《立井复合材料罐道耐腐蚀与耐磨损试验研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《立井复合材料罐道耐腐蚀与耐磨损试验研究.doc（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、立井复合材料罐道耐腐蚀与耐磨损试验研究.)y9/,二第25卷第5期2ooo年10月煤炭JOURNALOFCHINACOALSOCIETY文章编号:02539993200005049105立井复合材料罐道耐腐蚀与耐磨损试验研究曾宪桃,郭晋蒲许文进修;三一苏棘_州2210o6)材料罐道耐腐蚀试验研究,指出对立井罐道采用玻璃钢包敷,其耐腐蚀性能满足煤矿井筒环境使用要求同时,通过磨损试验,提出了复合材料罐道中玻璃钢板的最小犀度,其耐磨损寿命与耐腐蚀寿命同步,都能达到30a以上,从而减少了井筒装备更换次数,节约大量投资.关键词:立井;复合材料罐道;腐蚀;磨损兰I#筒荣莒中图分类号:,I12624;TU_
2、5O2.3文献标识码:A立井装备的罐道,罐梁是保证提升容器安全运行的承载和导向设施罐道除承受井筒高湿,酸,碱环境的腐蚀外,还要承受罐耳钢组合罐道寿命仅有1O15a,最短的仅78a复合材料罐道是为提高罐道使用寿命达到30a而研制的它是根据罐道承受的最大水平力所需强度和刚度,选用一定厚度的钢板-焊接或轧制成方形或矩形钢芯经除锈处理后,在其外表面敷一定厚图1钢和玻璃钢复合道面灌浇一层防腐树脂,其截面型式为全封闭组合型式(图1).1一玻璃钢;2一钢芯;卜_防庸树脂l复合材料罐道耐腐蚀特性研究由于复合材料罐道采用全封闭组合型式,玻璃钢的防腐研究就处在了突出的位置玻璃钢是一种优良的电绝缘材料,具有良好的耐
3、酸,碱,盐等化学介质浸蚀的能力,可在空气湿度大,溶液酸碱度高,化学腐蚀及电化学腐蚀严重的环境里使用对其所作的质量分析报告表明,在一定浓度的强酸,强碱溶液中浸泡l-6个月,其质量变化一般在1%以内,耐酸性好于耐碱性,表1列出了加入特种耐磨,阻燃,抗静电材料的玻璃钢腐蚀试验数据.由表1并不能完全确定玻璃钢的耐腐蚀特征,因为煤矿井筒环境的水质pH值一般在67之间,呈弱酸性,而玻璃钢可在10%的硫酸中长期使用_1J,所以,对于煤矿井筒环境来说,玻璃钢的耐腐蚀特性主要集中在其水浸泡特性和老化特性上.试验表明,玻璃钢在水中浸泡30d以后,其抗拉强度的保留率大于90%,弯曲强度保留率大于87%,弹性模量保留
4、率大于82%,吸水量小于1%;浸泡3a以后,强度保留率仍在80%以上,3a后其力学性能基本趋于稳定.同时依据美国W.Wegenas教授的理论,玻璃钢在水中煮沸24h相当于冷水浸泡la,对玻璃钢进行了加速老化试验,图2是玻璃钢4Oa人工老化试验曲线_2J.从图2可以看出,若给玻璃钢一定的强度储备或只用玻璃钢作防腐层,玻璃钢产品即复合材料罐道的使用寿命可以在30a以上.牧稿日期:2oo00113基童项目:建设部旆工企业新产品试制(技术开发)项耳(9017)煤炭2000年第25卷表1改性玻璃钢腐蚀试验数据Table1The血taofGFRPc0nI加吲200q/8图2玻璃钢人工老化试验曲线F.2Ag
5、eitestcuHGFRP2耐磨性能的试验研究磨损性能试验在MM一200型磨损试验机上进行.该机有上,下2个试样轴,双速电机驱动下试样轴以200r/rain(或400r/min)转动,上试样轴以1鲫r/min(或360r/rain)转动(图3).当上,下试样轴同时转动且两试样直径相等时,则上,下试样间有1096的滑动率(上,下试样的转速不同所致);若改变试样直径,可使滑动率增大或减小;当滑动率为零时,为纯滚动摩擦.2.1上,下试样尺寸的确定鉴于MM一200磨损试验机上,下试样轴间间距仅能在50m以内调整,欲使上,下试样实现图3(a)纯滚动摩擦,若取上,下试样间距为47.5mm,则应满足200R
6、180R【=.解方程式(1),得R=25rrlr/1,R=22.5Yrlrl1.试样厚度按上,下试样轴与试样套装部分重叠厚度确定=10mn12.2上,下试样轴间压力的确定罐道和罐耳实际安装时要施加预紧力,该力即为罐耳与罐道滚动的正压力,在实验室内用上,下试样间的轴向压力进行模拟.MM一200型试验机上,下试样轴间压力用弹簧调整,以保证模拟罐耳与罐道间的接触应力与实际罐耳,罐道间的接触应力相等(图4(a).上,下两试样圆柱体在轴间压力p作用下,其接触应力和接触宽度按下式计算_3,即(a)(b)围3摩擦副安装示意t(a)壤动摩擦;(b)滑动摩擦;卜一上试样;2下试样(b)图4罐耳与罐道同的接触应力
7、Fig4Theo:xltactstDeofcageshoeand第5期曾宪桃等:立井复合材料罐道耐腐蚀与耐磨损试验研究493./4户(K+K)RR式中,L为上,下试样圆柱接触长度,L=:10m121;K,K为上,下试样圆柱的弹性常数,K)/TrE(2)(3)(1一立井装备罐耳和罐道的实际接触如图4(b)所示,即Ro.,式(2),(3)可写成d=,P/L(K+K)R.,(4)b=,4p(K+K)R/L,(5)式中,R为实际罐耳半径,R=100,125,150,175,2001Tml;L为实际罐耳与罐道的接触长度,即罐耳厚度,L:8O1TI;P为罐耳与罐道的预紧力J,P=1-4.联立式(4)和式(
8、2),得p=LRRP/LR(R+R).(6)钢,下试样为聚氨酯时,即可进行玻璃钢复合材料罐道与聚氨酯滚动罐耳间的滚动磨损试验;当上试样换成钢,则可进行钢罐道与聚氨酯滚动罐耳的滚动磨损试验,如图3(a)所示.滑动磨损试验,如图3(b)所示一间后,在精度为0.0001g的DTGI60分析天平上称其质量.必须注意,试件试验前,后必须严格除去油污并烘干,否则,残余的油污会影响准确性.根据摩擦原理,磨损规律分3个阶段:第1阶段为磨合磨损阶段,摩擦副开始运行,其磨损率随时间增加而降低;第2阶段为稳定磨损阶段,即摩擦副工作时期,磨损率保持稳定;第3阶段为剧烈磨损阶段,其磨损率随时间延长而迅速增加,工作条件急
9、剧恶化,导致摩擦副完全失效对煤矿立井提升容器罐耳和罐道这对摩擦尉来说,其宏观磨损规律也遵循上述3个阶段,只是摩擦副之间压力较小,井筒间隙提升,运转频率低,稳定磨损阶段更长.用计算机模拟出立井提升高度(3001000m),提升终端荷载(60400kN)和提升速度(818m/s)相匹配的各种工况条件下30a提升循环次数(986530万次),然后再根据MM一200型磨损试验机运转速度以及磨损原理,确定磨损试验机上模拟罐耳与罐道在实际工况条件下(30a)进行的模拟磨损时间(试验机400r/rain转动时,磨损时间t在221410h之间)只要测出罐耳和罐道在一定的模拟磨损时间内(每个试件实测85h左右)
10、稳定的磨损率(磨损量与磨损时间t裹2模拟磨损试验得到的回归方程Table2Regresslonel:llliollus0fsimuageorrim煤炭200O年第25卷回归方程见表2),就可推算出未来30a摩擦副磨损量大小共对1l对摩擦副做了磨损试验,其中玻璃钢与聚氨醋的滚动磨损试验4对,滑动磨损2对;钢与聚氨醋滚动磨损4对,滑动磨损l对将表2得到的回归方程分滚动和滑动磨损绘于图5根据磨损特征曲线及模拟时间(221-410h)可得30a玻璃钢(与聚氨酯)和0.235钢(与聚氨酯)的磨损量见表3.罨龆30609012ol50l80量彻骚盛500/ht/h(a)(b)图5磨损试验曲线Fig5The
11、tctlrvldmlliv.gricti-adbreak-avcayfriction(a)滚动磨损;(b)滑动磨损;b一玻璃钢;钢材衰3玻璃钢30a预计磨损Table3Weare咖tofGFRPtn30years型号蝙号黧型号编号耋.2滚动20131.毗221.730042-0o712滚动303942-52.630.01300173分析与结论从图5以及表3可知,若摩擦副之间为滚动磨损(图5(a)则玻璃钢的磨损量较钢材的磨损量大.如果规定罐道表面磨损厚度为11Tffn罐道即报废,则在滚动磨损情况下,无论是玻璃钢复合材料罐道还是钢罐道,其磨损寿命均能达到30a乃至更高.当为滑动磨损时(图5(b),
12、玻璃钢的耐磨性能优于钢材的耐磨性能.在实验室条件下,钢材的磨损量对摩擦副之间压力响应较小,即随着轴间压力的上升,锕材的磨损量增加不明显,而玻璃钢的磨损量上升幅度较大,所以在采用玻璃钢复合材料井筒罐道时,对罐耳和复合材料罐道之问的预紧力应仔细测定,其大小应慎重取舍,以提高复合材料罐道的耐磨寿命.另外,从式(4)和式(5)可知,当滚动磨损时,罐耳与罐道接触中心的最大接触应力与其接宽度和罐耳半径的平方根成反比,所以要减少罐耳,罐道磨损量,提高其耐磨寿命,从理论上讲,可以增加罐耳的厚度和半径由于增加罐耳半径,势必带来井筒直径的加大或井筒中的构件安全问辣的减小,所以适当增加罐耳与罐道的接触宽度即增加罐耳
13、厚度来减少罐耳与罐道的接触应力,从而提高罐耳和罐遭耐磨损第5期曾宪桃等:立井复合材料罐道耐腐蚀与耐磨损试验研究寿命的方法是可行的.根据试验结果和以上分析,得到如下几点结论:(1)鉴于滑动摩擦对罐道寿命影响较大,所以正常提升时应尽量避免出现滑动磨损.从表3看出,玻璃钢30a的最大(滑动)磨损厚度仅1min多,考虑其老化后的强度折减及工厂成型要求和玻璃布的每层厚度,为保证复合材料罐道的使用寿命超过30a,建议复合材料罐道中玻璃钢的最小厚度取为4m.(2)在保证玻璃钢板41Tim厚的前提下,无论是玻璃钢的耐腐蚀寿命还是耐滚动磨损寿命,都能达到3Oa乃至更高.(3)在实验条件下,钢材(Q235)的滚动
14、磨损特性要好于玻璃钢,而滑动磨损特性较玻璃钢为差.(4)实验表明,罐耳和罐道之问接触应力每增加50%,罐道的磨损量会增加100%(表3),所以,罐道材质(K)不变的情况下,最大接触应力与罐耳和罐道问的接触宽度(即罐耳厚度),罐耳半径成反比,所以为减小接触应力,提高罐道耐磨寿命,可以用适当增加罐耳的厚度的方法部分加以解决.(5)滑动磨损使罐耳,罐道耐磨损寿命显着缩短,所以,在罐耳罐道投入使用后,要定期对罐耳的运行情况进行检查,防止罐耳失去运转能力.参考文献:1哈尔滨建筑工程学院.玻璃钢结构分析与设计M.北京:中国建筑工业出版杜,1981.2曾宪桃立井复合材料罐道性能及其合理截面参数的研究D.徐州
15、:中国矿业大学,1993.3徐芝伦弹性力学(上册)M.第三版.北京:高等教育出版社,1998.4史天生,田建胜.刚性井筒装备的设计及作用力计算盯煤炭科学技术,1990,l8(8):5-8【5温诗铸摩擦学原理(M.北京:清华大学出版社,1990.作者简介:曾宪桃(1963一),男,博士,副教授.1998年毕业于西南交通大学,主要从事复合材料肪止井筒装备腐蚀及复合材料加固既有混凝土柒的研究工作,出版专着2部,发表论文30余篇TeststudyofcorrosionperformancesandwearcharacteristicsofcompositeguideinverticalshaftZEN
16、GXian-tao,GUOJinpu2,XUWen-jin33JiangshuMiningInitule,X221006.China)Abstract:Anewtypeguide-compositeguideisstudiedinthelightoftheseriouscorrosionsituationofverticalshaftequipment,bytheteststudy0feorrosionpormancesandweareharacteristies0f.mp0si把deItispointedoutthatthecompositeguideCallmeetthenedsofminingshaftenvlrormaentthatismade0fsteelandglassfiberreinforcedplastic.TheminimumthicknessofGFRPmaterial0ftheguideby-orertestisputfor-repIaoeofshaftfurniturewiIldecrease.Keywords:verticalshaft;eomtxxsiteguide;o3rmsion;wear