球形弯头概诉

      球形弯头也称转向球 , 在水泥及生料的气力输送系统中 , 作为管道弯头的代用件 , 以其制作简单 , 安装方便 , 耐用性能好等优点 , 在大中型水泥厂的气力输送中应用日益广泛。
      然而 , 对球形弯头内的流动分布、磨损原理、阻力大小、合理球径、制作安装等一系列问题并无统一规范和理性认识。 为此, 作以下探讨 , 希望促进转向球的应用及推广。
1 球形弯头内的流动分析

    在二维空间内 , 以 90°球形弯头为例 , 当流态化的料气混合物以速度 v1 从 A管流入球内时 , 如图 1 所示, 因入口截面积突然扩大 , 使流动的连续性被破坏。在原有流场扩大的同时 , 两侧死角处激起涡旋。其流线分布由对称状态①最终转为非对称状态③。图 1 球形弯头的流动分布随流动过程的继续 , 球内流动由①过渡为状态②。 这时 , 根据流体力学连续性原理 , 流速与截面积之间有以下关系式 :
v1s1=v2s2 (1)
式中 : v 1——流体在 A管中的流速 ,m/s;
s 1—— A 管的横截面积 ,m2;
v2——流体流过球心截面处的速度 ,m/s;
s2——球心截面积 ,m2。
      上式表明 , 在同一管路系统中 , 流速与流过的截面积大小成反比。 由于球的截面积一般比管道截面积大几倍 , 即有 s2>s1, 故有 v1>v2。气流在球内速度迅速降低的同时 , 压力升高 , 即流体的动能转变为压力能。 球内不断升高的压力迫使流体从 B 管流出 , 流动达到相对稳定状态 , 如图 1③所示。从①到③的这一转变及流动的重新分布是在一个极短暂的时间内完成的速度、 压力和能量转换过程。
      由于球内气流涡旋及摩擦的存在 , 使球形弯头内的这一转变过程产生了能
耗。因而出现了物料传输中的弯头压力损失。
2 球形弯头的磨损原理
      在气力输送系统中 , 普通弯头是磨损最快的部件。 当料气混合物流过转弯处 ,受惯性力的作用 , 冲刷紧贴弯头的外侧面 , 使此处很快被磨穿 , 降低了使用寿命 ,见图 2。料气混合物在球形弯头内的流动则与普通弯头不同。从图 1③可以看出 , 当A、B两条管道通过球形弯头作 90°转弯时 ,A 管流入球内的流体 , 首先速度锐减3～5 倍( 因截面积增大 3～5 倍), 其次, 气流进入球形弯头内很难直接冲刷到球的内表面 , 而是与球内的涡旋发生摩擦及物质和能量的交换。 因此 , 流体对球体的直接磨损被缓冲而削弱。 对球壁直接磨损的是球内的涡旋。 而涡旋的旋速较低又集中在进、出口管与球体的交接部位 C、D、 E、 F(图 1③) 。这里成为球形弯头最先被磨穿的地方。 即使如此 , 球形弯头在不加固的情况下 , 其使用寿命也比普通弯头长 3～5 倍, 使用期可达十年以上 ( 输送水泥 ) 。 若对进出管与球体对接处的球面作耐磨加固处理 , 则使用周期更长。

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