Глава 2. Методика досліджень гідродинамічних характеристик газового струненю
продуктів горіння.
2.1. Методика досліджень характеристик струменю продуктів горіння
2.1.1.Методика експериментальних досліджень та апаратура
Для визначення фізико–хімічних процесів, що відбуваються в факелі продуктів
горіння ВКП, використовували комплексне дослідження основних характеристик
полум'я, які впливають на якість покриття при газополуменевому напилені. Це
межі стабільного горіння факельного полум'я, його будова, яка залежать від
швидкості потоку газової струмини; розподілення температури і швидкості потоку
по довжині факелу газового полум'я.
При проведенні дослідження використовувався пальник “ЕВРО-ДЖЕТ XS-7” з
стандартним набором змінних мундштуків. З діаметром сопла Ж 1,6 мм для першого
номера мундштука, для другого – Ж 2,0 мм, для третього Ж 2,2 мм.
Воднево–киснева суміш вироблялась електролізно–водяним генератором А1803.
Дослідження проводились на трьох найбільш поширених при ГТОМ з використанням
ЕВГ газових сумішах: воднево-киснева суміш (ВКС), ВКС з добавками 5,5% парів
бензину (ВКС+бензин), ВКС з добавками 16% парів етилового спирту (ВКС+спирт).
Характер течії продуктів горіння регулювався візуально, з фіксаціею по зміні
довжини факелу полум'я. Витрати вуглеводневих добавок визначалися зважуванням
барботера до і після експерименту.
Витрати газової суміші контролювалися методом витіснення води з ємності
відомого об’єму за формулою:
(2.1)
де VВВ – об’єм води, що витіснився з ємності, дм3; t – час заповнення об’єму
газовою сумішшю, с; Vгс – витрати газової суміші, дм3/год.
Для дослідження розподілення швидкості та температури газового струменю була
розроблена установка рис. 2.1., зовнішній вигляд установки на рис 2.2.
Рис.2.1. Схема установки для дослідження газодинамічних і температурних
характеристик струменю продуктів горіння:
1 – U- подібний манометр; 2 – Механізм переміщення зонду; 3 – термопара; 4 –
мілівольтметр; 5 – зонд Піто-Прандтля; 6 – прилад ИССО-1; 7 – шкала контролю
дистанції заміру; 8 – механізм переміщення пальника; 9 – дозатор живлення
порошку; 10 – пальник; 11 –ЕВГ; 12 – джерело живлення ЕВГ; 13 – водяний
запобіжний пристрій; 14 – барботажний пристрій для насичення ВКС вуглеводневими
сполуками.
Рис.2.2.Установка для дослідження кінематичних та теплових характеристик ВКС.
1- барботажний пристрій для насичення ВКС парами вуглецевоводевих сполук. 2 –
пальник “ЕВРО-ДЖЕТ XS-7”. 3 – Живильник порошкового матеріалу. 4- Зонд для
вимірювання температури та тиску газового потоку продуктів спалення ВКП. 5 -
Джерело живлення. 6- Електролізно-водяний генератор А1803. 7- Водяний
запобіжній пристрій.
Газодинамічний стан струменю продуктів горіння воднево-кисневої суміші (ВКС)
оцінювався показником числа Рейнольдса, яке визначає ламінарність або
турбулентність струменю, що витікає на зрізі сопла пальника при різних витратах
і складах газових сумішей та діаметрах мундштуків пальника.
Рис. 2.3. Схема вимірювання геометричних розмірів факелу продуктів горіння.
Величина числа Рейнольдса визначається середньою швидкістю газового потоку в
перерізі вихідного каналу d мундштука пальника для напилення:
де кінематична густина газової суміші, (для ВКС 30% О2 та 70% Н2, n =
36,93•10-6м2/с) [126, 162].
Середню швидкість витікання пальної суміші через сопло пальника можна визначити
за формулою:
; (2.2)
де Vгс –витрати газової суміші м3/год; d – діаметр отвору пальника, мм; 354 –
емпіричний коефіцієнт.
Межа переходу від ламінарного до турбулентного характеру течії визначалась
моментом початку скорочення факелу полум’я після досягнення ним максимальної
довжини і початком збурення на кінці факелу, який враховує розмірність
величин.
2.1.2. Обладнання для газополуменевого нанесення покриття з використанням ВКП
При проведенні експериментальних досліджень використовувався ектролізно–водяний
генератор монополярного типу А1803, з максимальною продуктивністью по
виробленню пальної суміші – 1,6 м 3/ год.
Основні недоліки констукцій ЕВГ, які стримують впровадження та впливають на
технологічний процес газотермічної обробки є невеликий ресурс та стабільність
роботи.
При підвищенні температури електроліту в процесі роботи ЕВГ змінюється опір
реактору електролізеру, що приводить до порушення стабільності по виходу
пальної суміші, попаданню парів електроліту в суміш. Реакторна частина ЕВГ не
повинна нагріватися більше 70 0 С. [160]. Ресурс роботи пов’язаний з пасивацією
електродів елементами електроліту, та руйнуванням металічної частини реактору
ЕВГ, в наслідок ерозії та корозії електродів [164]. Для усунення цих недоліків
запропонована схема модернізованого ЕВГ, яка представлена на рис.2.4
В модернізованій схемі для зниження пасивації катоду 1-2 рази за зміну
виконується переключення полярності на реакторі ЕВГ за допомогою реле
контактору 2, нагрівання реактора контролюється термопарою 3, з якої сигнал
надходить, через перетворювач-підсилювач у джерело живлення 1, де сигнал
порівнюється і керує струмом електролізу. Для збереження однакової густини
електроліту по всьому об’єму реактору електролізеру в гідравлічну схему
вводиться гідропомпа для прокачування електроліту 11.
Рис.2.5. Схема подачі та регулювання подачі порошку при використанні пальника
„ЕВРОДЖЕТ XS-7”:
1. Джерело живлення живильника. 2. Вимикач живильника. 3. Регулятор подачі
порошку. 4. Єлектродвигун живильника. 5 Живильник. 6. Трубка подачі порошку. 7.
Двофазний потік. 8. Об’є