Помощь студентам в учебе
Исследование механизма газоабразивного изнашивания Fe-Cr-V-Mo-C покрытий
|
ВВЕДЕНИЕ 15
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 18
1.1 МЕЛЬНИЧНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ И ДЫМОСОСЫ 18
1.1.1 Характеристика вентиляторов и дымососов 18
1.1.2 Износ лопастей вентиляторов и дымососов 19
1.2 МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ,
РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ГАЗОАБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ 20
1.3 ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ГАЗОАБРАЗИВНОМ ИЗНАШИВАНИИ 26
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ 29
2.2 ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА НАПЛАВКИ 30
2.3 ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШЛИФОВ 31
2.4 МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ 32
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 35
3.1 СТРУКТУРА МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ НАПЛАВКИ 35
3.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗНАШИВАНИЯ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ 36
3.3 СТРУКТУРА МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ ИЗНАШИВАНИЯ В ЛАБОРАТОРНЫХ
ИСПЫТАНИЯХ 37
3.4 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ 41
3.5 СТРУКТУРА МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ ИЗНАШИВАНИЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ИСПЫТАНИЯХ 43
4 ОЦЕНКА КОММЕРЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА И ПЕРСПЕКТИВНОСТИ
ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОЗИЦИИ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ 47
4.1 ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 47
4.1.1 FAST - анализ 47
4.1.2 SWOT- анализ 51
4.2 ОЦЕНКА ГОТОВНОСТИ ПРОЕКТА К КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ 54
4.3 ПЛАНИРОВАНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ 56
4.3.1 Структура работ в рамках научного исследования 56
4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ 57
4.3.3 Разработка графика проведения научного исследования 58
4.4 БЮДЖЕТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ (НТИ) 61
4.4.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты 61
4.4.2 Специальное оборудование для научных работ 62
4.4.3 Основная заработная плата 62
4.4.4 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 64
4.4.5 Отчисления на социальные нужды 65
4.4.6 Накладные расходы 66
4.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСНОЙ (РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ), ФИНАНСОВОЙ,
БЮДЖЕТНОЙ, СОЦИАЛЬНОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ
67
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 68
ВВЕДЕНИЕ 68
5.1 ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПЛАЗМЕННО-ПОРОШКОВОЙ
НАПЛАВКЕ 68
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов 69
5.1.2 Защита органов дыхания от сварочных аэрозолей 70
5.1.3 Защита от поражения электрическим током 72
5.1.4 Шумы и вибрации 74
5.1.5 Недостаточное освещение 75
5.1.6 Микроклимат 76
5.2 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 78
5.3 БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ 79
5.4 ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 85
ПРИЛОЖЕНИЕ А 87
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 18
1.1 МЕЛЬНИЧНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ И ДЫМОСОСЫ 18
1.1.1 Характеристика вентиляторов и дымососов 18
1.1.2 Износ лопастей вентиляторов и дымососов 19
1.2 МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ,
РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ГАЗОАБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ 20
1.3 ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ГАЗОАБРАЗИВНОМ ИЗНАШИВАНИИ 26
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1 МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ 29
2.2 ПАРАМЕТРЫ РЕЖИМА НАПЛАВКИ 30
2.3 ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШЛИФОВ 31
2.4 МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ 32
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 35
3.1 СТРУКТУРА МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ НАПЛАВКИ 35
3.2 РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗНАШИВАНИЯ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ 36
3.3 СТРУКТУРА МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ ИЗНАШИВАНИЯ В ЛАБОРАТОРНЫХ
ИСПЫТАНИЯХ 37
3.4 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ 41
3.5 СТРУКТУРА МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ ИЗНАШИВАНИЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ИСПЫТАНИЯХ 43
4 ОЦЕНКА КОММЕРЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА И ПЕРСПЕКТИВНОСТИ
ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОЗИЦИИ РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТИ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ 47
4.1 ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 47
4.1.1 FAST - анализ 47
4.1.2 SWOT- анализ 51
4.2 ОЦЕНКА ГОТОВНОСТИ ПРОЕКТА К КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ 54
4.3 ПЛАНИРОВАНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ 56
4.3.1 Структура работ в рамках научного исследования 56
4.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ 57
4.3.3 Разработка графика проведения научного исследования 58
4.4 БЮДЖЕТ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ (НТИ) 61
4.4.1 Сырье, материалы, покупные изделия и полуфабрикаты 61
4.4.2 Специальное оборудование для научных работ 62
4.4.3 Основная заработная плата 62
4.4.4 Дополнительная заработная плата научно-производственного
персонала 64
4.4.5 Отчисления на социальные нужды 65
4.4.6 Накладные расходы 66
4.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСНОЙ (РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ), ФИНАНСОВОЙ,
БЮДЖЕТНОЙ, СОЦИАЛЬНОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ
67
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 68
ВВЕДЕНИЕ 68
5.1 ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПЛАЗМЕННО-ПОРОШКОВОЙ
НАПЛАВКЕ 68
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов 69
5.1.2 Защита органов дыхания от сварочных аэрозолей 70
5.1.3 Защита от поражения электрическим током 72
5.1.4 Шумы и вибрации 74
5.1.5 Недостаточное освещение 75
5.1.6 Микроклимат 76
5.2 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 78
5.3 БЕЗОПАСНОСТЬ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ 79
5.4 ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 85
ПРИЛОЖЕНИЕ А 87
В системе пылеприготовления оборудования котельных станций, работающих на твердом топливе, важными составляющими элементами являются мельничные вентиляторы. Они осуществляют пневматический транспорт угольной пыли фракцией менее 100 мкм от циклонов к питателям пыли, и далее - в топку парогенераторов.
Полученные в результате сгорания твердого топлива дымовые газы из газоходов парогенераторов всасываются дымососами и выбрасываются в атмосферу через дымовые трубы.
Работа, как дымососов, так и мельничных вентиляторов связана с двумя особенностями. Во-первых, по данным [1] температура рабочего тела в дымососах может достигать 450 °К, а в мельничных вентиляторах может быть выше 320 °К. Во-вторых, рабочие тела и тех и других насыщены твердыми примесями. В воздухе присутствует угольная пыль, а в дымовых газах зола.
Потому в ходе эксплуатации описанных элементов котельных станций наблюдается интенсивный и неравномерный износ их рабочих лопастей, дисков и стенок камер. Неравномерный износ лопастей приводит к снижению мощности вентиляторов и дымососов, разбалансировке роторов, способствующей вибрации подшипников, и в конечном итоге приводящей к выходу из строя подшипниковых узлов. Время непрерывной работы дымососов, не подверженных мероприятиям по повышению износостойкости, в ряде случаев может достигать лишь двух - трех недель [1].
Для увеличения сроков эксплуатации между ремонтами рабочие поверхности лопастей мельничных вентиляторов и дымососов в настоящее время упрочняют ручной дуговой наплавкой электродами Т-590. Неизбежный же ремонт элементов дымососов и мельничных вентиляторов, в зависимости от степени их износа, может осуществляться следующим образом:
-полной заменой ротора и его наплавкой электродами Т-590;
-заменой отдельных участков лопаток и их наплавкой электродами Т-590;
-восстановление толщины лопаток до требуемых размеров электродами для сварки и наплавки углеродистых и низколегированных сталей перлитного класса и последующей их наплавкой электродами Т-590.
Металл системы Fe-Cr-C-B в полной мере не может обеспечить эффективное сопротивление износу золой или угольной пылью. К тому же ручная дуговая наплавка, не смотря на низкую себестоимость и возможность применения в монтажных условиях, характеризуется значительной глубиной проплавления основного металла и ее непостоянством, высокими тепловложением в упрочняемую поверхность и потерями наплавляемого металла на угар, разбрызгивание и огарки, низкой производительностью.
Частый ремонт роторов нежелателен, так как сопровождается остановкой работы котлов, ограничением потребителей, высокими материальными и временными затратами. Запуск и остановка котлов также являются технологически сложными процессами. Потому увеличение срока эксплуатации между ремонтами дымососов и мельничных вентиляторов - актуальная и важная задача.
Известно, что сплавы, высоколегированные ванадием системы Fe-Cr-V- Mo-C способны успешно конкурировать с высокохромистыми чугунами и быстрорежущими сталями. Но развитие подобных материалов в качестве присадочных при дуговой наплавке сдерживала способность ванадия образовывать шпинели, приводящие к трудноотделимости шлаковой корки. При плазменно-порошковой наплавке эта проблема теряет свою значимость.
Цель работы: провести сравнительный анализ износостойких свойств покрытий, полученных плазменной наплавкой порошка Пр-Х18ФНМ и покрытий, сформированных ручной дуговой наплавкой покрытыми
Полученные в результате сгорания твердого топлива дымовые газы из газоходов парогенераторов всасываются дымососами и выбрасываются в атмосферу через дымовые трубы.
Работа, как дымососов, так и мельничных вентиляторов связана с двумя особенностями. Во-первых, по данным [1] температура рабочего тела в дымососах может достигать 450 °К, а в мельничных вентиляторах может быть выше 320 °К. Во-вторых, рабочие тела и тех и других насыщены твердыми примесями. В воздухе присутствует угольная пыль, а в дымовых газах зола.
Потому в ходе эксплуатации описанных элементов котельных станций наблюдается интенсивный и неравномерный износ их рабочих лопастей, дисков и стенок камер. Неравномерный износ лопастей приводит к снижению мощности вентиляторов и дымососов, разбалансировке роторов, способствующей вибрации подшипников, и в конечном итоге приводящей к выходу из строя подшипниковых узлов. Время непрерывной работы дымососов, не подверженных мероприятиям по повышению износостойкости, в ряде случаев может достигать лишь двух - трех недель [1].
Для увеличения сроков эксплуатации между ремонтами рабочие поверхности лопастей мельничных вентиляторов и дымососов в настоящее время упрочняют ручной дуговой наплавкой электродами Т-590. Неизбежный же ремонт элементов дымососов и мельничных вентиляторов, в зависимости от степени их износа, может осуществляться следующим образом:
-полной заменой ротора и его наплавкой электродами Т-590;
-заменой отдельных участков лопаток и их наплавкой электродами Т-590;
-восстановление толщины лопаток до требуемых размеров электродами для сварки и наплавки углеродистых и низколегированных сталей перлитного класса и последующей их наплавкой электродами Т-590.
Металл системы Fe-Cr-C-B в полной мере не может обеспечить эффективное сопротивление износу золой или угольной пылью. К тому же ручная дуговая наплавка, не смотря на низкую себестоимость и возможность применения в монтажных условиях, характеризуется значительной глубиной проплавления основного металла и ее непостоянством, высокими тепловложением в упрочняемую поверхность и потерями наплавляемого металла на угар, разбрызгивание и огарки, низкой производительностью.
Частый ремонт роторов нежелателен, так как сопровождается остановкой работы котлов, ограничением потребителей, высокими материальными и временными затратами. Запуск и остановка котлов также являются технологически сложными процессами. Потому увеличение срока эксплуатации между ремонтами дымососов и мельничных вентиляторов - актуальная и важная задача.
Известно, что сплавы, высоколегированные ванадием системы Fe-Cr-V- Mo-C способны успешно конкурировать с высокохромистыми чугунами и быстрорежущими сталями. Но развитие подобных материалов в качестве присадочных при дуговой наплавке сдерживала способность ванадия образовывать шпинели, приводящие к трудноотделимости шлаковой корки. При плазменно-порошковой наплавке эта проблема теряет свою значимость.
Цель работы: провести сравнительный анализ износостойких свойств покрытий, полученных плазменной наплавкой порошка Пр-Х18ФНМ и покрытий, сформированных ручной дуговой наплавкой покрытыми
Проведен анализ износостойких свойств покрытий, полученных плазменной наплавкой порошком Пр-Х18ФНМ, и покрытий, сформированных ручной дуговой наплавкой электродами Т-590.
В результате лабораторных исследований износостойкость покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой, выше чему покрытий, сформированных ручной дуговой наплавкой.
При производственных испытаниях в лопасть рабочего колеса мельничного вентилятора вварили пластину, с четырьмя валиками, наплавленными плазменной наплавкой порошком Пр-Х18ФНМ. За год эксплуатации покрытие износилось всего на 0,3-0,6 мм, тогда как покрытие, выполненной ручной дуговой наплавкой покрытыми электродами Т-590, износилось на 3-4 мм.
Потому замена технологии наплавки на производстве, позволит увеличить срок эксплуатации лопастей рабочего колеса мельничного вентилятора и уменьшить количество ремонтов.
Также исследован механизм газоабразивного изнашивания Fe-Cr-V-Mo- С покрытий. При малых углах атаки карбидная фаза защищает матрицу от разрушения, тем самым уменьшая износ. Карбиды ванадия ввиду своей твердости не могут быть разрушены и поэтому в результате продолжительного изнашивания они вырываются с рабочей поверхности. Эвтектика карбида М7С3из-за своего скелетообразного строения не может быть вырвана с поверхности и потому она разрушается аналогично матрице, но при этом она все равно оказывает защитный эффект на матрицу.
В результате лабораторных исследований износостойкость покрытий, полученных плазменно-порошковой наплавкой, выше чему покрытий, сформированных ручной дуговой наплавкой.
При производственных испытаниях в лопасть рабочего колеса мельничного вентилятора вварили пластину, с четырьмя валиками, наплавленными плазменной наплавкой порошком Пр-Х18ФНМ. За год эксплуатации покрытие износилось всего на 0,3-0,6 мм, тогда как покрытие, выполненной ручной дуговой наплавкой покрытыми электродами Т-590, износилось на 3-4 мм.
Потому замена технологии наплавки на производстве, позволит увеличить срок эксплуатации лопастей рабочего колеса мельничного вентилятора и уменьшить количество ремонтов.
Также исследован механизм газоабразивного изнашивания Fe-Cr-V-Mo- С покрытий. При малых углах атаки карбидная фаза защищает матрицу от разрушения, тем самым уменьшая износ. Карбиды ванадия ввиду своей твердости не могут быть разрушены и поэтому в результате продолжительного изнашивания они вырываются с рабочей поверхности. Эвтектика карбида М7С3из-за своего скелетообразного строения не может быть вырвана с поверхности и потому она разрушается аналогично матрице, но при этом она все равно оказывает защитный эффект на матрицу.