦，而传统的贴附管道内壁的方法不仅导致管道内阻力变得很大，耗能增大，且需要较大型号送风风机设备。同时，现有的具有集中通风空调的建筑内风管面积都很大，如果使用传统的耐磨处理方法则需要使用大量的耐磨损材料，费用不菲。

发明内容

针对现有弯头的缺陷，本发明的目的在于，提供一种90°矩形耐磨弯头。该弯头在不同摩擦剪切力的部位采用不同的耐磨材料，有效地抵抗气力输送过程中物料对管道的磨削，使得管道不同部位根据磨削的程度进行耐磨强化，同时节省昂贵材料，降低弯头的造价。

为实现上述技术任务，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种90°矩形耐磨弯头，包括上顶板、下底板、外弧面和内弧面；上顶板、下底板、外弧面和内弧面作为四个面合围得到一个1/4圆的弧形管；上顶板与下底板相同；其特征在于，所述下底板和内弧面都被划分为高摩擦力区、中摩擦力区和低摩擦力区；在高摩擦力区和中摩擦力区的位于弯头内的表面上分别使用不同耐磨厚度的耐磨材料；

在高摩擦力区的位于弯头内的表面上采用的耐磨材料为氧化铝陶瓷片，利用下式计算氧化铝陶瓷片的厚度：

式中，H_h为高摩擦力区氧化铝陶瓷片的厚度，mm；δ为90°矩形弯管壁厚，mm；P_max-h为板面的最大摩擦应力值，Pa；P_h-m为划分高摩擦力区和中摩擦力区的摩擦应力阈值，Pa；P为高摩擦力区或中摩擦力区中任意点处的摩擦应力，Pa；γ₁为高噪音区厚度常数系数，0.2≤γ₁≤3；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数；

在中摩擦力区的位于弯头内的表面上采用的耐磨材料为高铬耐磨合金，利用下式计算高铬耐磨合金的厚度：

式中，H_m为中摩擦力区高铬耐磨合金的厚度，mm；δ为90°矩形弯管壁厚，mm；P_h-m为划分高摩擦力区和中摩擦力区的摩擦应力阈值，Pa；P_m-l为划分中摩擦力区和低摩擦力区的摩擦应力阈值，Pa；P为高摩擦力区或中摩擦力区中任意点处的摩擦应力，Pa；γ₂为中噪音区厚度常数系数，0.2≤γ₂≤3；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。

本发明还提供了一种90°矩形弯头的耐磨处理方法，包括以下步骤：

步骤1：对于90°矩形弯头，求解空气和尘粒混合流动的两相流的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组，确定90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z)和速度梯度Gard[U(x,y,z)]；

步骤2：根据步骤1得到的90°矩形弯头稳态湍流速度场U(x,y,z),代入式1所示的尘粒的组分体积分数方程，对式1进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代对式1进行求解，得到第二相即尘粒的体积浓度α_p(x,y,z)；

式中，ρ_p为尘粒密度，m³/kg；t为时间，s；v_dr,p为滑移速度，m/s；m为质量流量，kg/s；

步骤3：根据步骤1求解得到的速度梯度Gard[U(x,y,z)]和步骤2求解得到的尘粒的体积浓度α_p(x,y,z)，分别计算内弧面和下底板的摩擦应力P(Pa),得到内弧面和下底板各自的摩擦应力范围；