Pobierz - Technical Nowa Sól
Transkrypt
Pobierz - Technical Nowa Sól
IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 BADANIA I OCENA EFEKTYWNO CI DZIAŁANIA STRUMIENI RUTU W OCZYSZCZARKACH WIRNIKOWYCH ZAWIESZKOWYCH BADANIA I OCENA EFEKTYWNO CI DZIAŁANIA STRUMIENI RUTU W OCZYSZCZARKACH WIRNIKOWYCH ZAWIESZKOWYCH Roman WRONA1 Eugeniusz ZIÓŁKOWSKI2 Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków Zbigniew P CZEK3 Specodlew, Kraków 1. Metodyka bada . Proces oczyszczania strumieniowo- ciernego jest procesem dynamicznym polegaj cym na wytwarzaniu strumieni rutu i kierowaniu ich na oczyszczane odlewy. Efektywno oczyszczania zale y od parametrów kinetyczno-dynamicznych strumienia i jego kształtu okre lonego szeroko ci i wysoko ci . Wymiary geometryczne strumieni tworz przestrze efektywnego oczyszczania. Badania przeprowadzono w komorze oczyszczarki OWH produkcji firmy Technical. Konstrukcj i zasadnicze elementy oczyszczarki podaje rysunek 1. Rys. 1. Schemat komory oczyszczarki OWH [DTR- Technical] 1 prof. dr hab. in ., Wydział Odlewnictwa AGH-Kraków dr in ., Wydział Odlewnictwa AGH-Kraków 3 dr in . 2 99 IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze W prawej bocznej cianie komory, zamocowane s dwa wirniki rzutowe (górny i dolny), stanowi ce zasadniczy mechanizm w procesie oczyszczania. ciana górna komory (sufitowa) jest dzielona symetrycznie wzdłu osi wzdłu nej komory i przeznaczona jest do zamocowania toru jazdy zawiesia wraz z mechanizmem nap du. W cz ci dolnej komory znajduje si krata do odprowadzania rutu i masy formierskiej oddzielonej od odlewów. Cało stanowi samono n konstrukcj spełniaj c wymogi wytrzymało ciowe i eksploatacyjne. Do okre lenia kształtu strumienia posłu ono si metod po redniego pomiaru efektu oczyszczania wraz z rejestracj fotograficzn . W tej metodzie zastosowano ekran z blachy stalowej i ustawiono go w osi toru jazdy zawiesia, równolegle do wirników rzutowych, a prostopadle do kierunku wyrzucanych strumieni rutu. W wyniku działania strumienia rutu na powierzchni ekranu powstaje powierzchnia oczyszczona obrazuj ca geometri strumienia rutu. Zarysy powierzchni oczyszczonej dokumentowano technik fotografowania cyfrowego, co nast pnie umo liwiło opracowanie wyników metodami komputerowymi. Pomiary realizowano w trzech etapach: • etap I obejmował badanie wirnika dolnego. Podczas bada wirnik górny był odł czany od zasilania rutem. • etap II obejmował badanie wirnika górnego. Analogicznie jak w I etapie, podczas bada wył czany był wirnik dolny. • etap III obejmował badanie procesu przy równoczesnym wł czeniu wirnika dolnego i górnego. Ka dorazowo poszczególny etap był dokumentowany aparatem cyfrowym o du ej rozdzielczo ci i gł bi obrazu. Badaniami obj to wirniki uzbrojone w łopatki płaskie. Profil łopatek dotyczy powierzchni roboczej, po której wyrzucany jest strumie rutu. 2. Analiza jako ciowa fotogramów. 2.1. Fotogramy z bada wirnika dolnego. Efekt działania strumienia rutu z wirnika dolnego zarejestrowano na fotografii ekranu (rys. 2). Rys. 2. Powierzchnia efektywnego działania skoncentrowanego ( i rozproszonego ( ) strumienia rutu z wirnika dolnego. ) Na powierzchni ekranu zarysowały si dwa obszary o zró nicowanej barwie. Obszar wewn trzny ja niejszy i obszar zewn trzny ciemniejszy, który był rozło ony niesymetrycznie wokół obszaru wewn trznego. Oznacza to, e struga rutu jest niejednorodna i składa si z cz ci strumienia skoncentrowanego wewn trznego i rozproszonego zewn trznego. Zró nicowana barwa obszarów wiadczy o tym, e strumie skoncentrowany ma wi ksz sił uderzenia rutem w ekran od siły uderzenia 100 Nowa Sól 08-09.06.2006 r. IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 BADANIA I OCENA EFEKTYWNO CI DZIAŁANIA STRUMIENI RUTU W OCZYSZCZARKACH WIRNIKOWYCH ZAWIESZKOWYCH strumienia rozproszonego. Nast pstwem takiego zjawiska b dzie zró nicowana skuteczno oczyszczania odlewów znajduj cych si w przestrzeni działania strumienia skoncentrowanego i rozproszonego. Podział strumienia rutu na skoncentrowany i rozproszony niesymetrycznie wokół skoncentrowanego strumienia ma swoje uzasadnienie w zjawiskach kinetycznego wprowadzania rutu do wn trza wirnika rzutowego i jego rozdziału na łopatki przez tulej regulacyjn . rut wyrzucany przez otwór tulei regulacyjnej pod wpływem siły od rodkowej kierowany jest na łopatki, które nadaj mu dodatkowej energii, rozkłada si na pewnej cz ci szeroko ci łopatki. W badanym przypadku jest to ok. 2/3 szeroko ci łopatki, co uzasadnia si przez porównanie rzeczywistych wymiarów łopatki z wymiarami obrazu powierzchni oczyszczonej na ekranie. Dodatkowym argumentem na tak interpretacj zachowania si strumienia rutu jest stan powierzchni łopatek, które w miejscu płyni cia strugi rutu s zu yte, pozostała powierzchnia wykazuje brak lub tylko nieznaczne lady tarcia rutu. Rozło enie warstwy rutu na łopatce jest równie nierównomierne, co wskazuje, e warstwa rutu jest o zmiennej g sto ci. Z obrazu na ekranie wynika, e struga ta ulega rozwarstwieniu (rozrzedzeniu) w kierunku od zasypu wirnika. Im bli ej zasypu, tym koncentracja rutu jest wi ksza a zu ycie łopatek wi ksze. Kolejnym wnioskiem z bada jest rozszerzanie si strumienia rutu w płaszczy nie poziomego przekroju. Oznacza to, e przekrój strumienia jest wi kszy na ekranie od szeroko ci łopatki, a dokładniej szeroko ci strumienia na wylocie z łopatki. Oprócz rozproszenia strumienia rutu na szeroko ci wyst puje rozproszenie w płaszczy nie pionowej czyli na wysoko ci ekranu. Im odległo ekranu od wylotu wirnika jest wi ksza, tym powierzchnia oczyszczania ekranu staje si bardziej jednobarwna. Zanika kontrast pomi dzy strumieniem skoncentrowanym a rozproszonym. Rozproszenie strumienia rutu mo e by tak e spowodowane niedokładno ci wykonania elementów konstrukcji okna wylotowego z wirnika. W badanym przypadku okno jest w postaci ramki prostok tnej, której otwór wewn trzny powinien by dopasowany do wylotu z wirnika, a w szczególno ci do płaszczyzny kierownicy wylotowej z wirnika. Hipotetycznie lad czyszczenia powinien by zbli ony do przekroju prostok tnego. 2.2. Fotogramy z bada wirnika górnego. Efekt działania strumienia rutu z wirnika górnego zarejestrowano na fotografii ekranu (rys. 3). Rys. 3. Powierzchnia efektywnego działania skoncentrowanego ( i rozproszonego ( ) strumienia rutu z wirnika górnego ) 101 IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urz dzenia odlewnicze Podobnie jak w badaniach wirnika dolnego, na powierzchni ekranu zarysowały si dwa obszary o zró nicowanej barwie i kształcie. Obszar wewn trzny ja niejszy i ciemniejszy zewn trzny wskazuj o zmiennym przekroju strugi rutu i tym samym o zró nicowanej energii strumienia rutu. Obydwa obszary s rozło one wzgl dem siebie prawie symetrycznie o przekroju równomiernie zmniejszaj cym si ku dołowi ekranu. Obszar swym obrazem zdecydowanie ró ni si od obszaru z wirnika dolnego. Charakter zmienny przekroju obrazu na ekranie jest uzale niony od kierunku obrotu wirnika rzutowego. Wirnik górny kieruje strug od góry ekranu w dół, natomiast wirnik dolny kieruje strug rutu od dołu w gór ekranu. W konsekwencji przekroje obrazów na ekranie zmieniaj si zgodnie z ruchem strumienia rutu, trac c energi kinetyczn daj ujednorodniony obraz oczyszczonej powierzchni. Zanika granica mi dzy obrazem działania strumienia skoncentrowanego i rozproszonego. Z oceny stanu powierzchni łopatek wirnika górnego wynika, e strumie rutu rozkłada si prawie równomiernie na całej szeroko ci łopatki. St d przekrój strumienia na wylocie z łopatki nieznacznie ulega rozszerzeniu na wysoko ci ekranu. Im strumie bardziej skoncentrowany, tym przypuszczalnie skuteczno oczyszczania wi ksza. 2.3. Fotogramy z bada zintegrowanego działania wirnika dolnego i górnego. Efekt działania zintegrowanych strumieni zarejestrowano na fotografii ekranu (rys. 4). rutu z wirnika dolnego i górnego Rys. 4. Całkowita powierzchnia efektywnego działania strumienia z wirników dolnego i górnego. Na powierzchni ekranu zarysowały si dwa lady strumieni skoncentrowanych z obu wirników i obszary strumieni rozproszonych. Z porównania obrazu zbiorowego z obrazami ladów uzyskanych z działania pojedynczych wirników wynika, e strumienie skoncentrowane daj prawie ten sam obraz powierzchni oczyszczanej na ekranie. Natomiast obszar strumieni rozproszonych jest wyra nie zmieniony. Kraw dzie zewn trzne s bardziej rozmyte, nieregularne, co nale y tłumaczy cz ciowym 102 Nowa Sól 08-09.06.2006 r. IX KONFERENCJA ODLEWNICZA TECHNICAL 2006 BADANIA I OCENA EFEKTYWNO CI DZIAŁANIA STRUMIENI RUTU W OCZYSZCZARKACH WIRNIKOWYCH ZAWIESZKOWYCH nakładaniem si tej cz ci strumienia, która ulega rozproszeniu. Wypadkowa energia rzutu powstaj ca z nało enia i prawdopodobnie wzajemnego odbicia strumieni powoduje załamanie i zawirowanie w strudze rutu. Ten stan zdecydowanie zmniejsza skuteczno dynamicznego działania strugi na ekran, a w warunkach oczyszczania na odlew. 3. Podsumowanie. Proces oczyszczania ciernego z zastosowaniem turbin (wirników) rzutowych jest procesem zło onym pod wzgl dem kinematycznym i dynamicznym. Zło ono ta wynika z metody wytwarzania strumieni rutu jak i konstrukcji mechanizmów rzutowych. Istnieje pewien zwi zek pomi dzy parametrami konstrukcyjnymi i eksploatacyjnymi maj cy wpływ na kształtowanie si strumienia rutu i skuteczno ci jego działania ciernego. Metod umo liwiaj c ocen jako ci efektu cierania jest metoda po rednia polegaj ca na rejestracji obrazów cieranej powierzchni na ekranie. Ekran płaski odtwarza warunki w jakich s oczyszczane odlewy w obszarze działania strumieni rutu. Identyfikacja strumieni jest podstaw do projektowania turbin rzutowych a tak e okre lenia warunków oczyszczania odlewów, tym samym efektywno ci procesu ciernego. 4. Literatura. 1. P czek Z., Wrona R., Ziółkowski E. lazyk M., Zyzak P.; Badania i analiza procesu oczyszczania odlewów odlewanych metod wytapianych modeli w oczyszczarce zawieszkowej OWH-1,0×1,5. Projekt celowy nr ROW-445-204, Specodlew, AGH, Kraków 2005 103