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