Прибор для измерения давления гетерофазного

УДК 87.53.13
Прибор для измерения давления
гетерофазного потока при электродуговой
металлизации
Н.Н. Литовченко, к. т.н.,
Б. И. Петряков
ГНУ ГОСНИТИ Россельхозакадемии
Тел. +7 (495) 371-69-00
Аннотация. Представлено описание конструкции, принципа действия
и назначения прибора для изменения давления гетерофазного потока при
электродуговой металлизации.
Ключевые слова: сверхзвуковая электродуговая металлизация, кинетическая энергия воздушного и гетерофазного потока, дистанция металлизации, давление потока.
Необходимость разработки прибора для измерения давления гетерофазного потока при электродуговой металлизации (ЭДМ) была вызвана тем, что
ГНУ ГОСНИТИ перешел на выпуск сверхзвуковых металлизаторов, а во всей
нормативной документации заложены технологические параметры, относящиеся к дозвуковым металлизаторам. Основным параметром, требующим корректировки, является дистанция металлизации, то есть расстояние
от дуги до металлизируемой поверхности изделия, от которой зависит качество металлопокрытия.
Оптимизация параметра сводится к получению максимальной адгезионно-когезионной прочности металлизированного слоя.
С этой целью в ГОСНИТИ был разработан прибор ПДГП-1 для измерения воздушного и гетерофазного потока. С помощью прибора выполнены
исследования по оптимизации дистанции металлизации (Н) сверхзвуковым аппаратом ЭДМ 10ШД. Суть оптимизации заключается в определении
дистанции (Н), соответствующей максимальному давлению (F) потока, что
соответствует также максимальным значениям скорости гетерофазного
потока и, соответственно, адгезионно-когезионной прочности металлопокрытия.
Физический смысл взаимосвязи скорости (V) и давления F гетефазного
или воздушного потока заключается в его кинетической энергии.
mv2
F = ———,
2,
где m — масса расходуемого воздуха при ЭДМ, г/с.,
V = √ (2F/m).
V — это скорость потока на выходе из сопла. При дальнейшем его движении V экспоненциально увеличивается до максимального значения Vmax,
после которого начинается ее падение. Наша задача состояла в определении
расстояния (Н), на котором имеет место максимальное значение V. Это можно сделать прибором ПДГП-1.
Динамика изменения давления и, соответственно, скорости воздушного
потока, представлены в таблице.
112
Таблица
Динамика изменения давления и скорости воздушного потока
Äèñòàíöèÿ ìåòàëëèçàöèè Íìì
Ïîêàçàòåëü ïðèáîðà ÏÄÃÏ-1 è ðàñ÷åò ñêîðîñòè V
Äàâëåíèå âîçäóøíîãî ïîòîêà F, ÌÏà
Ñêîðîñòü èñòå÷åíèÿ ñâåðõçâóêîâîãî ïîòîêà, V,
ì/ñåê
Ñêîðîñòü äîçâóêîâîãî ïîòîêà Ñ, ì/ñåê
110
120
130
140
150
160
101,5
112,0
120,5
125,0
110,0
80,0
615
678
729
755
660
483
360
370
320
280
205
130
Анализируя результаты экспериментальный исследований (табл., рис. 1,
2) давления и скорости потока на дистанции металлизации Н = 110–160 мм
от среза сверхзвукового сопла, можно сделать следующие выводы:
• максимальное значение сверхзвуковой скорости (Vmax) и давления
(F) воздушного потока достигаются на дистанции (Н) 140 мм. Во всех
существующих
инструкциях
по
электродуговой
металлизации
рекомендуется 120 мм. Поэтому при переходе на работу со
сверхзвуковыми металлизаторами необходимо учитывать полученную
корректировку, которая обеспечит повышение адгезионно-когезионной
прочности металлопокрытия на 12%.
1200
V м/с
1000
800
600
400
200
0
110
120
130
140
150
160
Н, мм
скорость сверхзвукового
потока, V м/с
скорость воздушного потока
дозвукового потока,С м/с
Рис. 1. Изменение скорости сверхзвукового и дозвукового
потоков на дистанции Н = 110–160 мм
F, МПа
140
120
100
80
60
40
20
0
110
120
130
140
150
давление сверхзвукового
воздушного потока Dк, Мпа
160
Н, мм
Рис. 2. Изменение давления воздушного потока на дистанции
металлизации Н = 110–160 мм
113
Прибор ПДГП-1 обеспечивает следующие технические возможности:
• изменение пределов измеряемой силы давления (Dк) от 20 г до 20 кг
(0,2–200 МПа);
• возможность проверки установки нуля без снятия давления с контрольной
пластины; подобная операция может производиться при положении
переключателя пределов измерения, т. е. 0–50 МПа и 0–100 МПа;
• определение силы давления газообразных и гетерофазных потоков или
потока твердых частиц при любом положении датчика.
Прибор ПДГП-1 конструктивно (рис. 3,4) состоит из корпуса 4, в котором
размещены нагрузочный диск 1, который через шток 2 опирается на острие
3 рычага согласования давления. С противоположной стороны рычаг согласования 3 взаимодействует с датчиком силы давления 7.
В качестве элемента, чувствительного к изменению давления, используется мост, состоящий из четырех резисторов, изменяющих внутреннее сопротивление в случае приложения давления.
Питание прибора осуществляется от сети переменного тока 220 В 50 Гц.
Через сетевой трансформатор Т1 и выпрямительные диоды Д1-Д4 напряжение подается на плечи моста для двух усилителей постоянного тока на транзисторах, входными сигналами для которых является напряжение с плеч измерительного моста. При отсутствии давления разность этих напряжений
равна 0, следовательно, такое состояния отображается на измерительном
приборе как нулевое. При появлении силы давления она визуально наблюдается по показателю измерительного указателя, проградуированного на необходимый уровень давления от 0,02 до 20 кгс.
Датчик силы давления полностью изолирован от воздействия сил вихревого давления, поэтому значительно повышается точность измерений.
Прибор изготовлен в промышленном производстве, испытан при определении одного из первостепенных значений параметров — дистанции электродуговой металлизации, что обеспечило получение оптимальных значений
физико-механических свойств металлизированных покрытий адгезионнокогезионной прочности и плотности (рис. 5).
Кроме этого, прибор испытан при конструктивной модернизации соплового узла металлизатора, что дало возможность получить максимальное значение скорости сверхзвукового истечения гетерофазного потока.
Прибор ПДГП-1 запатентован (патент № 2386452 от 27.03.2010 г.).
114
Рис. 3. Принципиальная схема прибора ПДГП-1.
5 — место крепления при работе, 6 — подшипник.
115
Рис. 4. Прибор ПДГП-1 с датчиком давления
Рис. 5. Прибор ПДГП-1 в процессе исследования зависимости H от F
UDC 87.53.13
The device for measurement of pressure of a heterophase stream
At electroarc metallization
N. N. Litovchenko, B. I. Petrjakov
(The GNU of the STATE THREAD Rosselhozakademii,
Ph. 8 (495) 371-69-00)
Annotation. Presented design description, operating principle and purpose
of device for pressure measurements of heterophase stream of electroarc
metallization.
Keywords: supersonic electroarc metallization, kinetic energy of an air and
heterophase stream, a metallization distance, pressure of a stream.
116