不同工況下流體機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械沖蝕磨損特性也各不相同，在實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行作用，在復雜工況中也具有共同作用。不同磨粒和不同參數中對于不流體機械磨損特性影響的作用要以實際的工作情況，對不同工況中流體機械磨損特性進行確定。基于此，本文就對不同工況中流體機械沖蝕的磨損特性進行分析。

關鍵詞： 不同工況;流體機械沖蝕;磨損特性

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

1沖蝕磨損分析

沖蝕磨損指的是流體機械在實現流體運送過程中，因為機械表面受到流體沖擊，從而使流體機械表面物質出現流失的情況。簡單來說，其指的就是流體機械表面在實現固體物質流體運輸過程中，固體物質和流體機械表面所出現的相對運動，流體機械表面受到固體物質沖擊，從而出現磨損。沖蝕磨損為流體機械較為常見的問題[1]。根據流體介質種類實現分類，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，主要是因為流體在有液體運送過程中，因為液體中具有固體雜質，從而導致流體機械表面出現磨損，此種磨損多出現在礦山開采、石油管道的機械中。

（2）噴砂型噴嘴沖蝕。其指的是具有大量固體粒子打擊導致磨損，在航空企業中的發動機葉片就會后道噴砂噴嘴沖蝕。

（3）水滴沖蝕、雨蝕主要是因為高速液體對于機械材料表面出現磨損，比如飛行器在露天防止會因為高速的雨滴沖蝕導致磨損。

（4）氣蝕性噴嘴沖蝕指的是因為液體受到外界條件變化的影響，從而變為氣泡、氣體，或者氣泡泯滅過程中對于機械表面所出現的磨損。

以上四種磨損都具有不同的特點，在日常工程機械中要實際流體機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，以此使流體機械使用壽命得到延長[2]。

2不同工況下流體機械沖蝕的磨損特性

2.1磨粒形狀

流體介質在流體機械中傳輸時，因為流體中的固體介質形狀各不相同，所以對流體機械磨損特性要求也不同。如果磨粒棱角比較多，那么會加重流體機械沖蝕磨損特性。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械沖蝕磨損的特性要比橢圓形、圓形要高好幾倍，利用實驗室設備的具體觀察及測試可以看出來，多棱角磨粒對于流體機械表面的作用力主要為切削表現方式，橢圓形及圓形磨粒為犁削變形方式。

2.2磨粒粒度

磨粒粒度也是導致流體機械沖蝕磨損的主要原因，磨粒粒度在影響流體機械磨損特點方面主要包括：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。其二，不同的脆性材料也會對磨粒對于流體機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候，磨損特性也各不相同，其遵守的變化規律也各不相同。另外，同個磨粒因為不同的力度分布，導致不同的磨損特性，其與磨粒粒度分布具有密切的關系[3]。

2.3工質溫度

流體機械在工作過程中的溫度也會對磨粒對于流體機械磨損特性造成影響，但是環境溫度對于磨損特性影響比較復雜，因為不同的流體介質中固體的磨粒各有不同，并且流體機械材質也各有不同，此都會對溫度影響的磨損特性造成影響。部分會在溫度升高過程中升高，部分會降低，部分會將溫度變化惰性充分的展現出來，和溫度變化沒有關系。溫度升高所導致磨損程度較為嚴重，主要是因為在高溫中對流體機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，主要是因為流體機械內壁實現氧化膜的生成，一般此種氧化膜較為堅硬，為流體機械提供了保護，使流體機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，流體機械內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械磨損特性也各有不同，對低壓低速流體介質來說，流體的磨粒對于流體機械沒有磨損，磨粒在觸碰流體機械內部時候出現變形，但是在短時間內就會恢復。在磨粒沖擊速度超過一定數值時，對流體機械表面磨損的程度為正比關系，沖擊速度越大，對于流體機械磨損程度也就會越嚴重。不同材質的比例系數也具有一定的差別，通過相應的實驗數據表示，陶瓷材料系數為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械表面沖擊時候，固體磨粒沖擊方向及流體機械磨損面出現的夾角。以此可以看出來，不同的沖擊角度對于流體機械磨損特性都各有不同，并不是角度和垂直方向越接近，磨損就會越嚴重。相關研究表示，沖擊角度對機械磨損程度與流體機械磨損面材料具有密切的關系。對脆性材料來說，在沖擊角度接近于90°的時候，磨損程度就會嚴重。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，導致磨損情況較為嚴重[5]。

2.6摩擦系數

使用傳統石棉模組材料制作的汽車制動器襯片不僅污染環境，還會導致癌癥，工作壽命較低，在250℃以上工作的時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，相關實驗結果表示，在碳纖維含量比較低的時候，摩擦系數和磨損率在炭纖維含量不斷增加過程中降低;相反，就會增加。碳纖維和基體粘結力與表面性質具有密切的關系，沒有通過表面改性處理的碳纖維，因為表面惰性，和粘結劑的相容性比較差，導致摩阻材料抗剪強度較低。在實現碳纖維表面改性處理之后，會降低沉積物，提高表面粗糙度，以此使強度及摩擦系數得到提高，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，硬度影響流體機械沖蝕磨損特性主要為：此磨粒及流體介質硬度和流體機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械材料硬度的比為1：2的時候，沖蝕磨損程度和比值具有負相關的關系。在兩者比為1：2小的時候，為正相關關系。也就是在比值增加過程中，磨損程度也在不斷的擴大[6]。

3結束語

流體機械過流部件破壞的主要原因就是沖蝕磨損，在水輪機、水泵輸送含沙水流的時候，葉輪沖蝕磨損破壞程度備受國內外研究學者的重視。通過本文研究表示，流體機械是通過流體作為介質實現能量轉換的機械，其中的對流體機械沖蝕影響的因素較多，其相互都是在影響的，在實際生產過程中還實現主次權衡，選擇合適的材料，實現實際生產的指導。

參考文獻

[1]王成澤. 風沙環境下風力機葉片的沖蝕磨損特性研究[D]. 蘭州理工大學， 2016.

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

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

[4]龐佑霞， 李彬， 劉厚才，等. 流體機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.

[5]鄧楊. 基于流體機械工況的沖蝕磨損特性研究[J]. 科研：00192-00192.

[6]焦黎明. Cr22Ni6Mo材料制備及模擬酸性工況沖蝕磨損特性研究[D]. 哈爾濱理工大學， 2013.