立式离心机过流旋转件冲蚀磨损的分析与预测

摘要

立式离心机因具有分离因素高、产品水分低、性能可靠等特点，已广泛用于选煤行业的精煤脱水。本文针对立式离心机工作时煤粒对过流旋转件的冲蚀特点、过流旋转件常用材料的冲蚀磨损特性以及磨损量的灰色预测进行了系统地研究。　　运用理论力学方法分析了离心分离场中煤粒对过流旋转件的冲蚀特点。结果表明：（1）煤粒对刮刀小端内侧面的冲蚀速度为11.77～16.39m/s，冲蚀角度为12.41°～45.29°，对刮刀叶片表面的冲蚀速度由小端到大端逐渐增大，最大冲蚀速度为0.61m/s；（2）煤粒对钟形罩外保护环的冲蚀速度为19.05m/s，冲蚀角度为58.09°，对钟形罩筋板上表面和侧面的最大冲蚀速度分别为0.67m/s和22.42m/s。　　采用FLUENT软件分析了离心机过流通道内煤粒速度场的分布特征。结果表明：（1）煤粒在刮刀小端内侧面的最大速度12.5m/s出现在内侧面下部，在刮刀叶片表面的速度由小端到大端逐渐增大，最大速度为32.2m/s；（2）煤粒在钟形罩筋板侧面的运动速度由内侧到外侧逐渐增大，其最大速度为21.5m/s，在钟形罩外保护环内壁面运动的速度为32.2m/s；（3）煤粒在刮刀、钟形罩上运动速度最大的部位为其受到冲蚀最严重的部位，分析结果与实际情况一致。　　利用喷砂实验研究了过流旋转件常用金属材料的冲蚀磨损特性。结果表明：（1）4种金属材料的抗冲蚀磨损性能由高到低的顺序依次是Q345A，ZG310-570，Cr12Mov，Q235A；（2）失重率随冲蚀角度的增大呈先增后减的变化趋势，冲蚀角度为30°时失重率最大；（3）材料在低角冲蚀下的磨损机理主要表现为微观切削，而高角冲蚀下的磨损机理则主要表现为反复塑性变形导致的疲劳断裂。　　运用灰色理论对Q345A材料的冲蚀磨损失重与失厚进行了灰色预测，对比分析了不同维度和不同GM(1,1)模型的预测精度。结果表明：（1）当维度由5增加到10时，失重预测模型的精度呈现由大到小、后趋平稳的变化特点；（2）材料失重的几种GM(1,1)模型预测精度由高到低依次是残差等维新息模型，等维新息模型，残差修正模型，原息模型；（3）Q345A材料的失厚GM(1,1)残差等维新息模型预测结果与实测数据比较接近，具有较好的应用前景。

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第一章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2洗煤行业离心脱水技术的应用现状

1.3过流件磨损机理的研究进展

1.4本课题的研究意义和主要内容

第二章 离心机过流旋转件的冲蚀磨损分析

2.1离心机的离心分离场特征

2.2离心机离心分离场中煤粒的受力分析

2.3煤粒对过流旋转件的冲蚀分析

2.4离心机离心分离场中煤粒运动的数值模拟

2.5本章小结

第三章 过流旋转件材料的冲蚀磨损实验研究

3.1实验设备与材料

3.2实验结果与分析

3.3过流件结构与材料优化的建议

3.4本章小结

第四章 过流旋转件材料的冲蚀磨损灰色预测

4.1灰色理论概述

4.2灰色生成方法

4.3灰色预测模型

4.4 Q345A材料的冲蚀磨损失重预测

4.5 Q345A材料的冲蚀磨损失厚预测

4.6本章小结

第五章 总 结

参考文献

附录

致谢