×
24.05.2019
219.017.5dfb

Установка для испытаний на газоабразивное изнашивание

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к газоабразивному изнашиванию при нормальной и повышенных до 1000°С температурах. Установка содержит стойку, камеру и бункер для сбора отработанного абразива, установленные на стойке, тракт подачи абразива и тракт подачи воздуха, служащие входами в смеситель, расположенные в камере держатель и нагреватель образца, сопло подачи газоабразивной смеси и нагреватель газоабразивного потока. Нагреватель газоабразивного потока выполнен в виде плазмотрона, связанного с блоком управления и системой подачи плазмообразующих газов. Плазмотрон закреплен на держателе сопла, обеспечивающем плавную регулировку в трех плоскостях положения сопла и плазмотрона относительно образца. Нагреватель образца выполнен в виде двух медных водоохлаждаемых токоподводов, закрепленных в держателе образца и электрически изолированных от него, причем один из них выполнен неподвижным, а другой имеет возможность перемещаться и фиксироваться на направляющих, обеспечивая закрепление между токоподводами образцов различной длины и нагрев образцов проходящим через них током. Тракт подачи абразива в смеситель через дозатор соединен с баком, находящимся под избыточным давлением воздуха. Технический результат: расширение технологических возможностей, увеличение температурного диапазона испытаний от комнатной до 1000°С, а также повышение достоверности и воспроизводимости результатов испытаний за счет точного дозирования и однократного использования абразива. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к газоабразивному изнашиванию при нормальной и повышенных до 1000°С температурах.

Известно устройство для испытания на эрозию, ускоритель и метод испытания на эрозию (см. патент US №2016131570 А1 МПК G01N 17/00, опубл. 12.05.2016), предназначенные для оценки износостойкости теплозащитных покрытий на деталях газовых турбин при температуре до 1500°С. Устройство для испытаний на эрозию содержит камеру сгорания, в которой происходит смешивание и сжигание сжатого воздуха и топлива, систему подачи в горючий газ абразива, ускоритель для ускорения газообразных продуктов сгорания, содержащих абразив, и направления их на образец с теплозащитным покрытием. Недостатком устройства является принципиальная невозможность проведения низкотемпературных испытаний, а также узкий диапазон раздельного регулирования скорости газоабразивного потока и его температуры, что обусловлено сильной зависимостью скорости истечения через ускоритель продуктов сгорания от их температуры и объема.

Известна испытательная машина для испытания на эрозионную износостойкость с наддувом (см. патент CN №201314887 Y МПК G01N 3/56, опубл. 23.09.2009) для моделирования условий изнашивания угольных котлов тепловых электростанций. Установка состоит из системы подачи сжатого воздуха, ресивера для его хранения, спирального трубопровода подачи сжатого воздуха, расположенного в высокотемпературной печи для его нагрева, устройства подачи абразива и устройства для нагрева, крепления и позиционирования под различными углами образца. Недостатком конструкции является относительно низкая (до 600°С) температура образца в процессе испытания, что ограничивает технологические возможности испытательной машины.

В качестве прототипа выбрана установка (см. патент RU №2570117 С1 МПК G01N 3/56) для испытаний сплавов, покрытий и других материалов, работающих в условиях высокотемпературной эрозии, характерных для труб топочных экранов бойлеров тепловых электростанций. Конструкция установки предусматривает раздельное регулирование температуры воздушно-абразивной смеси и испытуемого образца с помощью двух отдельных нагревателей. Транспортировка и ускорение абразивных частиц осуществляется потоком сжатого воздуха, протекающего через сопло.

Недостатком установки является низкая эффективность нагрева как образца, который разогревается за счет теплопередачи от держателя, так и воздушно-абразивного потока, разогреваемого при прохождении через канальный теплообменник. Из уровня техники известно, что такие конструкции нагревателей не позволяют достигать температуры испытаний свыше 500-600°С, что ограничивает технологические возможности установки и не позволяет моделировать условия работы широкого круга деталей машин и оборудования. Также нагреватель воздушно-абразивного потока имеет низкий ресурс, обусловленный износом его каналов при контакте с абразивными частицами. Примененный способ подачи абразива путем его инжектирования не позволяет обеспечить равномерное дозирование абразива при малом расходе воздушно-абразивной смеси, а непрерывный забор отработанного абразива из бункера с целью приготовления воздушно-абразивной смеси недопустим вследствие его измельчения и изменения абразивной способности, что снижает достоверность и воспроизводимость результатов испытаний. Также в конструкции установки не предусмотрена корректировка положения оси сопла относительно центра образца, которая в случае применения малогабаритных образцов требуется при изменении угла их наклона.

Технический результат заключается в создании устройства, обеспечивающего расширение его технологических возможностей за счет увеличения температурного диапазона испытаний от комнатной до 1000°С при реализации нагрева газоабразивного потока с помощью высокотемпературной плазменной струи и нагрева образца проходящим через него током, а также повышение достоверности и воспроизводимости результатов испытаний за счет точного дозирования и однократного использования абразива.

Технический результат достигается за счет того, что в установке для испытаний на газоабразивное изнашивание, содержащей стойку, камеру и бункер для сбора отработанного абразива, установленные на стойке, тракт подачи абразива и тракт подачи воздуха, служащие входами в смеситель, расположенные в камере держатель и нагреватель образца, сопло подачи газоабразивной смеси и нагреватель газоабразивного потока, нагреватель газоабразивного потока выполнен в виде плазмотрона, связанного с блоком управления и системой подачи плазмообразующих газов, причем плазмотрон закреплен на держателе сопла, обеспечивающем плавную регулировку в трех плоскостях положения сопла и плазмотрона относительно образца, а нагреватель образца выполнен в виде двух медных водоохлаждаемых токоподводов, закрепленных в держателе образца и электрически изолированных от него, причем один из них выполнен неподвижным, а другой имеет возможность перемещаться и фиксироваться на направляющих, обеспечивая закрепление между токоподводами образцов различной длины и нагрев образцов проходящим через них током, а тракт подачи абразива в смеситель через дозатор соединен с баком, находящимся под избыточным давлением воздуха.

При этом держатель сопла выполнен в виде оснащенного винтовым приводом столика, на котором закреплен регулировочный кронштейн с каналом для перемещения и фиксации в нем соединенного с соплом патрубка подачи газоабразивной смеси, причем патрубок через раму жестко соединен с плазмотроном.

Выполнение нагревателя газоабразивного потока в виде плазмотрона обеспечивает быстрый и эффективный нагрев истекающего из сопла потока при его смешении со струей высокотемпературной плазмы. При этом плавное регулирование температуры газоабразивного потока осуществляется путем изменения силы тока и напряжения в плазмотроне. Изготовление нагревателя образца в виде двух медных водоохлаждаемых токоподводов, между которыми зажимается образец, позволяет при подключении их к источнику тока обеспечить быстрый нагрев центральной части образца проходящим через него током до температуры в диапазоне от комнатной до 1000°С при любом расходе газоабразивной смеси, что расширяет технологические возможности устройства.

Применение в конструкции установки находящегося под избыточным давлением воздуха бака, абразив из которого подается в смеситель через специальный дозатор, позволяет точно дозировать абразив в широком диапазоне расхода газоабразивной смеси, что в сочетании с однократным использованием абразивного материала обеспечивает высокую достоверность и воспроизводимость результатов испытаний.

Выполнение держателя сопла с плавной регулировкой в трех плоскостях его положения обеспечивает возможность точного позиционирования пятна износа в пределах образца при установке углов атаки образца газоабразивным потоком в диапазоне от 20 до 90°. Это дает возможность проводить испытания малогабаритных образцов, не подвергая износу элементы нагревателя образца, что расширяет технологические возможности устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 показан главный вид устройства, на фиг. 2 - вид изнутри на испытательную камеру с держателями и нагревателями образца и сопла, на фиг. 3 - топология теплового поля на поверхности образца в процессе испытаний при заданной температуре в 650°С и угле атаки 30°.

Установка для испытания на газоабразивное изнашивание состоит из стойки 1, на которой закреплена испытательная камера 2 с бункером для сбора отработанного абразива 3, бак для абразива 4, дозатор 5, совмещенный с трактом подачи абразива 6, тракт подачи воздуха 7, смеситель 8 (фиг. 1). В испытательной камере 2 расположено сопло подачи газоабразивной смеси 9 и нагреватель газоабразивного потока 10, закрепленные в держателе сопла 11, а также образец 12, установленный в держателе 13 с нагревателем 14, причем держатель 13 имеет возможность вращаться вокруг оси, проходящей через поверхность образца. На выходе из испытательной камеры 2 установлена система очистки отработанного воздуха, состоящая из циклона 15 и фильтра тонкой очистки 16. Нагреватель образца 14 состоит из двух медных водоохлаждаемых токоподводов 17, жестко закрепленых на электрических изоляторах 18, один из которых неподвижен, а другой - имеет возможность перемещаться и фиксироваться на направляющих 19, установленных в держателе образца 13 (фиг. 2). Нагреватель газоабразивного потока 10, выполненный в виде электродугового плазмотрона, подключен к блоку управления 20 и системе подачи плазмообразующих газов 21, состоящей из баллонов, редукторов, манометров, расходомеров и соединительных шлангов (фиг. 1). Держатель сопла 11 имеет возможность перемещаться в трех плоскостях относительно образца 12 и состоит из оснащенного винтовым приводом столика 22, на котором с возможностью поперечного смещения закреплен регулировочный кронштейн с каналом 23 для перемещения и фиксации в нем патрубка сопла подачи газоабразивной смеси 9, причем патрубок через раму 24 жестко соединен с нагревателем газоабразивного потока 10 (фиг. 2).

Установка функционирует следующим образом: предварительно взвешенный образец 12 помещают между токоподводами 17 нагревателя 14 и закрепляют его с помощью подпружиненных винтовых стяжек, которые обеспечивают перемещение подвижного изолятора 18 с одним из токоподводов 17 по направляющим 19. Выставляют с помощью держателя образца 13 угол его атаки газоабразивным потоком в диапазоне 20…90°. Устанавливают требуемое расстояние от сопла 9 до образца 12 с помощью регулировочного кронштейна с каналом 23, в котором перемещается и фиксируется патрубок сопла подачи газоабразивной смеси 9. Включают сварочный источник тока с крутопадающей вольтамперной характеристикой, подключенный с помощью пары электрических кабелей к токоподводам 17 нагревателя 14, и достигают требуемой температуры нагрева образца 12. Нагрев образца 12 осуществляется за счет тепла, выделяющегося в нем при прохождении электрического тока.

После достижения требуемой температуры нагрева образца 12 через систему подачи плазмообразующих газов 21 подают смесь аргона и азота в нагреватель газоабразивного потока 10, затем с помощью блока управления 20 подают на него напряжение от источника постоянного тока, возбуждают в нем электрическую дугу, что приводит к формированию высокотемпературной струи плазмы. Включают подачу сжатого воздуха в тракт 7 и бак для абразива 4, открывают тракт подачи абразива 6, при этом абразив вследствие избыточного давления в баке 4 начинает поступать через дозатор 5 в смеситель 8, где смешивается с воздухом и поступает в сопло подачи газоабразивной смеси 9. На выходе из сопла 9 газоабразивный поток смешивается с плазменной струей, нагревается и соударяется с поверхностью образца 12, изнашивая его. Отработанный абразив ссыпается в бункер 3, а запыленный воздух очищается, проходя через циклон 15 и фильтр тонкой очистки 16. Повторное использование абразива из бункера 3 для последующих испытаний допустимо только после его сепарации на требуемые фракции с помощью сит. После завершения испытаний образец 12 взвешивается, при этом в качестве критерия износостойкости используют величину удельного износа:

I=Δm/mа,

где Δm - потеря массы образца; ma - масса затраченного в процессе испытания абразива.

Контур пятна износа на поверхности образца 12 при уменьшении угла его атаки газоабразивным потоком от 90° до 20° изменяет свою форму от круговой до эллиптической. При этом в случае использования малогабаритных образцов с целью избежать износа элементов нагревателя 14 и держателя образца 13 ось газоабразивного потока необходимо смещать к одной из сторон образца 12, что осуществляется путем плавной регулировки положения сопла 9 с помощью винтового привода столика 22 и регулировочного кронштейна с каналом 23. Конструкция держателя сопла 11 обеспечивает регулировку расстояния от сопла 9 до образца 12 в диапазоне 20…50 мм, а также продольное и поперечное перемещения сопла 9 в диапазоне ±15 мм.

Сочетание нагрева образца 12 проходящим через него током и плазменного нагрева газоабразивного потока позволяет обеспечить минимальные (не более 30°С) температурные градиенты в пределах пятна изнашивания образца (фиг. 3) и практически равные условия изнашивания его поверхностных микрообъемов по всей площади контакта с газоабразивным потоком.

Пример.

Практический пример применения установки реализован при исследовании стойкости наплавленного дуговым способом металла 10Х4Н76М3В3Ю11РЦ к газоабразивному изнашиванию при температуре 1000°С. Габаритные размеры образцов, вырезанных из наплавленного металла, составляли 40×16×3 мм. Нагреватели образца и газоабразивного потока подключали к сварочным источникам тока ВДУ-1000 и ВДУ-504 соответственно. Температуру образца и газоабразивного потока определяли по показаниям аналого-цифрового преобразователя, подключенного к термопарам. В качестве абразива использовали кварцевый песок со средним размером частиц 400 мкм. Угол атаки образца газоабразивным потоком составлял 30°, расстояние между образцом и соплом - 30 мм, давление воздуха на входе в сопло - 0,3 МПа, время нагрева образца - 50 с, время испытаний - 120 с. Потерю массы образцов измеряли на аналитических весах с точностью 0,1 мг.

Испытания повторяли три раза на разных образцах, при этом величина варьирования потери их массы составляла менее 3%, что свидетельствует о высокой воспроизводимости и достоверности результатов испытаний. Этому способствовало использование всегда нового абразива, а также точное его дозирование и равномерное поступление в смеситель. Средняя потеря массы образцов составила 0,1024 г, средний расход абразива - 0,391 кг. Величина удельного износа образца из наплавленного сплава 10Х4Н76М3В3Ю11РЦ при температуре 1000°С составила 0,262 г/кг.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает расширение технологических возможностей установки за счет увеличения температурного диапазона испытаний от комнатной до 1000°С, а также повышение достоверности и воспроизводимости результатов испытаний металлов, сплавов и покрытий, предназначенных для изготовления деталей машин и оборудования, стойких в условиях газоабразивного изнашивания в данном диапазоне температур.


Установка для испытаний на газоабразивное изнашивание
Установка для испытаний на газоабразивное изнашивание
Установка для испытаний на газоабразивное изнашивание
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 362.
25.08.2017
№217.015.c46d

Способ получения меланина из чаги

Предложенное изобретения относится к фармацевтической промышленности, а также к химии высокомолекулярных природных соединений. Способ получения меланина из чаги, включающий заливание измельченной чаги водой, настаивание при комнатной температуре, кипячение смеси, фильтрование извлечения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618397
Дата охранного документа: 03.05.2017
25.08.2017
№217.015.c48c

Способ получения композиционных изделий с внутренней полостью сваркой взрывом

Изобретение относится к технологии получения изделий цилиндрической формы с помощью энергии взрыва и может быть использовано для изготовления изделий с внутренней полостью, например теплозащитых экранов, деталей термического, химического оборудования. В способе берут биметаллический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618263
Дата охранного документа: 03.05.2017
25.08.2017
№217.015.c4c9

Способ получения композиционных изделий с внутренней полостью сваркой взрывом

Изобретение относится к технологии получения изделий цилиндрической формы с помощью энергии взрыва и может быть использовано для изготовления изделий с внутренней полостью, например теплозащитых экранов, деталей термического, химического оборудования. В предлагаемом способе берут...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618262
Дата охранного документа: 03.05.2017
25.08.2017
№217.015.c576

Способ получения меланинов из чаги

Изобретение относится к относится к химии высокомолекулярных природных соединений, а именно к получению биополимера растительного происхождения - меланина и его модификации с целью повышения антиоксидантной активности, и может быть использовано для производства лечебно-профилактических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618398
Дата охранного документа: 03.05.2017
25.08.2017
№217.015.c94a

Способ восстановления производных стирола

Изобретение относится к способу восстановления производных стирола. Способ заключается в восстановлении производных стирола с молекулярным водородом в присутствии наночастиц никеля при нагревании и характеризуется тем, что в качестве катализатора используют наночастицы никеля, иммобилизованные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619590
Дата охранного документа: 17.05.2017
25.08.2017
№217.015.c98d

Порошковая проволока для наплавки

Изобретение может быть использовано для дуговой наплавки металлургического и другого инструмента, работающего в условиях интенсивного абразивного изнашивания при температурах до 600°С. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты и содержит компоненты в следующем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619547
Дата охранного документа: 16.05.2017
25.08.2017
№217.015.c9a8

Способ нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава

Изобретение относится к нанесению покрытия из антифрикционного твердого сплава на металлическую подложку. На поверхность металлической подложки размещают порошковый материал, состоящий из слоев титанового порошка и смеси порошков карбида хрома и титана в соотношении 78 мас. % CrC и 22 мас. %...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619550
Дата охранного документа: 16.05.2017
25.08.2017
№217.015.ca82

Способ восстановления непредельных циклических соединений

Изобретение относится к способу восстановления непредельных циклических соединений, заключающемуся во взаимодействии непредельных циклических соединений с молекулярным водородом в присутствии наночастиц никеля при нагревании. Способ характеризуется тем, что в качестве катализатора используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619935
Дата охранного документа: 22.05.2017
25.08.2017
№217.015.ca98

Способ восстановления непредельных бициклических соединений

Изобретение относится к способу восстановления непредельных бициклических соединений, заключающемуся во взаимодействии непредельных бициклических соединений с молекулярным водородом в присутствии наночастиц никеля при нагревании. Способ характеризуется тем, что в качестве катализатора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619936
Дата охранного документа: 22.05.2017
25.08.2017
№217.015.cab7

Комплексный противостаритель для резин

Изобретение относится к получению комплексного противостарителя для резин, обеспечивающего последним высокие физико-механические показатели и их сохранение в процессе термоокислительного старения. Изобретение может быть использовано в резинотехнической промышленности для обеспечения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620058
Дата охранного документа: 22.05.2017
Показаны записи 11-19 из 19.
19.01.2018
№218.016.0028

Модульное устройство для внеочагового остеосинтеза переломов длинных трубчатых костей

Изобретение относится к медицине. Модульное устройство для внеочагового остеосинтеза переломов длинных трубчатых костей содержит не менее двух кольцевых базовых опор и нескольких репозиционных полуколец, соединенных между собой четырьмя резьбовыми штангами, детали стандартного набора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629325
Дата охранного документа: 28.08.2017
10.05.2018
№218.016.49ad

Способ наплавки изделий плавящимся электродом с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну

Изобретение может быть использовано для изготовления и восстановления деталей и инструмента, работающих в условиях абразивного и других видов изнашивания. Электродуговую наплавку производят плавящимся электродом. В сварочную ванну подают под острым углом к направлению подачи плавящегося...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651551
Дата охранного документа: 20.04.2018
30.11.2018
№218.016.a1bb

Способ нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава методом взрывного прессования

Изобретение может быть использовано для изготовления взрывным прессованием композиционных многослойных деталей. На поверхности металлической подложки размещают титановый порошок. Затем формируют промежуточный слой из смеси порошков карбида хрома с титаном в соотношении 78 мас. % CrC и 22 мас. %...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673594
Дата охранного документа: 28.11.2018
30.11.2018
№218.016.a1d8

Способ комбинированной сварки взрывом

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой взрывом биметаллических заготовок и переходных элементов, преимущественно из трудносвариваемых толстолистовых разнородных металлов. Метаемую пластину устанавливают над неподвижной пластиной с зазором и инициируют расположенный на ней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002673595
Дата охранного документа: 28.11.2018
09.06.2019
№219.017.7cd1

Способ получения крупногабаритных биметаллических листов сваркой взрывом

Изобретение может быть использовано при изготовлении крупногабаритных биметаллических листов коррозионно-стойкого биметалла для химической, атомной и нефтегазовой отраслей промышленности. На плакируемую пластину устанавливают со сварочным зазором плакирующую метаемую пластину. Между зарядом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002417868
Дата охранного документа: 10.05.2011
21.01.2020
№220.017.f7a9

Композиционная проволока для дуговой наплавки

Изобретение относится к наплавочным материалам, в частности к порошковым и композиционным проволокам для дуговой наплавки. Композиционная проволока состоит из никелевой оболочки, внутри которой находятся проволочные компоненты из алюминия, вольфрама, молибдена, лента из тантала и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002711286
Дата охранного документа: 16.01.2020
24.07.2020
№220.018.3704

Электродное покрытие

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых высокопрочных низколегированных сталей. Электродное покрытие содержит мрамор, плавиковый шпат, каолин, полевой шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, пластификатор, железный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002727383
Дата охранного документа: 21.07.2020
12.04.2023
№223.018.43df

Способ получения материала для абсорбции и десорбции водорода

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению материалов на основе титана, используемых для абсорбции и десорбции водорода, с целью применения его в энергетических устройствах, потребляющих водород, и химических процессах. Способ получения материала для абсорбции и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002793680
Дата охранного документа: 04.04.2023
15.05.2023
№223.018.57f7

Способ двухэлектродной дуговой наплавки

Изобретение относится к автоматизированной дуговой наплавке в среде защитных газов двумя проволоками сплошного сечения и может использоваться при производстве нефтехимического оборудования в технологических операциях по плакированию изделий коррозионно-стойкими слоями металла. Осуществляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002767334
Дата охранного документа: 17.03.2022
+ добавить свой РИД