專利名稱:流體管道耐磨損表面的抗蝕突塊的制作方法
本發(fā)明有關(guān)在暴露于侵蝕性流動介質(zhì)造成的磨蝕作用和磨損下的耐磨表面，在其上設(shè)置抗蝕突塊的問題。諸如用于傳遞流體的管道內(nèi)的表面。特別是有關(guān)用特殊形狀和格局設(shè)置在肘形管內(nèi)表面的徑向外端部分上，用以作表面抗蝕防護的抗蝕突塊。
在管道中利用突塊作流束分流的手段，已為習見之事。例如，從煤粉研磨機排出口排出的煤-空氣混合物，其重顆粒的分流隨容積變化，因而常在管道中利用突塊，作為機械性手段，把煤粉流束向位于排出口下游的各管道進行平均分配。但是，在過去使用這種突塊時，流速很低，因此內(nèi)表面上的磨損沒有成為問題。
過去為了克服運輸煤，砂等磨蝕性顆粒固體的流體運截管道中的不利侵蝕。常用各種硬質(zhì)材料，如鑄鐵，硬鎳合金，不銹鋼和有相當高的布氏硬度值的類似材料。而且還試驗過在管道的內(nèi)表面上包覆各種陶瓷或金屬補塊提供抗磨蝕硬材料覆蓋層。有一種方法是使用抗磨蝕的陶瓷材料。諸如亞硝酸鹽粘合的碳化硅，密實氧化鋁或熔鑄氧化鋁，粘接在管道的內(nèi)表面上。雖然這樣使用的粘合陶瓷材料是有效的，但是由于陶瓷材料和其粘合劑有厚度要求，使金屬管道的重量增加，并相應(yīng)增多了費用。陶瓷在這方面的使用還有其他的缺點，就是陶瓷材料和其外部的金屬管道或容器的熱脹系數(shù)有差異，并且在運轉(zhuǎn)時有熱振蕩造成損壞的潛勢。
因此人們普遍認識，在某些情況下，流體管道中使用突塊是有局限性的。例如，美國專利第1，518，705號頒發(fā)給Raun的專利案中。揭示了一種管道和肘管形式，在內(nèi)表面上有一體鑄造的縱向波形，作對流動顆粒材料耐磨的表面。頒發(fā)給Hoelzel的美國專利第2.834.059號中，揭示了一種運輸散裝絕緣材料的氣動散裝貨物運輸系統(tǒng)，有許多針或齒交錯放置，從管道壁上向內(nèi)伸展。以利流量控制并防止纖維材料聚集。頒發(fā)給Phillips的美國專利第3.924.901號也揭示了一種顆粒集累抑制器，有放置在肘管內(nèi)表面上的各種形狀翅形突片。將顆粒轉(zhuǎn)向和分散，但是沒透露防止侵蝕性能力如何。因此，在為流體管道的內(nèi)表面上提供抗蝕保護方面，有需要作進一步的改進，尤其在運輸磨蝕性和/或侵蝕性材料的肘管方面，諸如空氣載運的煤粒和熱煙道氣體傳載的顆粒爐灰固體等。對于抗侵蝕的防護，本發(fā)明提出了有利的改進。
本發(fā)明提出了適合供載運磨損材料流體在里面流通的流體管道，管道在其內(nèi)耐磨表面上，有按交錯格局安排的突塊，作表面的抗蝕防護，特別適合約超過60英尺/秒的高表面速度。用于這種流體管道或容器內(nèi)側(cè)的抗蝕突塊的形狀為O角錐形，成行排列，相鄰兩行的突塊交錯放置。這些突塊可以分別鑄造，或用其他方法附加在流體管道的內(nèi)表面上，也可以做成帶材上的突塊行，然后將帶材在流徑上固定。最好將突塊固定在肘管內(nèi)表面的徑向外端的部分上，也可以在板材上布置多數(shù)突塊，然后把板材在肘管內(nèi)表面徑向外端的部分上焊接。把抗蝕突塊做成角錐形，最好至少有三個面，然而也可以采用其他的類似形式或形狀。突塊的硬度至少應(yīng)約有布氏硬度值100，以120-250為最好。這種抗蝕突塊特別適合表面速度約超過60英尺/秒的含顆粒流體束用的管道，最好能適用于80-150英尺/秒的表面速度。
在運轉(zhuǎn)中，根據(jù)本發(fā)明提出的突塊對流束造成局部障礙，阻止流動介質(zhì)中的磨蝕性顆粒進入流注里去，并使它折向，從而打散顆粒的聚團，減低它們的速度并改變它們的沖撞角度等等，所有這些造成侵蝕的因素。典型的應(yīng)用是在輸煤管道彎頭里，用以降低煤一空氣流束中含有的硬質(zhì)材料，如硅、鐵、頁巖等的顆粒。估計用相對硬的抗磨蝕材料，諸如各種結(jié)構(gòu)的鑄鐵和鋼，做成的球體，矩形體或其他類似形體，可用以處理帶磨蝕性的流動介質(zhì)。用非磨蝕性材料，把磨蝕性顆粒流束折向或沖散，也能提高突塊的效率。在這種情況下，由于流束的折向作用，和突塊的付代價(Sacrifisial)磨蝕，從而減低了管壁的磨蝕。利用突塊的形狀，也能夠?qū)⒁恍┝鲃咏橘|(zhì)顆粒截留，這樣便可有利地利用流動介質(zhì)去侵蝕流動介質(zhì)。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是由于突塊用有規(guī)則的交錯格局安排，以產(chǎn)生紊流，因而帶磨蝕顆粒通過管道的流體的流束被擾亂，從而多數(shù)磨蝕性顆粒不對管道壁沖撞使管道侵蝕，于是管道的內(nèi)表面就基本被保護住了。
茲參照附圖對本發(fā)明作敘述，附圖內(nèi)容簡單介紹如下圖1表示運載含有磨蝕性顆粒流體的管道彎管總縱向剖面，在其內(nèi)表面的徑向外端部分上設(shè)有突塊。
圖2所示為圖1沿2-2′的橫斷面圖。
圖3為俯視細節(jié)圖，表示角錐形突塊相互關(guān)系的典型交錯位置。
圖4表示圖3突塊沿4-4′的正視圖。
圖5表示肘管的部分縱向剖面，說明將有多數(shù)突塊的帶材，在肘管內(nèi)表面的徑向外端部分上固定的可行方法。
圖6表示圖5沿6-6′的橫向截面。
圖7及圖8各為俯視及正視圖，分別表示在管道內(nèi)壁上固定多數(shù)突塊的另一方法。
圖1為本發(fā)明的一種可行實施方案的總貌。表明用以運送一種磨蝕流體的管道肘管10的縱向剖面。這種流體有如動力設(shè)備上用的空氣載運的煤粉或爐灰顆粒。肘管10有在其內(nèi)表面徑向外端弧形部分11上，規(guī)則布置的多數(shù)突塊12。肘管10一般有不小于約30度的夾角α，但不得大于90度。突塊12最好排成行列14以便構(gòu)造或設(shè)置。肘管10的徑向外端部分11上的突塊12，其位置在圖2的橫向截面圖中更為清晰。
如圖3的細節(jié)所示，突塊12一般采用三角錐形狀，在定向上要使它有一個前緣13和一個頂點15，并至少有三個帶角的面16，但這突塊也可以有其他的類似形狀。在相鄰的兩行列14中，突塊12應(yīng)有交錯的布局，以求產(chǎn)生增高的紊流，有效地破壞在鄰近管道10的徑向外端部分11處的流體束的形狀，從而防止磨蝕顆粒對肘管外壁的磨擦，而造成對管道不利的侵蝕。突塊12最好有等邊三角形錐體的形狀，前緣13對著流體流動的方向定位，如圖中箭頭18所示，但也可以用各種角度和流體流動方向定位，以求產(chǎn)生紊流，有效地破壞流束的形式，防止管道內(nèi)表面的侵蝕。流束被沖散以后，磨蝕性顆粒減速，減低了磨蝕性，從而減小了下游突塊阻擋流束時受到的侵蝕。突塊的高度或粗度使障礙物上產(chǎn)生侵蝕。吸收一個部分上的侵蝕力和能量，使這個部分上有持續(xù)的壓力保持能力，和管道的延長使用壽命。
突塊的各個面可以做成平坦的或弧面形。并且突塊的高度，底的寬度和突塊之間的節(jié)距隨管道肘管的直徑，管道內(nèi)流通的流體和磨蝕介質(zhì)的類別，以及流體的表面速度變化。據(jù)發(fā)現(xiàn)突塊12的有效位置布局應(yīng)為兩突塊之間的節(jié)距p為突塊底寬度w的2-5倍。相鄰兩行的突塊按交錯的布局放置，如圖3及圖4所示。曲率半徑較小的肘管，突塊12的節(jié)距p最好減小。并且如圖4所示的突塊12的高度H應(yīng)該約在底寬w的平均寬度0.5-1.5倍之間。高度H對寬度w的比例一般在0.7-1.3之間。
突塊12一般如圖3和圖4所示，在管道10的表面11上一體鑄造。但是突塊也可以方便而有利地附加到管道10的內(nèi)壁部分11上去，方法是利用帶材上有間距的開孔22，先把許多突塊用釬焊或熔焊焊到金屬帶材20上去。然后再利用有間距的開孔24，把眾多的金屬帶用釬焊或熔焊焊接到管道10的內(nèi)表面11部分上去。一般如圖5所示。金屬帶20上有開孔24，并可以在24處把它用電鉚焊焊到管道10的內(nèi)表面11上去，圖7和8所示更加清楚。
突塊的表面硬度至少應(yīng)與管道壁的表面11相等，至少應(yīng)為布氏硬度100，通常在布氏硬度值120-250之間。管道和突塊的最適當?shù)牟牧鲜氰T鐵和鋼。本發(fā)明最適用于有12-20英寸直徑的弧形管道或肘管，其曲率半徑一般約為肘管直徑的1.5-2.5倍。肘管10一般有一個在30°到90°之間的夾角α。
參考下面關(guān)于本發(fā)明的有抗蝕突塊的流體管道的構(gòu)造的舉例，便可對本發(fā)明有更好的了解。
一種有額定直徑20英寸，夾角90°，并有曲率半徑為40英寸的肘管，系按ASTM-A28材料標準用鐵鑄造而成，其徑向外端管壁厚度為1.25英寸，徑向內(nèi)端的管壁厚度為0.750英寸。角錐形的突塊有三個平坦的等邊面，有規(guī)則地鑄造在肘管內(nèi)壁的徑向外端的半部上，圖1到4中都有相似展示。角錐體突塊的等邊的面的寬度為1.25英寸，高度為1.02英寸，各個以2.25英寸的間距定位，在相鄰的兩行中交錯放置。行距在肘管的外圓周處為2.375英寸。這種在肘管內(nèi)表面上有有規(guī)則的一體鑄造的實塊的結(jié)構(gòu)，提供了一種肘管，當用于運送空氣傳載的煤顆粒時，抗侵蝕性能有很大的提高。
一種外徑為18英寸，夾角為90°，曲率半徑為27英寸，用低碳合金鋼制成的肘管。三角等邊錐形邊的量度為1.25英寸。用2.25英寸的間距定位，用電鉚焊焊接在寬度為2.5英寸的鋼帶材上。每條鋼帶上有一行有間距的角錐，然后將鋼帶用電鉚焊焊接在肘管內(nèi)壁的外半部上，圖5-8中都有相似的展視。這種構(gòu)造有各別鑄造的突塊，通過焊接做成一個全組配的構(gòu)造，適合在運輸磨蝕性顆粒方向的應(yīng)用。
雖然已對本發(fā)明作了廣義的，并根據(jù)理想實施方案所作的敘述，應(yīng)理解到本發(fā)明還可以在下列權(quán)利要求
所設(shè)定的范圍內(nèi)，作各種修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種供含有磨蝕性固體的流體流通的管道，其特征在于上述管道至少在其部分內(nèi)表面上，有附加在上面的眾多突塊，上述突塊有角錐體形狀。因而產(chǎn)生含固體的流體的紊流。并為管道的內(nèi)表面提供抗侵蝕的防護性能。
2.如權(quán)利要求
第1項中之流體流束管道，其特征在于上述管道彎成弧形，在管道的內(nèi)表面的徑向外端表面部分上，設(shè)有突塊。
3.如權(quán)利要求
第1項中之流體流束管道，其特征在于上述突塊為各有三個平坦面的角錐體。
4.如權(quán)利要求
第1項中之流體流束管道，其特征在于上述突塊的相鄰突塊中心距離，為突塊底平均寬度的2-5倍。
5.如權(quán)利要求
第1項中之流體流束管道，其特征在于上述突塊高度與寬度的比例為0.7∶1至1.3∶1。
6.如權(quán)利要求
第1項中之流體流束管道，其特征在于上述突塊與上述管道內(nèi)表面為一體制造的。
7.如權(quán)利要求
第1項中之流體流束管道，其特征在于上述突塊各別以焊接方法加附在管道的內(nèi)表面上。
8.如權(quán)利要求
第1項中之流體流束管道，其特征在于在一塊金屬板上加附眾多的突塊，而有眾多的上述金屬板附加在管道的內(nèi)表面上。
9.如權(quán)利要求
第1項中之流體流束管道，其特征在于上述突塊的硬度至少為布氏硬度值100。
10.如權(quán)利要求
第1項中之流體流束管道，其特征在于上述管道為一肘管，其夾角為30-90度。
11.一種供含有磨蝕性固體的流體流通的管道，其特征在于內(nèi)有附加在內(nèi)表面徑向外端的部分上的突塊，上述突塊為角錐體形狀，設(shè)放在金屬板上，這種金屬板以平行的格局附加在管道上述內(nèi)表面上，從而突塊在管道的內(nèi)表面上形成交錯放置的布局。
專利摘要
一種流體流束管道，其耐磨內(nèi)表面上有多個抗蝕突塊，以減少含有磨蝕顆粒的流體流束所造成的侵蝕。抗蝕突塊通常布置在肘管的徑向外端部分，最好有角錐體形狀，與流體流向交錯排列，也可采用其它類似形狀。突塊可以和管道內(nèi)壁制成一體，也可以焊接在管壁上，或?qū)⒏饔幸恍型粔K的弧形件焊接在管壁上。這樣，可以減少流速50英寸/秒以上含顆粒流體流束的侵蝕，在磨損率高的部位上破壞流體的流束形式，減低其速度，改變顆粒的沖撞角度。
文檔編號B65G53/52GK85104756SQ85104756
公開日1986年12月31日 申請日期1985年6月19日
發(fā)明者約瑟夫·麥古夫 申請人:福斯特惠勒能源公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan