РОЗДІЛ 2
стендове та Методичне забезпечення досліджень по підвищенню довговічності
робочих органів ЕВН
Оперативність і вірогідність результатів експериментальних досліджень
обумовлюється, в першу чергу, їх стендовою базою та методичним забезпеченням. У
зв’язку з цим, в розділі розглядається стенд для натурних випробувань робочих
органів ЕВН на зносостійкість, а також методи: проведення досліджень з оцінки
зносостійкості чавуну; визначення об’ємного приросту виливків з чавуну
модифікованого церієм та визначення величини від’ємних припусків для
термообробки виливків з сірого чавуну.
2.1. Розробка стендової установки для випробувань ступеня насоса на
зносостійкість
Вирішення поставлених в роботі завдань обумовлює необхідність проведення
цілеспрямованих зношувальних досліджень, які потребують використання
відповідного стендового обладнання. Конструктивні особливості робочого ступеня
ЕВН і умови його експлуатації призводять до того, що канали робочих органів
ступеня ЕВН зазнають гідроабразивного зношування, а пари тертя радіальної та
торцьової опор зазнають, насамперед, абразивного зношування. В розділі 1.2 було
відмічено, що виділити будь-який окремий вид зношування робочих органів ЕВН
неможливо. Проте основною і найбільш поширеною причиною втрати їх
працездатності є збільшення зазорів та руйнування поверхонь, що труться одна об
одну. Це руйнування викликає абразивне зношування деталей, яке можна віднести
до абразивного зношування по не закріпленому абразиву [24, 26], про що свідчить
наявність напрямлених рисок, тобто направлене ковзання абразивних частинок. При
цьому ускладнюються умови роботи пар ковзання тим, що абразивні частинки, які
потрапили в зазори між поверхнями деталей, що труться, руйнуються, дробляться і
за рахунок неперервного потоку промивної рідини продукти руйнування деталей і
окремих абразивних частинок вимиваються, а на їх місце попадає свіжий абразив.
При цьому попередньо зруйнований метал обумовлює збільшення зазорів, що
призводить до збільшення як розмірів, так і кількості наступних абразивних
частинок, які попадають між поверхнями деталей, що труться. Таким чином,
інтенсивність зношування зростає. У зв’язку з цим застосування традиційних
випробувань матеріалів на машинах тертя по абразивному зношуванню, або лише
гідроабразивному зношуванню [62-66] не дасть об`єктивної оцінки про
зносостійкість матеріалів, що використовуються в ступені ЕВН, оскільки існують
різноманітні схеми лабораторних установок на зношування (рис. 2.1-2.6). Останнє
обумовило необхідність розробки лабораторної установки, яка б моделювала, або
забезпечувала реальні види зношування елементів ступеня.
Рис. 2.1. Схема установки по дослідженню на зносостійкість при терті ковзання
по абразивному моноліті [67]
Рис. 2.2. Схема установки по дослідженню на зносостійкість при терті кочення по
сипучому абразиву[68]
Рис. 2.3. Схема установки по дослідженню на зносостійкість при
ударно-абразивному зношуванні [67]
Рис. 2.4. Схема установки по дослідженню на зносостійкість при зношуванні на
машині Х4-Б [69]
Рис. 2.5. Схема установки по дослідженню на зносостійкість при гідроабразивному
зношуванні [70]
Рис. 2.6. Схема установки, що моделює процес тертя пари тертя в
гідроабразивному середовищі [71]
З цією метою була розроблена стендова установка [72] для зношувальних
випробовувань робочого ступеня ЕВН (рис.2.7).
Стендова установка для зношувальних випробувань виконана у вигляді циліндричної
ємності 1, у днищі якої є центральний отвір, через який проходить нижній кінець
вала 2. Останній опирається на упорний підшипник 3, який за допомогою кришки 4
і болтів 5 кріпиться до днища ємності. З метою запобігання витоку рідини через
посадочне місце вала, воно ущільнюється за допомогою сальника 6. Верхній кінець
вала з’єднаний з валом 7 привідного електродвигуна.
На шпоночному валу кріпиться захисна втулка 8 з матеріалу, що досліджується, а
також посадочна втулка 9, яка вирізана з реального направляючого апарата із
модифікованого чавуну, і закріплена в обоймі 10. Обойма, в свою чергу,
закріплюється в направляючій 11, що вільно обертається на валу. Циркуляція
рідини здійснюється за рахунок роботи реального робочого колеса 12 із
матеріалу, що досліджується з запресованою робочою шайбою 13. Тиск стовпа
рідини створюється за рахунок відбійної кришки 14 та регулюється зазором між
обоймою та відбійною кришкою. Величина зазору встановлюється обертанням
притисної гайки 15. Радіальне навантаження передається пружиною 16 і
регулюється гайкою 17.
У процесі досліджень визначалася зносостійкость пар тертя радіальної опори
(захисної втулки вала із досліджуваного матеріалу) та посадочної втулки із
модифікованого чавуну, або сірого серійного чавуну, а також торцьової опори
(обойма 10 замінювалась реальним направляючим апаратом з сірого або
модифікованого чавуну в залежності від методики проведення експериментів). При
цьому пара тертя "бурт направляючого апарату – опорна шайба" були із
досліджуваного матеріалу.
Рис. 2.7. Конструкція стендової установки для зношувальних випробувань робочого
ступеня ЕВН
З метою наближення умов досліджень реальних ступеней насоса на зношувальній
установці до свердловинних умов, були підібрані режими її роботи та
характеристики рідини.
Так, привідний електродвигун забезпечує частоту обертання вала, яка дорівнює
48,3 с-1.
За допомогою пружини 16 і гайки 17 радіальне навантаження на захисну втулку
вала задавалося таким, що дорівнює Рр=20,0 Н.
Осьове навантаження на торцьову пару тертя, виходячи з реальних навантажень:
д
- Київ+380960830922