НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Рис.1. Алгоритм работы станка для прототипирования.

Для проектирования конструкции станка воспользуемся современной графической САПР системой Компас-3D. Разработанная конструкция станка для прототипирования представлена на рис. 2.

Рис.2. Конструкция стола.

151

Основные узлы станка представлены в табл. 2.

Данный станок может применяться для прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. Уже на этапе проектирования можно кардинальным образом изменить конструкцию узла или объекта в целом. В инженерии такой подход способен существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции.

Литература 1. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей ма-

шин. [Текст] – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 496 с.

Научный руководитель: Стариков А.И., ассистент.

152

Исследование состава и структуры материала подшипника скольжения турбогенератора

Русанов Д.И., ТюмГНГУ, г. Тюмень

Объектом исследования работы является вкладыш подшипника генератора ТГВ-200-2МУЗ. Генератор был остановлен из-за стремительного повышения температуры подшипника выше критической. После остановки обнаружено разрушение вкладыша.

Проведены исследования химического состава и структуры материала антифрикционного вкладыша.

Для исследования структуры выбран оптический микроскоп МЕТАМ ЛВ-31, химический анализ металла проводился при помощи спектрометра «Стилоскоп СЛ13», для получения более подробных результатов использовались растровая электронная микроскопия и рентгенофлуоресцентный анализ.

При помощи стилоскопа было установлено, что сплав состоит: основа - 83% Sn; 11% Sb; 6% Сu. С целью получения элементного состава проведен рентгенофлуоресцентный (РФА) анализ и на растровом электронном микроскопе (РЭМ) электронно-зондовый микроанализ баббита и выявлены незначительные примеси.

Таким образом, состав исследуемого материала соответствует сплаву Б83 (баббит), ГОСТ 1320 – 74 1 (табл.1).

Таблица 1

Химический состав исследуемого материала

Наличие хрома объясняется присутствием на поверхности образцов остатков окиси хрома, используемой при полировке шлифов.

Изучив структуру при помощи оптического микроскопа, выявлены следующие фазы (рис. 1): темное поле представляет собой пластичную массу α-твердого раствора сурьмы и меди в олове, светлые кристаллы квадратной формы - соединение SnSb (β-фазой), а кристаллы в виде звездочек или удлиненных игл – соединение Cu3Sn.

153

Для предотвращения ликвации по плотности в сплав Б83 введена медь, образующая с оловом интерметаллид Cu3Sn (твердая составляющая), звездчатые кристаллы которого, выделяясь в первую очередь из расплава, образуют как бы каркас, препятствующий всплытию более легких - кристаллов. Таким образом, структура баббита Б83 состоит из трех фаз – ,

(Cu3Sn.)

Рис. 1. Микроструктура баббита Б83. (100)

Анализируя микроструктуру и химический анализ сплава в отдельно взяты точках при помощи РЭМ установлено (рис. 2):

-точки 4, 5, 9 ( - фаза) это твердый раствор на базе олова (мягкая составляющая);

001

Рис. 2. РЭМ и микроанализ образца

154

- точки 1 и 6 ( - фаза) - светлые кристаллы квадратной формы, являются соединением SnSb – это твердый раствор на основе интерметалида;

- точки 2, 3, 7, 8 ( - фаза) более мелкие включения соединения интерметаллида Cu3Sn (твердая составляющая).

Процентное соотношение элементов, находящиеся в сплаве баббита Б83 взятого из каждой точки, представлено в таблице 2.

Таблица 2

Химический состав испытуемого образца в отдельно взятых точках, % (рис. 2)

Состав исследуемого материала соответствует баббиту Б83 ГОСТ 1320-74 (ИСО 4383-91), структура сплава характерна для литого состояния, что соответствует требованиям технической документации турбогенератора 2-3 и не может являться причиной разрушения вкладыша.

В продолжение работы планируются исследования механических свойств баббита и характеристик нагружения турбогенератора.

Литература

1.ГОСТ 1320-74 (ИСО 4383-91) Баббиты оловянные и свинцовые. Технические условия.

2.ГОСТ ИСО 7902-3-2001 Круглоцилиндрические подшипники. Часть3. Допустимые рабочие параметры.

3.Садыков Ф.А., Барыкин Н.П., Валеев И.Ш. Влияние структурного состояния на механические свойства Баббита. Физика и химия обработки материалов. 2001. №2. с. 86-90.

Научный руководитель Балина О.В., к.т.н.

155

Исследование устройства автоматического розжига котельной установки с низкотемпературным кипящим слоем

Шамурадов Ф.А., Сердцов А.С., ТюмГНГУ, г.Тюмень

В настоящее время данным требованиям удовлетворяют котельные установки с топкой низкотемпературного кипящего слоя (НТКС).

Применение плазменно-топливных систем позволяет отказаться от использования дорогостоящего жидкого топлива, искючается его потеря при неустойчивом пламени и повышается ресурс оборудования.

Цель работы — рассмотреть эффективный и надежный процесс розжига низкотемпературного кипящего слоя путем исследования устройства автоматического розжига

Задачи работы:

1.Изучение состояние вопроса автоматического розжига

2.Исследование математической модели кипящего слоя

Предмет исследования: процесс автоматического розжига низкотемпературного кипящего слоя.

Объект исследования: котельная установка с топкой низкотемпературного кипящего слоя.

Сегодня розжиг топки НТКС выполняется оператором вручную. Это представляет опасность для обслуживающего персонала и существенно снижает качество управления технологическим процессом. Поэтому, для достижения оптимального управления розжиг необходимо осуществлять в автоматическом режиме.

Схема установки плазменно-топливной системы (ПТС) на котлоагрегате НТКС приведен на рис.1

Рис.1. Схема котлоагрегата НТКС с использованием ПТС

156

Обозначения: 1 — ПТС;

2— пылепровод;

3— бункер угольной пыли;

4— бункер твердого топлива;

5— пластинчатый питатель;

6— экономайзер;

7— циклон;

8— дымосос;

9— дутьевой ветилятор;

10— дутьевой вентилятор ПТС;

11— золоудаляющее устройство;

12— воздухораспределительная решетка;

13— агрегат НТКС;

14— измерительный преобразователь давления;

15— измерительнвй преобразователь разрежения;

16— контур теплоносителя.

Вывод Применение плазменно-топливной системы обеспечивает надежный

безмазутный розжиг и улучшение экологических характеристик котлоагрегата в целом. При этом исключаются аварии и потеря растопочного топлива, возникающая при использовании мазута для розжига кипящего слоя.

Применение автоматического розжига котла позволяет создать безопасные условия для оператора, сократить непроизводительные затраты времени и улучшить технико-экономические и экологические показатели процесса розжига котлоагрегата с топкой НТКС.

Литература

1.Вискин Ж. В., Шелудченко В. И. и др. Сжигание угля в кипящем слое и утилизация его отходов — Д.: Типография ―Новый мир‖, 1997. — 284 с.

2.Махорин К. Е., Хинкис П. А. Сжигание топлива в псевдоожиженном слое. Киев:Наук. Думка, 1989 — 204с.

3.Бурдуков А. П., Чернова Г. В., Коновалов В. В., Чурашев В.Н. Разработка технологии безмазутной плазменной растопки и подсветки на основе пылеугольного топлива ультратонокого помола.

4.Уонг Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров: Пер. с англ. \ Справочник — М.: Атомиздат, 1979 — 216с.

Научный руководитель: Шамурадов Ф.А., преподаватель СПО ИПТИ

157

Влияние конструкции уторного узла РВС на его эксплуатационную прочность

Скорняков А.А., Шарафутдинов И.М., Каретников Д.В., УфГНТУ, г.Уфа

В настоящее время, как в России, так и за рубежом из общего объема резервуарного парка для хранения нефти и нефтепродуктов более 80 % составляют вертикальные цилиндрические стальные резервуары, представляющие особый класс сооружений, по существу не имеющих аналогов, и относящиеся к классу опасных производственных объектов.

Резервуары относятся к промышленным конструкциям, работающим в сложном напряженно-деформированном состоянии. Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых в области изучения эксплуатационной надежности РВС установлено, что безаварийность их работы зависит не только от вышеперечисленных факторов, но и от всевозможных дефектов. Кроме этого, при длительной эксплуатации резервуаров происходит коррозионный износ и механическое старение металла из-за малоциклового нагружения. Все эти факторы совокупно влияют на эксплуатационную надежность резервуаров и могут привести к аварии.

Одной из основных задач совершенствования конструкций резервуаров является повышение надежности их работы.

При анализе различных источников установлено, что наиболее распространенными дефектами являются дефекты сварных швов нижних поясов резервуара, сварных швов в узлах сопряжения стенки и днища (уторный узел) и коррозия днища. Поэтому исследование, направленное на совершенствование конструкции уторного узла, который находится в наиболее сложном напряженно-деформированном состоянии, на наш взгляд, является одним из перспективных направлений решения задачи повышения надежности эксплуатации РВС.

Для этого нами были рассмотрены различные исполнения конструкций уторного узла, проведена оценка напряженно-деформированного состояния металла таврового соединения.

С этой целью с применением конечно-элементного программного комплекса ANSYS была построена геометрическая модель тавровых конструкций и смоделировано сварное соединение в месте утора.

Результаты исследования показали что, с увеличением радиуса скругления таврового соединения величина напряжения, возникающая в узле в условиях эксплуатации, практически не изменяется, а при увеличении величины непровара происходит возраcтание напряжения не только в зоне термического влияния, но и непосредственно в зоне непровара.

Научный руководитель канд. техн. наук, доцент Файрушин А.М.

158

Исследование свойств и структуры спеченных железных порошков с нанодобавками

Сутягина Е.В., ТюмГНГУ, г. Тюмень

Наноструктурные материалы могут обладать принципиально новыми свойствами, а также более высокими механическими, физическими и эксплуатационными свойствами по сравнению с обычными материалами, что может обусловить значительный прогресс в самых разных отраслях.

Впорошковой металлургии можно применять частицы размером до 100 нм, при этом роль поверхности резко возрастает и становится сравнимой с ролью объемных эффектов, хотя свойства поверхности этих частиц в основных чертах совпадают с аналогичными свойствами соответствующих массивных материалов. При этом на поверхности ультрадисперсных частиц происходит радикальная перестройка расположения атомов и изменение типа межатомных связей по сравнению с поверхностью массивного материала.

Нанодисперсные порошки обладают повышенной структурной и поверхностной активностью, что может позволить, если и не получить наноструктурный материал, то за счет активации спекания, во-первых, понизить температуру спекания, во-вторых, получить спеченный материал с большей плотностью и более высокими характеристиками.

Вработе используется порошок, полученный путем пропускания мощных электрических импульсов наносекундного диапазона через тонкую железную проволоку в аргоне, в результате чего она мгновенно превращалась в частицы размеров наномасштабного уровня, а также стандартный железный порошок марки ПЖВ3 (ТУ 14-1-386-84). Навески порошков массой 4 грамма компактировали путем одностороннего статического сухого прессования в стальной пресс - форме при давлениях 100 — 600 МПа. Прессовки спекали в вакуумной печи СНВЭ–1.3.1/16И4 при гомологических температурах 0,4 – 0,85. Время изотермической выдержки составляло 1 ч.

Из исходных порошков составляли смеси с различным содержанием нанодисперсного порошка (от 0 до 100%), исследовали их поведение при формовании и последующем спекании, а также структуру и свойства полученных спеченных материалов (остаточную пористость, твердость).

Электронномикроскопические исследования показали, что использованный электровзрывной порошок является полидисперсным и состоит из частиц практически сферической формы диаметром до примерно 110 нм.

Рентгеноструктурный анализ исходных нанодисперсного и стандартного порошков показал, что параметр их решеток практически не отличается от параметра решетки компактного железного образца, однако, судя по полуширине пиков, величина напряжений 2 рода в нанопорошках существенно больше.

159

Методом дифференциального термического анализа исследовали влияние дисперсности порошка на магнитное (критическая точка А2) и полиморфное α↔γ (критическая точка А3) превращения. Полученные результаты показывают, что на температуры А2 и А3 дисперсность порошков существенного влияния не оказывает, но энтальпия превращений в нанопорошке примерно в 1,5 раза меньше, чем в стандартных порошках.

Исследование процесса прессования показало, что электровзрывной нанопорошок железа имеет низкие технологические характеристики: прессовки формуются в интервале давлений 200-350МПа до относительной плотности не выше 60%. При больших давлениях прессования происходит расслой. Это объясняется повышенной жесткостью наночастиц и значительными потерями усилия прессования на преодоление внутреннего трения. Шихты на основе грубодисперсного порошка марки ПЖВ, содержащие до 20 % нанопорошка железа имеют хорошую уплотняемость и формуемость.

Установлено, что спекание нанопорошка железа является активированным. Интенсивное уплотнение прессовок из нанопорошка начинается уже при гомологической температуре 0,4, а при 0,5Тпл прессовки из нанопорошка спекаются до относительной плотности 94%, которая не достигается при спекании грубодисперсного порошка даже при

0,85Тпл.

Использование электровзрывного нанопорошка железа в чистом виде и в виде добавки обусловливает активацию процесса спекания и способствует получению спеченных образцов с более мелкокристаллитной структурой и повышенными физико-механическими характеристиками.

Литература

1.Маслюк В.А., Львова Г.Г. Перспективные тенденции развития методов получения порошковых конструкционных материалов // Порошковая металлургия. 2006. № 5/6. С. 92.

2.Матренин С.В., Ильин А.П., Слосман А.И., Толбанова Л.О. Спекание нанодисперсного порошка железа // Перспективные материалы. 2008. №4. С. 81.

3.Матренин С.В., Ильин А.П., Слосман А.И., Толбанова Л.О. Спекание нанодисперсного порошка железа // Перспективные материалы.

–2008. – № 5. – С. 81–87.

4.Назаренко О.Б. Электровзрывные нанопорошки: получение, свойства, применение / Под ред. А.П. Ильина. – Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. – 148 с.

Научный руководитель: Золотарева Е.В., старший преподаватель

160