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风电机组关键部件磨蚀现状及防治研究进展

中国表面工程 2023年第1期36卷 30-43页

作者：李太江李巍刘立营李聚涛王彩侠李生文孙琦西安热工研究院有限公司西安710054

随着风电事业的迅猛发展,风电机组关键部件磨蚀问题日益突出,而关于该问题的全面综述鲜有报道,亟须系统分析总结风电机组磨蚀问题及防治手段,为解决长期困扰风电行业的磨蚀难题提供参考和建议.首先,阐述陆上及海上风电机组金属部件腐蚀... 详细信息

随着风电事业的迅猛发展,风电机组关键部件磨蚀问题日益突出,而关于该问题的全面综述鲜有报道,亟须系统分析总结风电机组磨蚀问题及防治手段,为解决长期困扰风电行业的磨蚀难题提供参考和建议.首先,阐述陆上及海上风电机组金属部件腐蚀磨蚀现状,统计国内典型区域非金属部件的磨蚀现状,分析其产生磨蚀损伤的机理,指出塔筒等金属结构件腐蚀磨蚀问题突出,叠加所在地的特殊区域环境,出现加速失效;齿轮等金属零部件的磨蚀损伤是进一步失效的诱发因素,表现出与承担功能相关的特有失效形式;非金属部件以叶片前缘的磨蚀最为突出,引起持续的发电量损失和维修费用激增.其次,分别综述风电机组金属部件和非金属部件的磨蚀防护技术,指出塔筒等结构件在普遍应用传统涂层保护的基础上,仍须探索包覆技术和附加防护装置等新的防护方式;叶片本体涂料防护技术相对成熟,但涂料防护和贴膜防护均无法满足叶片前缘全周期防护的要求.最后,分析总结风电机组关键部件磨蚀防治存在的主要技术问题,对后续的研究方向进行了探讨和展望,填补了风电机组关键部件磨蚀防治领域的综述空白.

关键词：塔筒叶片磨蚀现状及防治

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狭窄矩形通道内液固两相磨蚀特性

化工进展 2022年第S01期41卷 81-90页

作者：任立波何海澜张曼丽卢浩上海板换机械设备有限公司上海201508 华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

液固两相磨蚀研究主要集中于圆管弯头和射流工况,板式换热器等狭窄矩形通道内液固两相磨蚀特性的研究鲜见报道。在Fluent软件及其二次开发框架内构建了描述稀疏颗粒液固两相磨蚀特性的CFD-DPM-磨蚀耦合数学模型框架,研究了存在圆柱体阻... 详细信息

液固两相磨蚀研究主要集中于圆管弯头和射流工况,板式换热器等狭窄矩形通道内液固两相磨蚀特性的研究鲜见报道。在Fluent软件及其二次开发框架内构建了描述稀疏颗粒液固两相磨蚀特性的CFD-DPM-磨蚀耦合数学模型框架,研究了存在圆柱体阻挡物的狭窄矩形通道内两相流动特性和壁面磨蚀特性,揭示了壁面和固体颗粒的相互作用机制。研究结果表明:阻挡物的存在显著改变了狭窄矩形通道壁面的磨蚀行为;磨蚀速率随液固流速和壁面粗糙度的增加而增加,因此,保证设备较低的入口流速和壁面粗糙度对延长设备寿命至关重要;磨蚀速率随颗粒粒径的增加先增加后降低,在60μm左右时达到极大值;球形度系数对磨蚀行为影响较小。引入量纲为1颗粒尺寸,阐述了液相边界层束缚颗粒运动的作用机制;与光滑壁面工况相比,颗粒以较大能量高频撞击粗糙壁面,导致了壁面磨蚀较快。液固两相以较低的角度和速度撞击壁面,壁面材料去除机理以微切削为主。

关键词：液固磨蚀狭窄矩形通道

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泥沙矿物成分对混凝土材料磨蚀的影响

农业工程学报 2023年第10期39卷 96-102页

作者：董志勇袁雨晨罗鑫悦徐瀚冉浙江工业大学土木工程学院杭州310023

中国多沙河流居多,水流中泥沙是由不同矿物成分(石英,长石,白云石等)组成,含沙高速水流中泥沙矿物成分对泄洪建筑物混凝土材料磨蚀有何影响令人关注。该研究在自主研发的小型循环式水洞中,对不同含沙量的泥沙矿物成分进行试验研究,以揭... 详细信息

中国多沙河流居多,水流中泥沙是由不同矿物成分(石英,长石,白云石等)组成,含沙高速水流中泥沙矿物成分对泄洪建筑物混凝土材料磨蚀有何影响令人关注。该研究在自主研发的小型循环式水洞中,对不同含沙量的泥沙矿物成分进行试验研究,以揭示泥沙矿物成分对混凝土材料磨蚀破坏影响的机理。首先在循环式水洞内配制不同矿物成分(石英、长石、白云石、云母、辉石)、不同含沙量(S=2.5,12.0,20.0 kg/m^(3))的挟沙水流,利用压力数据采集系统(YE6263)实时采集空化区和磨蚀区压力;其次,试验采用强度相同的混凝土试件,在相同粒径、不同含沙量、不同矿物成分工况下,进行历时4 h的磨蚀试验,通过试件每小时的质量损失来表征磨蚀量。试验结果表明:在中值粒径为0.150 mm,喉部流速为38.6 m/s的条件下,随着矿物含沙量(2.5~20.0 kg/m^(3))的增加,空化区压力降低,磨蚀区压力升高,压力降、升幅度随矿物成分而异,空化磨蚀现象严重,试件累积磨蚀量与矿物含沙量呈线性相关。含沙量相同时,空化区测点压力随矿物摩氏(Mohs)硬度(2.5~7.0)的增大而降低,磨蚀区测点压力则随矿物硬度的增大而升高;混凝土试件配合比、龄期不变时,混凝土试件的磨蚀程度随矿物含沙量的增加而加剧,其磨蚀量增加一倍多,与矿物成分有关;当矿物硬度增加时,磨蚀程度也随之加剧,磨蚀量成倍增长。由此得出,泥沙矿物成分随其含沙量的增加和硬度的增大,对水流空化和混凝土磨蚀具有促进作用。该研究可为农业水利工程中泄洪建筑物(溢洪道、泄洪洞、消力池等)及渠系建筑物的设计和维护提供参考。

关键词：混凝土水流泥沙矿物含沙量磨蚀

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消力池底板混凝土磨蚀智能检测与数值仿真

清华大学学报（自然科学版） 2023年第7期63卷 1095-1103页

作者：王皓冉谢辉陈永灿刘康李正文李永龙清华四川能源互联网研究院成都610071 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

水工混凝土磨蚀损伤是造成消力池破坏的主要原因,长期发展会对水利枢纽汛期行洪安全产生威胁。该文采用自主研发的水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)对消力池底板磨蚀损伤进行了全面探测,根据骨料暴露比(aggregate exposure ra... 详细信息

水工混凝土磨蚀损伤是造成消力池破坏的主要原因,长期发展会对水利枢纽汛期行洪安全产生威胁。该文采用自主研发的水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)对消力池底板磨蚀损伤进行了全面探测,根据骨料暴露比(aggregate exposure ratio,AER)量化表征磨蚀损伤程度,阐明了消力池底板磨蚀分布规律,并通过三维数值模拟进一步分析了消力池水动力要素对底板混凝土磨蚀的影响。结果表明:AER能有效反映水工混凝土磨蚀损伤情况,消力池前段及尾坎附近区域底板磨蚀破坏程度较高。高流速及尾坎附近的淤积回流作用是消力池底板磨蚀的重要因素,水跃漩滚区水气掺混效应减缓了磨蚀破坏,消力池前端无明显负压区,但流速较大,容易产生磨蚀等问题。研究成果对消力池的安全运行与结构评价具有显著的应用价值与推广意义。

关键词：消力池磨蚀混凝土水下机器人骨料暴露比水力分析

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涂层锆合金冲击-滑动磨蚀损伤行为

中国表面工程 2022年第4期35卷 21-29页

作者：张强李思功周腾朱丽婷中广核研究院有限公司深圳518000 西南交通大学摩擦学研究所成都610031

磨损是核电厂燃料元件失效的主要形式之一。燃料棒与定位格架磨损可能导致包壳破损和裂变产物泄露,引起一回路剂量超标,影响核电厂安全运行。在实际工况中,流体湍流引起格架和燃料棒之间的相对运动,其界面发生的位移可能是往复滑动,间... 详细信息

磨损是核电厂燃料元件失效的主要形式之一。燃料棒与定位格架磨损可能导致包壳破损和裂变产物泄露,引起一回路剂量超标,影响核电厂安全运行。在实际工况中,流体湍流引起格架和燃料棒之间的相对运动,其界面发生的位移可能是往复滑动,间歇冲击或数个运动的组合,即冲击-滑动摩擦磨损。涂层锆合金是事故容错燃料最有应用潜质的候选包壳,其磨损研究尚不够系统和全面。采用新型可控能量冲击-滑动磨损试验机,研究冲击能量和循环次数对锆合金Cr涂层磨蚀损伤行为的影响,并且对试验后试样进行白光干涉仪、扫描电镜(SEM)及电子探针(EPMA)等的表征,阐述锆合金Cr涂层磨蚀损伤的行为规律。结果表明:试样磨损随着循环次数的增加而增大,但随着冲击能量的增大而减小;Cr涂层提高了界面的接触刚度和接触正压力值,并且减少了冲击过程中的接触时间,从而减小了包壳管材料的磨损。关注锆合金Cr涂层在低速高频模式下的耐磨损性能,可以为材料的工程应用提供试验数据。

关键词：锆合金 Cr涂层冲击-滑动磨蚀

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干燥致密土壤在沙粒流冲击下的磨蚀规律

农业工程学报 2022年第8期38卷 315-320页

作者：吴盈盈刘旭阳王振亭中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049 北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875

在土壤风蚀过程中,跃移颗粒对表土的冲击磨蚀是公认的一种重要起尘机制。磨蚀体现了跃移沙与土壤相互作用,受沙粒跃移运动参数和土壤力学性质共同控制。然而,现有风蚀模型尚未充分考虑土壤力学性质的地位与作用,缺少磨蚀速率计算公式,... 详细信息

在土壤风蚀过程中,跃移颗粒对表土的冲击磨蚀是公认的一种重要起尘机制。磨蚀体现了跃移沙与土壤相互作用,受沙粒跃移运动参数和土壤力学性质共同控制。然而,现有风蚀模型尚未充分考虑土壤力学性质的地位与作用,缺少磨蚀速率计算公式,亟需从固体力学角度探讨土壤磨蚀规律。该研究借鉴岩石磨蚀模型,针对含水率小于1.5%、体密度大于1.60×10^(3) kg/m^(3)的干燥致密土壤,提出了代表单位时间内的碰撞次数、土壤抗压强度和杨氏模量、入射沙粒动能和密度等综合效应的磨蚀变量;通过标准压缩试验测得黏土、砂土、壤土、砂质黏土、壤质黏土共5种人工均质土壤的抗压强度和杨氏模量的范围分别为0.823~4.092 MPa和0.043~0.149 GPa;利用自行设计的冲击磨蚀试验得到了干燥致密土壤在沙漠沙颗粒流冲击作用下的磨蚀规律,即磨蚀速率是磨蚀变量的线性函数,其斜率与截距分别为3.27×10^(4)和-0.027 kg/s。研究结果有助于恰当描述风蚀模型中的土壤力学性质、准确计算风蚀速率,进而服务于农田防护和水土保持工程,并为中国西北干旱区天然地貌和人工建筑风蚀现象的研究提供理论依据与数据支撑。

关键词：土壤磨蚀土力学力学参数测量磨蚀速率磨蚀变量

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泥沙磨蚀作用对微塑料老化破碎的影响

土壤学报 2024年第3期61卷 737-745页

作者：郝永丽胡亚鲜郭胜利西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西杨凌712100

泥沙磨蚀作为侵蚀迁移过程中典型作用力之一,可加速微塑料老化破碎,进而影响其在土壤环境中的富集和迁移特征,但泥沙磨蚀影响微塑料老化破碎的作用机理尚不明确。以侵蚀事件频繁且微塑料污染严重的黄土高原王东沟小流域为研究区域,采集... 详细信息

泥沙磨蚀作为侵蚀迁移过程中典型作用力之一,可加速微塑料老化破碎,进而影响其在土壤环境中的富集和迁移特征,但泥沙磨蚀影响微塑料老化破碎的作用机理尚不明确。以侵蚀事件频繁且微塑料污染严重的黄土高原王东沟小流域为研究区域,采集多年覆膜的玉米地土壤,对比分析风干原土、泥沙浸润静置,和含沙量为560 kg·m^(–3),800 kg·m^(–3)和930 kg·m^(–3)三种含沙量震荡磨蚀等多种处理下对微塑料的老化破碎影响,并采用激光红外成像系统分析不同处理下微塑料的丰度、类型和形态特征。研究结果表明:(1)研究区土壤微塑料以聚氨酯(Polyurethane,PU)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)、橡胶(Rubber,RB)为主,多为直径10~50μm的碎片状。(2)风干原土处理中微塑料的平均面积最大(5234μm^(2)),泥沙浸润静置处理下微塑料的平均丰度最小(2067 n·kg^(–1)),而泥沙磨蚀处理下微塑料的平均丰度最大(14400 n·kg^(–1)),且平均面积最小(2868μm^(2))。(3)三种含沙量磨蚀作用下微塑料的平均丰度和面积存在显著差异,其中,平均丰度表现为:中含沙量(18300 n·kg^(–1))>低含沙量(13730 n·kg^(–1))>高含沙量(8667 n·kg^(–1)),而平均面积表现为:低含沙量(3932μm^(2))>中含沙量(2472μm^(2))>高含沙量(2099μm^(2))。总之,本研究表明泥沙磨蚀作用可显著增加微塑料丰度,减小其面积,而微塑料的平均丰度在中含沙量磨蚀强度下达到最大值,且不同微塑料类型对泥沙磨蚀作用的敏感程度不同,为侵蚀环境下土壤微塑料的破碎迁移风险评估提供理论参考。

关键词：微塑料磨蚀破碎丰度形态特征

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泥沙磨蚀作用对微塑料老化破碎的影响

土壤学报 2023年

作者：郝永丽胡亚鲜郭胜利西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室

泥沙磨蚀作为侵蚀迁移过程中典型作用力之一，可加速微塑料老化破碎，进而影响其在土壤环境中的富集和迁移特征，但泥沙磨蚀影响微塑料老化破碎的作用机理尚不明确。以侵蚀事件频繁且微塑料污染严重的黄土高原王东沟小流域为研究区域，... 详细信息

泥沙磨蚀作为侵蚀迁移过程中典型作用力之一，可加速微塑料老化破碎，进而影响其在土壤环境中的富集和迁移特征，但泥沙磨蚀影响微塑料老化破碎的作用机理尚不明确。以侵蚀事件频繁且微塑料污染严重的黄土高原王东沟小流域为研究区域，采集多年覆膜的玉米地土壤，对比分析风干原土、泥沙浸润静置，和含沙量为560kg·m-3,800 kg·m-3和930 kg·m-3三种含沙量震荡磨蚀等多种处理下对微塑料的老化破碎影响，并采用激光红外成像系统分析不同处理下微塑料的丰度、类型和形态特征。研究结果表明：(1)研究区土壤微塑料以聚氨酯(Polyurethane,PU)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)、橡胶(Rubber,RB)为主，多为直径10～50μm的碎片状。(2)风干原土处理中微塑料的平均面积最大(5 234μm2)，泥沙浸润静置处理下微塑料的平均丰度最小(2 067 n·kg-1)，而泥沙磨蚀处理下微塑料的平均丰度最大(14 400 n·kg-1)，且平均面积最小(2 868μm2)。(3)三种含沙量磨蚀作用下微塑料的平均丰度和面积存在显著差异，其中，平均丰度表现为：中含沙量(18 300 n·kg-1)>低含沙量(13 730 n·kg-1)>高含沙量(8 667 n·kg-1)，而平均面积表现为：低含沙量(3 932μm2)>中含沙量(2 472μm2)>高含沙量(2 099μm2)。总之，本研究表明泥沙磨蚀作用可显著增加微塑料丰度，减小其面积，而微塑料的平均丰度在中含沙量磨蚀强度下达到最大值，且不同微塑料类型对泥沙磨蚀作用的敏感程度不同，为侵蚀环境下土壤微塑料的破碎迁移风险评估提供理论参考。

关键词：微塑料磨蚀破碎丰度形态特征

泥沙浓度对水力机械材料磨损及磨蚀特性的影响

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水力发电学报 2024年

作者：杨俊峰孙淑贞孙帅辉宋国华任最有西安理工大学水利水电学院陕西省东庄水利枢纽工程建设有限责任公司

多泥沙河流上运行的水力机械受到泥沙磨蚀而导致过流部件变形、破坏，严重威胁机组安全运行。本研究对水力机械常用材料开展了旋转喷射磨蚀试验，采用失重法和微观形貌分析法研究了泥沙浓度对材料磨损及磨蚀特性的影响。结果表明：材料... 详细信息

多泥沙河流上运行的水力机械受到泥沙磨蚀而导致过流部件变形、破坏，严重威胁机组安全运行。本研究对水力机械常用材料开展了旋转喷射磨蚀试验，采用失重法和微观形貌分析法研究了泥沙浓度对材料磨损及磨蚀特性的影响。结果表明：材料受到冲击磨损和磨蚀的累积失重量均随泥沙浓度变化呈近线性增长；当泥沙浓度小于60kg/m3时，3种材料累积失重量随泥沙浓度增长较缓；当泥沙浓度大于60kg/m3时，材料失重量增长较快。随着泥沙浓度的增大，冲击磨蚀对材料造成更严重的破坏，但空蚀损伤呈减弱趋势，材料表面硬度越高抗空蚀性能越好，磨损和磨蚀失重量相等的临界泥沙浓度越低。空蚀作用会影响沙粒撞击材料表面的角度，导致颗粒水平冲击载荷更大，磨痕呈现切削唇边和堆积，在更高泥沙浓度下沙粒切削破坏占据主导作用。

关键词：泥沙磨损磨蚀水力机械材料旋转喷射装置