PL180097B1 - Sposób i urządzenie do badania odporności materiałów na zużycie erozyjne - Google Patents

Abstract

3. Urządzenie do badania odporności materiałów na zużycie erozyjne składające się z komory, pokryw, uchwytów, przepustów, mieszków sprężystych, przegubów kulowych, znamienne tym, że komora (1) umieszczona jest w urządzeniu do badań wytrzymałościowych lub zmęczeniowych przy pomocy podpory (2) z uchwytami, a do wewnątrz komory (1) wprowadzone są uchwyty (3) próbki (4) wyposażone w przeguby (5) kulowe, przy czym miejsca wprowadzenia uchwytów (3) do komory (1)sąuszczelnione mieszkami (6) sprężystymi, zaś uchwyty (3) są chłodzone przepływem wody lub gazu, natomiast próbka (4) jest podgrzewana urządzeniem grzejnym (7) i wystawiona na działanie strugi cząstek pyłów przyspieszonych w rurce (8) akcelcracyjnej, a następnie oddzielonych od gazu nośnego, któryjestusuwanyna zewnątrz komory (1) przewodem (9), przy czym komora (1)jest wyposażona w szczelne pokrywy i wyłożona wewnątrz materiałem z włókien ceramicznych.

Description

Przedmiotem wynalazkujest sposób i urządzenie do badania odporności na zużycie erozyjne materiałów w warunkach wpływu temperatur obciążeń w kontrolowanych atmosferach.

Zjawisko erozji strumieniowo-ściemej jest powodowane przez uderzający w materiał strumień cząstek unoszonych w strumieniu gazu nośnego. Według ocen szacunkowych erozja może nawet dziesięciokrotnie obniżyć trwałość silników śmigłowców latających na małych wysokościach. Jako miarę wielkości zużycia erozyjnego przyjmuje się zwykle ubytek masy elementu spowodowany uderzeniem określonej masy pyłów. Niekiedy wyznacza się oprócz ubytku masy również ubytek grubości elementu. Zużycie erozyjne elementu ma na ogół nierównomierny przebieg, czyli niektóre miejsca powierzchni elementu mogą wyróżniać się wielkością ubytku grubości. Przykładem tego może być zużycie łopat wentylatorów, które jest szczególnie nasilone na ich krawędziach i w miejscach łączenia łopat z tarczą według książki S. Kuczewski „Wentylatory”, WNT Warszawa, 1978. Dotychczas znane i są stosowane głównie dwa typy urządzeń laboratoryjnych do badania erozji materiałów sąto urządzenie odśrodkowe według I. Kleis i H. Uuemois (1967) Zavodskaja Laboratorija, vol. 29, nr 7, s. 887-888 oraz urządzenie z dyszą według L. Ives (1977) Journel of Engineering Materials and Technology (April), s. 126-132.

180 097

W urządzeniu pierwszego typu badane próbki są osadzone na średnicy wirnika obracającego się z dużąprędkością obrotową. Pył używany w badaniach jest podawany prostopadle do powierzchni wirnika w taki sposób, że badane próbki przemiennie uderzająz dużą prędkością w strugę pyłów. Z rozważań geometrycznych można wyznaczyć prawdopodobieństwo uderzenia ziarna pyłu w określoną próbkę. Pod koniec badań waży się wszystkie próbki i określa się zależność ubytku masy próbki od masy pyłu użytego w badaniach. W urządzeniach drugiego typu używany pył jest zasysany do dyszy zasilanej sprężonym gazem i przyspieszony w rurce akceleracyjnej będącej przedłużeniem dyszy. Pył uderza w próbkę umieszczoną naprzeciw wylotu rurki akceleracyjnej powodując ubytek materiału. Zmodyfikowane urządzenia obu typów pozwalająbadać wpływ temperatur i atmosfer otaczających próbkę na wielkość i mechanizm zużycia. Dotychczas nie był badany systematycznie wpływ stanu naprężeń materiału na wielkość i mechanizm zużycia i nie są znane urządzenia do badania tego efektu.

Istotą sposobu badania odporności materiałów na zużycie erozyjne w warunkach wpływu temperatur, obciążeń i w kontrolowanych atmosferach polegający na tym, że płaska próbka badanego materiału umieszczona jest w komorze, do której wnętrza wprowadza się strumień pyłów i wewnątrz której wytwarza się określoną temperaturę i mocowana jest w uchwytach posiadających przeguby kulowe łączące uchwyty z ruchomąbelkąmaszyny wytrzymałościowej i czujnikiem siły jest to, że na próbkę wywierana jest siła mniejsza od siły umożliwiającej zerwanie próbki z badanego materiału, której wielkość zależy od warunków badań i mierzona jest czujnikiem siły urządzenia do badań wytrzymałościowych lub zmęczeniowych, zaś centralna część próbki utrzymywana jest w określonej temperaturze stałej lub zmiennej i poddana działaniu strumienia pyłów podawanych z rurki akceleracyjnej powodujących mierzony ubytek masy próbki, przy czym gaz transportujący pył jest oddzielony od strumienia pyłów i wyprowadzany jest na zewnątrz komory. Wielkość siły działającej na próbkę, temperatura próbki, oraz prędkość pyłów podawanych z rurki akceleracyjnej są zmieniane podczas przeprowadzania testu według ustalonego programu.

Istotą urządzenia do badania odporności materiałów na zużycie erozyjne składające się z komory, pokryw, uchwytów, przepustów, mieszków sprężystych oraz przegubów kulowych jest to, że komora umieszczona jest w urządzeniu do badań wytrzymałościowych lub zmęczeniowych przy pomocy podpory z uchwytami, a do wewnątrz komory wprowadzone są uchwyty próbki wyposażone w przeguby kulowe, przy czym miejsca wprowadzenia uchwytów do komory są uszczelnione mieszkami sprężystymi, zaś uchwyty są chłodzone przepływem wody lub gazu, natomiast próba jest podgrzewana urządzeniem grzejnym i wystawiona na działanie strugi cząstek pyłów przyspieszonych w rurce akceleracyjnej a następnie oddzielonych od gazu nośnego, który jest usuwany na zewnątrz komory przewodem, przy czym komora jest wyposażona w szczelne pokrywy i wyłożona wewnątrz materiałem z włókien ceramicznych.

Urządzenie według wynalazku stanowi dodatkowe oprzyrządowanie do maszyny wytrzymałościowej lub zmęczeniowej. Pozwala obciążyć próbkę żądaną siłą stałą lub zmienną w czasie, wytworzyć w zamkniętej komorze określoną atmosferę, uzyskać określoną temperaturę próbki i poddać próbkę działaniu strumienia cząstek pyłu. Wynalazek umożliwia na badanie zjawiska erozji w wyznaczonych warunkach pracy rozważanych elementów. Dotychczas nie są znane i stosowane urządzenia pozwalające na wykonanie takich badań.

Wynalazek został przedstawiony na schematycznym rysunku w widoku.

Urządzenie do badania odporności materiałów na zużycie erozyjne składa się z walcowej komory 1 ze zdejmowanymi pokrywami. Wewnątrz większej pokrywy znajduje się okienko obserwacyjne oraz przepusty próżniowe do wprowadzania sygnału termopary zainstalowanej w komorze 1 oraz do zasilania urządzenia grzejnego 7. Płaskąpróbkę 4 badanego materiału mocuje się w uchwytach 3 chłodzonych przepływem wody lub gazu. Uchwyty 3 posiadają przeguby 5 kulowe w celu ograniczenia wpływu nieosiowego osadzenia próbki 4. Górny uchwyt 3 jest

180 097 połączony z czujnikiem siły maszyny wytrzymałościowej, natomiast dolny uchwyt 3 połączony jest z ruchomą belką maszyny wytrzymałościowej lub zmęczeniowej. Komora 1 badawcza związanajest na stałe z kolumnami maszyny wytrzymałościowej za pomocą podpory 2 z uchwytami. Uchwyty 3 przechodzą przez tuleje wspawane w pobocznicę komory 1 badawczej, a miejsca przeprowadzenia uchwytów zabezpieczone są materiałem z włókien ceramicznych i mieszkami 6 sprężystymi. Pył używany w próbie erozji podawany jest z zasobnika 10 do dyszy zasilanej sprężonym powietrzem i w rurce 8 akceleracyjnej doznaje przyspieszenia. Rurka 8 akceleracyjna jest na końcu zagięta i ma wykonany otwór.' Pozwala to korzystając z tak zwanego efektu „coanda” oddzielić strumień pyłów od gazu nośnego. Cząstki pyłów uderzają w powierzchnię próbki i opadają na dno komory. Oddzielony gaz nośny wyprowadzony jest przewodem 9 elastycznym na zewnątrz urządzenia. W celu utrzymania zadanej temperatury próbki zastosowano izolację cieplną wewnętrznej części komory. Badanie odporności na zużycie erozyjne materiału wykonuje się w sposób następujący: próbkę umieszcza się w uchwytach 3 i zamyka większąpokrywę komory 1. Po osiągnięciu określonej temperatury próbki otwierany jest przepływ gazu nośnego znajdującego się w zbiorniku pod stałym ciśnieniem. Ciśnienie gazu zasilającego dyszę ssącą oraz będącą jej przedłużeniem rurkę 8 akceleracyjnąmożna podczas przeprowadzanego testu regulować zmieniając położenie iglicy zaworu regulacyjnego umieszczono na wylocie zbiornika sprężonego gazu. Jednocześnie włączony jest system podawania pyłu do dyszy ssącej. Po zużyciu określonej masy ścierniwa zamykany jest przepływ gazu nośnego i próbka jest schładzana do temperatury pokojowej. Wewnątrz komory 1 utrzymywany jest zarówno podczas testu jak i podczas schładzania próbki określony skład gazów przez połączenie komory na przykład ze zbiornikiem gazu obojętnego. Następnie próbkajest demontowana z uchwytów i ważona. Prędkość jaką uzyskują cząstki pyłów zależy głównie od ciśnienia gazu nośnego. Prędkość tą można zarówno zmierzyć jak i obliczyć analitycznie. Pomiary prędkości pyłów są wykonywane na samym początku podczas uruchamiania urządzenia. Prowadzony podczas testów pomiar ciśnienia w dyszy ssącej pozwala w oparciu o uzyskane poprzednio wyniki pomiarów określić prędkość pyłów. Urządzenie to pozwala przeprowadzić badania w szerokim zakresie warunków zarówno ustalonych jak i zmienianych podczas przeprowadzania testów.

180 097

180 097

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób badania odporności materiałów na zużycie erozyjne w warunkach wpływu temperatur, obciążeń i w kontrolowanych atmosferach polegający na tym, że płaska próbka badanego materiału umieszczona jest w komorze, do której wnętrza wprowadza się strumień pyłów i wewnątrz której wytwarza się określoną temperaturę i mocowana jest w uchwytach posiadających przeguby kulowe łączące uchwyty z ruchomą belką maszyny wytrzymałościowej i czujnikiem siły, znamienny tym, że na próbkę (4) wywierana jest siła mniejsza od siły umożliwiającej zerwanie próbki z badanego materiału, której wielkość zależy od warunków badań i mierzona jest czujnikiem siły urządzenia do badań wytrzymałościowych lub zmęczeniowych, zaś centralna część próbki (4) utrzymywana jest w określonej temperaturze stałej lub zmiennej i poddana działaniu strumienia pyłów podawanych z rurki (8) akceleracyjnej powodujących mierzony ubytek masy próbki (4), przy czym gaz transportujący pył jest oddzielony od strumienia pyłów i wyprowadzany jest na zewnątrz komory (1).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, wielkość siły działającej na próbkę (4), temperatura próbki (4), oraz prędkość pyłów podawanych z rurki (8) akceleracyjnej są zmieniane podczas przeprowadzania testu według ustalonego programu.

3. Urządzenie do badania odporności materiałów na zużycie erozyjne składające się z komory, pokryw, uchwytów, przepustów, mieszków sprężystych, przegubów kulowych, znamienne tym, że komora (1) umieszczona jest w urządzeniu do badań wytrzymałościowych lub zmęczeniowych przy pomocy podpory (2) z uchwytami, a do wewnątrz komory (1) wprowadzone są uchwyty (3) próbki (4) wyposażone w przeguby (5) kulowe, przy czym miejsca wprowadzenia uchwytów (3) do komory (1) są uszczelnione mieszkami (6) sprężystymi, zaś uchwyty (3) są chłodzone przepływem wody lub gazu, natomiast próbka (4) jest podgrzewana urządzeniem grzejnym (7) i wystawiona na działanie strugi cząstek pyłów przyspieszonych w rurce (8) akceleracyjnej, a następnie oddzielonych od gazu nośnego, który jest usuwany na zewnątrz komory (1) przewodem (9), przy czym komora (1) jest wyposażona w szczelne pokrywy i wyłożona wewnątrz materiałem z włókien ceramicznych.

* * *