Pierwszenstwo: Opublikowano: 25.IV.1969 (P 133 164) 10.11.1971 61949 KI. 42 k, 38/01 MKP G 01 n, 19/00 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Roman Zahaczewski, Eugeniusz Bak Wlasciciel patentu: Glówny Instytut Górnictwa, Katowice (Polska) Sposób badania erozyjnej scieralnosci materialów oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem, wynalazku jest sposób badania erozyj¬ nej scieralnosci materialów oraz urzadzenie do stoso¬ wania tego sposobu, szczególnie przeznaczone do bada¬ nia materialów uzywanych na pompy dla mieszanin cie¬ czy i cial stalych.Dotychczas do badania róznych materialów, przezna¬ czonych na pompy do pompowania mieszanin cieczy i cial stalych, które maja zwiekszone dzialanie erozyjne, konieczne bylo wytworzenie identycznych warunków w kilku pompach. W tym celu mogly byc stosowane tylko uklady równolegle kilku identycznych pomp zasysaja¬ cych ze wspólnego zbiornika te sama mieszanine, przy czym poszczególne elementy równowazne tych pomp byly wykonane z róznych materialów, czyli takich, dla których badano erozyjna scieralnosc.Badania prowadzone takimi metodami natrafiaja na powazne przeszkody i trudnosci, poniewaz wymagaja identycznych warunków i tych samych parametrów przeplywu w kazdej z badanych pomp, aby otrzymane wyniki zuzycia mogly byc porównywalne oraz odniesio¬ ne z dostateczna dokladnoscia do wartosci wzorcowych.Ewentualne zastapienie pomp badawczych przez stru¬ mien jednorodnej mieszaniny, w którym umieszcza sie badane próbki, nie daje wyników zadowalajacych, a przez to nie pozwala na ulatwienie i uproszczenie ba¬ dan zuzycia erozyjnego materialów.Przyczyny tego wynikaja ze zmian charakteru prze¬ plywu oraz oddzialywania strumienia mieszaniny na próbke przy strumieniu ustalonym, które nie odpowia¬ daja rzeczywistym warunkom i zjawiskom wystepuja¬ cym wewnatrz pomp wirowych, gdzie wystepuja wielo¬ krotne zmiany kierunków strumienia i jego przyspie¬ szen oraz zmiany natezenia i wartosci przyspieszen w tym strumieniu. Ten zmienny charakter przeplywu stru- 5 mienia mieszaniny wewnatrz pomp ma istotne znacze¬ nie na towarzyszace jemu erozyjne zuzywanie sie po¬ wierzchni czesci oraz poszczególnych elementów sklado¬ wych pomp tym bardziej, ze na ich rózne powierzchnie wewnetrzne oddzialywuja ze zmienna energia przede io wszystkim zawarte w strumieniu ciala stale.Stosowane sposoby badania erozyjnego zuzycia mate¬ rialów sa klopotliwe oraz maja bardzo powazne niedo¬ godnosci. Przede wszystkim w ukladzie równoleglym pomp badawczych wystepuja podczas pracy nierówno- 15 miernosci przeplywów oraz znaczne rozrzuty parame¬ trów pomiedzy poszczególnymi urzadzeniami, które sa spowodowane niedokladnosciami wykonania, zarówno pod wzgledem geometrii czesci, jak i gladkosci ich po¬ wierzchni, poniewaz wykonanie dwóch identycznych • pomp jest nieosiagalne, a przy wiekszej liczbie sztuk zróznicowania te sa jeszcze powazniejsze.Przy tym przeprowadzenie prób scieralnosci kilku materialów wymaga budowy osobnej pompy dla kazde¬ go z nich, skladajacej sie zarówno z wirnika jak i ka¬ dluba, co utrudnia badania oraz czyni je wyjatkowo kosztownymi, a czasami uniemozliwia wrecz przepro¬ wadzenie badan ze wzgledu na trudnosci technologiczne wykonania, co ma miejsce szczególnie dla tworzyw nie¬ metalowych, wymagajacych odmiennej budowy czesci. 30 Jednoczesnie podczas prób erozyjnego zuzycia dla tych 20 25 6194961949 warunków konieczne staje sie utrzymanie jednakowych parametrów ruchu pomp, co ze wzgledów na odchylki konstrukcyjne nie jest nieosiagalne.Poza tym wyznaczanie ubytków mas wskutek zuzycia erozyjnego materialów badanych z wystarczajaca do¬ kladnoscia jest bardzo klopotliwe dla calych kadlubów i wirników pomp, które maja duze ciezary, gdyz wy¬ magaja znacznego stopnia zuzycia, aby ustalic procen¬ towe wielkosci tych ubytków. Pociaga to za soba ko¬ niecznosc stosowania dlugich okresów trwania prób, du¬ zych ilosci materialów uzywanych jako cial stalych w mieszaninie oraz znacznych ilosci energii, a takze du¬ zych nakladów robocizny.Obserwacje zuzycia erozyjnego pomp pozwolily usta¬ lic ponad wszelka watpliwosc, ze scieraniu ulegaja przede wszystkim czolowe powierzchnie natarcia lopa¬ tek oraz powierzchnie czolowe dyfuzorów wewnatrz kadluba na obwodzie. Z tych wzgledów badania do¬ tychczas prowadzone sa nieekonomiczne i nieskuteczne mimo, ze zagadnienie erozyjnej scieralnosci jest bardzo istotne dla celów techniczno-gospodarczych ze wzgledu na coraz szersze stosowanie hydrotransportu, czyli prze¬ mieszczania cial stalych strumieniem cieczy, co wyma¬ ga budowy pomp odpornych na zuzycie erozyjne mie¬ szaninami.Celem wynalazku jest usuniecie wszystkich dotych¬ czasowych niedogodnosci i wykluczenie wad wystepuja¬ cych przy prowadzeniu badan nad scieralnoscia erozyj¬ na materialów oraz umozliwienie prowadzenia prób porównawczych róznych materialów w tych samych wa¬ runkach i tym samym czasie, przy dzialaniu tej samej mieszaniny niszczacej.Istota sposobu badania erozyjnej scieralnosci mate¬ rialów za pomoca mieszaniny plynnej zawierajacej ciala stale polega na umieszczaniu próbek w miejscach naj¬ wiekszego zuzywania sie czesci pomp, a najkorzystniej w strefach zmian kierunków strumienia cieczy przeply¬ wajacej w warunkach pompy transportujacej. Przy czym próbki w czesci wirujacej pompy mocuje sie na obwo¬ dzie u nasady lopatek wzdluz ich powierzchni czolo¬ wych, bedacych powierzchniami natarcia na wlocie strumienia, a w czesci nieruchomej pompy próbki umie¬ szcza sie na czolowej powierzchni kierujacej na wylocie strumienia z wirnika, natomiast sam strumien w urza¬ dzeniu jest tak kierowany, aby wymusic obmywanie scierajace próbek pompowana mieszanina wody i cial stalych strugami obwodowo-spiralnymi, powodujacymi równomierne zuzywanie sie powierzchni próbek.Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug wynalaz¬ ku, skladajace sie z kadluba pompy, w którym jest umieszczony obrotowo wirnik z lopatkami, ma zamo¬ cowana do przedniej sciany kadluba pompy wkladke garnkowa oslaniajaca wirnik, skladajaca sie z dennej tarczy i cylindrycznej kierownicy, na której na wew¬ netrznej scianie sa zamocowane obwodowo i symetrycz¬ nie w gniazdach nieruchome próbki badanych materia¬ lów. Natomiast wirnik ma wykonane gniazda osadcze przeznaczane do mocowania badanych jednoczesnie wi¬ rujacych próbek rozmieszczanych symetrycznie na ob¬ wodzie u nasady lopatek. Do tylnej sciany kadluba pompy jest zamocowana przeslona tworzaca z garnko¬ wa wkladka dlawiace przewezenie wylotowe do dyfu- zora, które ma mniejsza szczeline wlotowa od wyloto¬ wej.Tak zbudowane urzadzenie wymusza obmywanie ba- 10 15 20 25 30 35 50 55 60 - .:^ 5 danych próbek przez pompowana mieszanine cieczy i ¦¦ *.. s cial stalych strugami obwodowo-spiralnymi oraz zapo¬ biega zwrotnym uderzeniem hydraulicznym od strony zbiorczego kanalu dyfuzora. Jednoczesnie gniazda osad¬ cze w garnkowej wkladce dla nieruchomych próbek w ksztalcie paleczek skladaja sie z otworów w tarczy den¬ nej i wspólosiowych z nimi ochronnych wyzlobien w cy¬ lindrycznej kierownicy, przebiegajacych przez cala jej szerokosc. Zas gniazda osadcze w wirniku stanowia otwory wykonane w tylnej jego tarczy u nasady lopa¬ tek, w których umocowane próbki w ksztalcie paleczek przylegaja do powierzchni lopatek, tworzac ich po¬ wierzchnie natarcia.Odmiana urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku ma wykonane w kierownicy garnkowej wkladki promieniowo skierowane otwory, przez które sa przetkniete sruby zaopatrzone na zewnatrz w nakret¬ ki, a wewnatrz zakonczone trapezowymi listwami doci¬ skajacymi, mocujacymi do wewnetrznej powierzchni kierownicy nieruchome próbki badanych materialów w postaci wykladzin.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykla¬ dowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia urzadzenie w pionowym przekroju podluznym, fig. 2 — jego przekrój poprzeczny wzdluz linii A—A zaznaczonej na fig. 1, a fig, 3 — przekrój poprzeczny przez powloke wkladki odmiany urzadzenia.Urzadzenie do badania erozyjnej scieralnosci mate¬ rialów mieszaninami cieczy i cial stalych sklada sie z dzielonego kadluba, w którym przednia sciana 1 i tylna sciana 2 sa polaczone kolnierzami za pomoca srub 3, oraz z wirnika o budowie otwartej lub zamknietej umie¬ szczonego wewnatrz kadluba. Wirnik sklada sie z tylnej tarczy 4 i lopatek 5 i jest zamocowany na wale 6 ulo- zyskowanym w tylnej scianie 2 kadluba. Przednia scia¬ na 1 kadluba jest zaopatrzona w osiowy, ssawny kró- ciec 7.Wnetrze urzadzenia jest ponadto wyposazone w garn¬ kowa wkladke, która tworza cylindryczna kierownica 8 i denna tarcza 9 przymocowana srubami 10 do przed¬ niej sciany 1. Wkladka garnkowa obejmuje wirnik od przodu tarcza 9, a na obwodzie od strony wylotów — kierownica 8, przy czym cylindryczna kierownica 8 przedziela przestrzen dyfuzora urzadzenia na reakcyjna przestrzen 11 i zbiorczy kanal 12.Do tylnej sciany 2 urzadzenia jest przymocowana za pomoca srub 13 tarczowa przeslona 14, która tworzy wspólnie z kierownica 8 garnkowej wkladki dlawiace przewezenie wylotowe miedzy przestrzenia 11 i kanalem 12, przy czym wlotowa szczelina 15 tego przewezenia jest mniejsza od wylotowej szczeliny 16. Obydwie scia¬ ny 1 i 2 kadluba maja u góry styczny do dyfuzora tloczny króciec 17. W tarczy 4 wirnika sa wykonane osadcze gniazda 18 w postaci otworów umieszczonych u nasady kazdej z lopatek 5 tak, aby umocowane w gniazdach 18 wirujace próbki 19 badanych materialów przylegaly do czolowych powierzchni 20 lopatek 5 i tworzyly ich czola, czyli powierzchnie natarcia na wlo¬ cie do wirnika. Natomiast w garnkowej wkladce sa wy¬ konane osadcze gniazda 21 w tarczy 9 oraz wspólosio¬ wo z nimi usytuowane ochronne wglebienia 22 na wew¬ netrznej powierzchni kierownicy 8, które sa symetrycz¬ nie rozlozone promieniowo na obwodzie garnkowej wkladki.W gniazdach 21 mocuje sie nieruchome próbki 23,61949 "które spoczywaja we wglebieniach 22 i stykaja sie cze¬ sciami powierzchni z przestrzenia 11 na wylocie wirni¬ ka. Zarówno wirujace próbki 19, jak i nieruchome próbki 23 moga miec ksztalty walcowych paleczek lub inne podobne, przy czym próbki 19 i 23 moga byc wy¬ konywane jako identyczne pod wzgledem ksztaltu, lub tez moga miec ksztalty i wymiary zróznicowane.Odmiana urzadzenia wedlug wynalazku ma kierowni¬ ce 8a wkladki garnkowej zaopatrzona w promieniowe otwory 24 rozstawione symetrycznie na obwodzie. W -otworach 24 sa umieszczone sruby 25 zaopatrzone na zewnatrz kierownicy 8a w nakretki 26, a wewnatrz za¬ konczone trapezowymi listwami 27 dociskajacymi i mo¬ cujacymi do wewnetrznej powierzchni kierownicy 8a nieruchome próbki 28 w postaci wykladzin. Próbki wi- Tujace pozostaja bez zmian wedlug wykonanego uprzednio wybranego ksztaltu.Dzialanie urzadzenia dla badania erozyjnej scieral¬ nosci materialów polega na pompowaniu jednorodnej mieszaniny cieczy i cial stalych, a nastepnie obserwo¬ waniu oraz oznaczaniu stopnia zuzycia próbek 23 lub 28 i 19 w czasie. Po zamocowaniu próbek 23 w gniaz¬ dach 21 kierownicy 8 lub próbek 28 na kierownicy 8a, a próbek 19 w gniazdach 18 tarczy 4 wirnika, urzadze¬ nie sklada sie przez skrecenie kadluba srubami 3 lacza¬ cymi jego sciany 1 i 2. Nastepnie wlacza sie naped obracajacy wal 6, a wraz z nim tarcze 4 z lopatkami 5 i próbkami 19.Urzadzenie pracujac króccem 7 zasysa osiowo, zgod¬ nie ze strzalkami 29, poziomy strumien mieszaniny, któ¬ ry jest nastepnie skrecany wirnikiem wedlug strzalek 30 wokól powierzchni natarcia próbek 19 i rozdzielany na strugi promieniowe pomiedzy lopatkami 5 zgodnie ze strzalkami 31. Przy czym oplywanie powierzchni wi¬ rujacych próbek 19 ma charakter obwodowo-spiralny, jako wypadkowy strumienia wedlug strzalki 29 i kie¬ runków rozdzielonych strug wedlug strzalek 31.Jednoczesnie mieszanina cieczy i cial stalych uzywa¬ na do badan oddzialuje na powierzchni wszystkich próbek 19 z jednakowa intensywnoscia, poniewaz roz¬ plyw ilosciowy i jakosciowy mieszaniny do wszystkich przestrzeni pomiedzy lopatkami 5 jest taki sam. Strugi pokazane strzalkami 31 podlegaja w wirniku przyspie¬ szeniu odsrodkowemu, wywolywanemu stala predkoscia katowa, i wymuszonym ruchem miedzy scianami lopa¬ tek 5, tarczy 4 i dennej tarczy 9, oraz sa podawane do przestrzeni 11, gdzie napotykaja na przegrode w postaci kierownicy 8 z umieszczonymi na niej próbkami 23 lub 28.Ze wzgledu na symetryczne polozenie kierownicy 8 wzgledem obrzeza tarczy 4 oraz wylotów lopatek 5 wir¬ nika, strugi podawanej do przestrzeni 11 obwodowo i stycznie w kierunku strzalek 33 mieszaniny oddzialy¬ waja z jednakowa intensywnoscia na próbki 23 lub 28.Przy tym próbki 23 lub 28 sa obmywane stale stru¬ mieniem obwodowo-spiralnym mieszaniny o stalym na¬ tezeniu i energii, poniewaz jest on wytwarzany splywa¬ jacymi strugami z lopatek 5 wirnika do przestrzeni 11 wedlug strzalek 33, a jednoczesnie strumien ten jest po¬ wodowany wyporem hydrodynamicznym w kierunku strzalki 34 w przestrzeni 11, który jest wywolywany pra¬ ca wirnika ze stala predkoscia katowa.Wypadkowym skutkiem tych oddzialywan jest staly przeplyw wirowy strumienia w kierunku strzalki 34 do przeslony 14, skad przewezeniem o wlotowej szczelinie 15 i wylotowej szczelinie 16 przedostaje sie do zbior¬ czego kanalu 12 w dyfuzorze urzadzenia zgodnie ze strzalka 35 i dalej tlocznym króccem 17 wyplywa z pompy do przewodu transportujacego. Dlawiace prze- 5 wezenie miedzy przeslona 14 i kierownica 8 ograniczo¬ ne szczelinami 15 i 16 przeciwdziala zwrotnym uderze¬ niom hydraulicznym z kanalu 12 do przestrzeni 11 i po¬ zwala na niezaklócone, równomierne i ze stala inten¬ sywnoscia oplywanie strumieniem mieszaniny próbek 10 23 lub 28.Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku pozwala na jednoczesne badanie erozyjnej scieralnosci róznych ma¬ terialów, z których wykonane sa próbki, w tych samych warunkach oraz ustalanie wyników porównawczych. Ma 15 to istotne znaczenie dla doboru najwlasciwszych mate¬ rialów na pompy, przeznaczone dla hydrotransportu, i ich czesci. PL