一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置和方法制造方法及图纸

本公开提供了一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置和方法，实验装置，包括：主机动力系统、传动系统、主体管道回路、可更换的摩擦样品部件、真空系统、温控加热系统和平台支撑结构；主机动力系统用于驱动主体管道回路；传动系统用于将主机动力系统的动力传递给主体管道回路；主体管道回路在主机动力系统的驱动下旋转，模拟散裂靶颗粒流的多种流态；可更换的摩擦样品部件与主体管道回路，放置摩擦试样；主体管道回路放置于加热炉体中，温控加热系统用于对主体管道回路均匀加热；真空系统与主体管道回路相连，用于实现主体管道回路的真空及气氛保护；平台支撑结构用于为实验装置提供支撑。

An experimental device and method for evaluating collective friction and wear behavior of particle flow

The present disclosure provides an experimental device and method for evaluating collective friction and wear behavior of particle flow, including: main engine power system, transmission system, main pipeline circuit, replaceable friction sample components, vacuum system, temperature control heating system and platform support structure; main engine power system for driving main pipeline circuit; transmission system for driving main engine power system for main engine power system The main pipeline loop rotates under the driving of the main power system to simulate various flow patterns of particle flow in the spallation target; the replaceable friction sample parts and main pipeline circuits place friction samples; the main pipeline circuit is placed in the heating furnace body, and the temperature-controlled heating system is used for uniform heating of the main pipeline circuit; the vacuum system and the main pipeline are used for uniform heating of the main pipeline circuit. The main pipeline circuit is connected to realize vacuum and atmosphere protection, and the platform support structure is used to support the experimental device.

【技术实现步骤摘要】
一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置和方法
本公开涉及一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置和方法。
技术介绍
加速器驱动次临界嬗变装置(CiADS)其中高功率散裂靶主要功能产生强中子源嬗变核废料，是CiADS中最关键的部分。最新提出的颗粒流散裂靶具有无腐蚀、热移除效率高等优点。但是由于散裂靶需要在极端恶劣的工况环境下运行，其中面临的主要问题之一就是颗粒流在运行过程中会产生强烈的摩擦磨损，这会影响到散裂靶的整体运行的稳定性和安全性，因此需要寻找一种切实可行的方法来评估颗粒流靶的摩擦磨损。由于靶运行环境苛刻，靶球颗粒数目众多(约超过10亿颗)，运动复杂，流态包括稀疏流、密集流及中间的过渡态，其磨损形式呈现多样化，包括滚动、滑动、碰撞冲击等，目前尚无合适的方法评估这类颗粒流靶集体运动行为的摩擦磨损状况。另外，在散裂靶回路中，靶管道为颗粒靶运行的通道，因此除了颗粒靶的摩擦磨损，还有散裂靶管道的摩擦磨损。由于靶回路中颗粒流态的差异导致各处的管道磨损不同，因此其抗摩擦磨损性能涉及到装置的运行可靠性及安全问题，必须进行评估。目前，现有的摩擦学设备大多只能开展较为简单的摩擦磨损实验，且为固定摩擦副，摩擦形式较单一，单独载荷，实验条件离散裂靶实际运行工况相差较大，难以客观真实的评估颗粒靶集体摩擦磨损行为(滚动、滑动、碰撞冲击等)。现有的一种高温真空旋转摩擦试验机可以半定量评估密集流情况下颗粒的摩擦磨损，但是不能评估稀疏流情况下的摩擦磨损及管道的冲蚀磨损。而在颗粒流散裂靶回路中稀疏流和密集流同时存在，而稀疏流产生的碰撞冲蚀磨损，可能比密集流产生的摩擦磨损更严重。因此，亟待寻找一种切实可行的方法综合评估颗粒流靶的摩擦磨损。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开的目的是针对高功率散裂靶中摩擦磨损问题提供一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置，以评估大量颗粒在密集流、稀疏流时的摩擦磨损、流动冲击磨损以及相应管道的摩擦磨损。此外，本公开的实验装置可实现颗粒流散裂靶的高温、气氛等实际工况条件，并提供一套科学的方法评估颗粒流散裂靶长时效运行导致的颗粒集体及管道的摩擦磨损状况。(二)技术方案本公开提供了一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置，包括：主机动力系统、传动系统、主体管道回路、可更换的摩擦样品部件、真空系统、温控加热系统和平台支撑结构；主机动力系统用于驱动主体管道回路；传动系统用于将主机动力系统的动力传递给主体管道回路；主体管道回路在主机动力系统的驱动下旋转，模拟散裂靶颗粒流的多种流态；可更换的摩擦样品部件与主体管道回路，放置摩擦试样；真空系统与主体管道回路相连，真空系统用于实现主体管道回路的真空及气氛保护；温控加热系统用于对主体管道回路均匀加热；平台支撑结构用于为实验装置提供支撑。在本公开的一些实施例中，主机动力系统包括：高扭矩电机，用于驱动主体管道回路；控制机构，用于控制高扭矩电机的转速；时序控制系统用于控制主体管道回路旋转状态以实现颗粒的不同的运动状态，从而模拟散裂靶颗粒流的多种流态。在本公开的一些实施例中，多种流态包括：密集流态、密堆积状态、碰撞冲击、定向冲击状态、稀疏流状态。在本公开的一些实施例中，主体管道回路包括：第一颗粒暂存箱、第二颗粒暂存箱、弧形管道、垂直靶段、斜管道、靶段下方收口、灌料卸料口、管道支撑结构。在本公开的一些实施例中，真空系统包括：真空泵、真空计、阀门，主体管道回路经阀门连接真空泵，在阀门和真空泵之间安装有真空计。在本公开的一些实施例中，温控加热系统包括：加热炉主体、温控系统，主体管道回路置于加热炉主体中，温控系统用于控制加热炉主体，可实现室温至600摄氏度范围内的温度调节。在本公开的一些实施例中，平台支撑结构包括：底座以及底座上的支撑结构和旋转轴支撑结构，支撑结构支撑主机动力系统，旋转轴支撑结构支撑传动系统。本公开还提供了一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验方法，包括：步骤S1：在主体管道回路中灌入散裂靶颗粒；步骤S2：主机动力系统驱动主体管道回路旋转，模拟散裂靶颗粒流的多种流态；步骤S3：从实验装置内部取样，对散裂靶颗粒样品进行分析，评估散裂靶颗粒和管道的摩擦磨损情况。在本公开的一些实施例中，在步骤S2中，在主机动力系统的驱动下，主体管道回路旋转，第一颗粒暂存箱中的颗粒流入弧形管道中，并相对弧形管道运动，形成颗粒靶密集流态，最终流入第二颗粒暂存箱；主体管道回路快速旋转预定角度后静止，垂直靶段相对于地面处于垂直状态，第二颗粒暂存箱将其暂存的颗粒注入到垂直靶段处，在垂直靶段处实现靶球颗粒的密堆积状态以及靶颗粒间的碰撞冲击；堆积在垂直靶段处的靶球颗粒通过靶段下方收口形成垂直下落束，并作用到斜管道上，模拟散裂靶内部颗粒流与刚性部件的定向冲击状态，在颗粒流经斜管道时可形成稀疏流状态，随后流入第一颗粒暂存箱。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开具有以下有益效果：(1)可以实现在不同颗粒装载量、不同温度(室温-600℃)、真空/氛围环境下开展颗粒在管道内集体流动产生的摩擦磨损。(2)利用电机带动管道运行模拟散裂靶内部颗粒的运行，在回路管道内不同区域可以实现颗粒密集流、稀疏流、颗粒的冲击等多种流态，并实现颗粒滚动、滑动、碰撞冲蚀等多种形式的摩擦磨损。本装置的运行工况接近于散裂靶运行的实际工况，实现了散裂靶回路的高度模拟。(3)利用本专利技术装置提供的一套科学方法可以有效评估特殊工况下颗粒流散裂靶中的颗粒集体及管道的摩擦磨损行为，为CiADS工程建设提供可靠有效的科学数据和参考依据。附图说明图1为本公开实施例评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置的侧视图。图2为主体管道回路的正视图。图3为本公开实施例评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验方法的流程图。【符号说明】1-高扭矩电机；2-控制机构；3-传动轴；4-主体管道回路；5-可更换的摩擦样品部件；6-加热炉主体；7-底座；8-支撑结构；9-旋转轴支撑结构；10-第一颗粒暂存箱；11-弧形管道；12-垂直靶段；13-斜管道；14-靶段下方收口；15-灌料卸料口；16-管道支撑结构；17-抽气管道；18-第二颗粒暂存箱。具体实施方式本公开装置利用电机带动管道运行模拟散裂靶内部颗粒的驱动运行，运行时，可以实现颗粒流的复杂运动，并可模拟颗粒流靶在不同段处实现靶球的暂存、流动。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。本公开一实施例提供了一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置，包括：主机动力系统、传动系统(或主轴系统)、主体管道回路4、可更换的摩擦样品部件5、真空系统、温控加热系统和平台支撑结构。主机动力系统包括：高扭矩电机1、控制机构2、时序控制系统等。高扭矩电机1为驱动机构，用于驱动主体管道回路4，其扭矩约500N*m。控制机构2用于控制高扭矩电机1的转速，通过控制机构2，可以实现对高扭矩电机1转速的控制(转速范围0-30r/min)。时序控制系统通过时序控制，可以在主体管道回路4的一个旋转周期内控制管道实现不同速度的的旋转状态，并由此控制主体管道回路4中颗粒的不同的运动状态，保证颗粒流在主体管道回路4的不同位置实现流动、暂存、稳定的垂直颗粒下落束。传动系统介于主机动力系统和主体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置，包括：主机动力系统、传动系统、主体管道回路、可更换的摩擦样品部件、真空系统、温控加热系统和平台支撑结构；主机动力系统用于驱动主体管道回路；传动系统用于将主机动力系统的动力传递给主体管道回路；主体管道回路在主机动力系统的驱动下旋转，模拟散裂靶颗粒流的多种流态；可更换的摩擦样品部件与主体管道回路，放置摩擦试样；真空系统与主体管道回路相连，用于实现主体管道回路的真空及气氛保护；温控加热系统用于对主体管道回路均匀加热；其中，主体管道回路放置于加热炉体内；平台支撑结构用于为实验装置提供支撑。

【技术特征摘要】
1.一种评估颗粒流集体摩擦磨损行为的实验装置，包括：主机动力系统、传动系统、主体管道回路、可更换的摩擦样品部件、真空系统、温控加热系统和平台支撑结构；主机动力系统用于驱动主体管道回路；传动系统用于将主机动力系统的动力传递给主体管道回路；主体管道回路在主机动力系统的驱动下旋转，模拟散裂靶颗粒流的多种流态；可更换的摩擦样品部件与主体管道回路，放置摩擦试样；真空系统与主体管道回路相连，用于实现主体管道回路的真空及气氛保护；温控加热系统用于对主体管道回路均匀加热；其中，主体管道回路放置于加热炉体内；平台支撑结构用于为实验装置提供支撑。2.如权利要求1所述的实验装置，主机动力系统包括：高扭矩电机，用于驱动主体管道回路；控制机构，用于控制高扭矩电机的转速；时序控制系统用于控制主体管道回路旋转状态以实现颗粒的不同的运动状态，从而模拟散裂靶颗粒流的多种流态。3.如权利要求2所述的实验装置，多种流态包括：密集流态、密堆积状态、碰撞冲击、定向冲击状态、稀疏流状态。4.如权利要求1所述的实验装置，主体管道回路包括：第一颗粒暂存箱、第二颗粒暂存箱、弧形管道、垂直靶段、斜管道、靶段下方收口、灌料卸料口、管道支撑结构。5.如权利要求1所述的实验装置，真空系统包括：真空泵、真空计、阀门，主体管道回路经阀门连接真空泵，在阀门和真...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞立龙，王志光，常海龙，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62