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。實驗系統采用負壓結構，風速范圍在A"+*E／F之間，采用不同直徑 的剛玉和氧化鋯微粉。對實驗結果進行了模擬處理，并對上述變量、彎頭曲率半徑與直徑比和直徑等因素的影響規 律作了分析。結果表明，彎頭材料本身的性能對磨損結果影響最大。四種材料耐磨性依次為不銹鋼。磨損率和風速之間存在指數關系，指數冪在!’)")之間。不同尺寸、材料和硬度的磨粒將影響磨 損率與風速函數關系式的冪指數。另外，對于曲率半徑／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。

含塵氣相流對輸送管道的磨損是一個普遍存在 的問題，例如煙氣透平、氣力輸送及各類風機等流體 機械都不同程度存在磨損安全隱患。據報道，風機 因磨損而導致的停機停產在冶金等行業中占風機故障的一半以上，嚴重影響著生產效益和安全。因 此相應的磨損機理、規律以及防護措施，尤其是具體 管道、具體工作條件下磨損量的計算以及管道壽命 的預測，一直是研究人員關心的課題。管道的磨損 主要發生在管道的異型構件處，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，其規律十分復雜，甚至個別影響因素的影 響規律目前還沒有定論。本研究采用空氣負壓系 統，選取典型金屬材料彎管作為研究對象，研究了較 大變化范圍內空氣輸送速率（#!$%&／’）、磨料種 類、磨料濃度、磨料尺寸和彎管尺寸等因素對彎管磨 蝕行為的影響。



傳統氣力輸送理論認為物料在彎頭內是貼著外 側內壁流動，曲率半徑越大就越接近于直管輸送，相 應的磨損和壓力損失也應是最小。同時還認為彎頭 磨損是沿外側內壁均勻分布，這也是數十年來普遍 推薦選用大曲率半徑彎頭，即曲率半徑! 與管內徑 " 之比為*"L*的主要原因。 隨著對彎頭的進一步試驗研究，現已證實大曲 率半徑彎頭中的物料流動狀態并非完全如傳統氣力 輸送理論所論述。文獻證明，大曲率半徑彎頭內 壁磨損點顯示了物料與管壁間的猛烈沖擊和物料流 動方向的改變，物流沖擊加劇能量消耗，并隨 比值的增大而沖擊點增多。而對于短彎頭，試驗觀 察發現，短半徑彎管存在一個物料堆積密集區， 與一端不通 M型管類似。物料密集區對管內壁起 到保護作用，減少了物料對管壁的沖擊力和沖擊次 數，同時由于物料密集區的貼近管內壁部分的物料 相對流動速度減緩，對管壁磨損也減弱。因此，盡管 物料與出口端管壁內側有接觸，而相應的磨損量非常小，這也是短半徑彎頭耐磨性優于長半徑彎頭耐 磨性的原因。盡管諸多的研究證實!／" 處于!"# 之間時彎頭的耐磨性最好，但是目前人們對短半徑 彎頭的耐磨機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，說明除了!／" 數值外，彎管直徑本身也對磨損 率產生一定的影響。一個可能的原因在于大直徑管 和小直徑管道的內壁的面積與管道體積的比值不同 造成的。由于管道內壁的面積與管道直徑一次方成 正比關系，而管道體積與管道直徑的平方成正比關 系，因此，單位長度管道上，小直徑管道的內壁面積 與體積的比值比大直徑管道的內壁面積與體積比值 更大一些。換句話說，在運送相同體積的氣固兩相 流時，小管道暴露的內壁面積相對更大。基于這個 原因，在相同的!／" 值時，小直徑管道的磨損比大 直徑管道的磨損會更大。



彎管抵抗沖蝕的能力和自身的材料性能有著密 切的關系。研究表明，脆性材料和韌性材料在 沖蝕下的磨損機制有很大的不同。脆性材料在氣流 所攜帶的顆粒沖擊下，當沖擊角處于K%L時的磨損 最嚴重，這主要是因為在固相顆粒的不斷敲擊下，脆 性材料表面會發生裂紋的形成與擴展，并最終發生 碎裂材料的剝離。韌性材料在大角度沖蝕時具有良好的耐沖蝕性，但是在小角度沖蝕時 的磨損嚴重。一般而言最嚴重的沖蝕發生在度的沖蝕過程［(］。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。彎頭中高速通過氣固兩相流時，氣流 所夾帶的顆粒對彎頭內表面的沖蝕角度很小，因此 韌性材料的磨損非常嚴重。本文中所測試的彎頭材 料中，’"M9具有強、韌結合和耐沖擊的優良性能， 優于其他&種材料。因此，其表面塑性變形相對最 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速。實驗結 果證實，磨損率和風速呈指數關系，并且指數冪在 ’I!"!之間。這表明磨損率的絕對數值是隨著風 速的增長而快速增加的。在實際生產中通常可以根 據磨損率和風速之間的函數關系確定一個臨界風速 值，將實際生產中的風速限制在此臨界值以內。然 而，一味限制風速在很多應用場合都是不現實，甚至 是不可能的。所以很多預防措施的研究中都集中在 彎頭結構的改進上。目前一個趨勢是，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 認為大曲率半徑的彎頭更接近直管，因此其磨損率 應更小。然而實驗研究發現并非如此［&)#］。其主 要原因就在于短半徑彎頭內部存在一個物料密集 區，這個物料密集區的存在大大緩解了顆粒對彎頭 內壁的磨損。

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徑的比值都是"，但是其磨損 率仍舊表現出一定的差異，小直徑的彎頭磨損更嚴 重一些。這主要在于大直徑管和小直徑管道的內壁 的面積與管道體積的比值不同造成的。一段長度內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。 因此輸送同樣風速、磨料濃度和磨料種類時，小直徑 彎頭相對暴露的內壁面積更大。因此，對于短半徑 彎頭，口徑的大小對其耐磨性也有明顯的影響。