1168

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Q =51,12673 10−6 м3/с.

Скорость v = 0,98016v =1,75477 м/с, расход

в питателе II Q

=88,86701 10−6 м3/с.

Скорость v

=1,01223v =

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

15.11.2022

Размер:

9.47 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 147 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

и для сечений 8–8 и 34–34:

l22−24

l30−32

+α

= α ζ8д−22 + λ

v23

+ ζ24−30 +λ

v31

d23

d31

(29)

l33−34

p34

ζ34 + λ

v34

d34

Решая

(28)

(29)

совместно

учитывая,

что

p16 = p34 = pа ,

v10 = 2,73817v16S16 / S10 ,

v13 = v16S16 / S13 , v23 = v34S34 / S23 ,

v31 = v34S34 / S31 ,

после ряда преобразований получим:

l9−11

2,73817S16

l12−14

S16

l15−16

ζ8д−9 +λ

+ ζ11д −12

+λ

ζ16 +

d10

d13

S13

= v

S10

d16

ζ8д−22 +

l22−24

S34

l30−32

S34

l33−34

ζ24−30 +

+ζ34 + λ

d23

S23

d31

S31

d34

Подставив известные величины, имеем:

0,06097ζд

+1,60110

v29 = v16

8−9

(30)

0,04090ζд

+1,59057

8−22

После ряда приближений при v34 =1,01223v16 получаем по расчету это отно-

шение

равным

1,012228. Принимаем

v34 =1,01223v16 .

Для

этого случая

= 0,98792v

ζд

=3,11756 ,

ζд

=3,85365 .

Расход

системе

8−9

8−22

Q = vстSст = v8S8 = v16S16 +v21S21 +v34S34 = v16S16 +0,98016v16 1,77336S16 +

+1,01223v16 2,24254S29 =5,00814v16S16. Приведенная

скорости

v16

пло-

щадь питателей Sпр(16) =5,00814S16 .

Коэффициент сопротивления системы от сечения 1–1 до сечения 16–16,

приведенный к скорости v16

и учитывающий одновременную работу питате-

лей I, II и IV, находим по формуле, аналогичной (25), только вместо ζ8−11(11)

нужно записать ζ8д−11(11) .

Sпр(16) 2

+ ζ14−16(16) . (31)

ζ1−16(16) = ζ1−8(8)

+ ζ8−11(11)

+ ζ11−14(14)

По

зависимостям

(31),

(17)–(19)

получаем

следующее:

ζ1−16(16) =1,00337,

µ1−16(16) = 0,70651 ,

v 16 =1,79029 м/с,

Стр. 61

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

=1,81219 м/с, а расход в питателе IV Q34 = v34S34 =116,05614 10−6 м3/с. Рас-

ход в системе Q =Q16 +Q21 +Q29 = 256,04988 10−6 м3/с.

Чтобы найти расход в системе с четырьмя работающими питателями, нужно составить уравнение Бернулли для сечений 8–8 и 16–16, 8–8 и 29–29. Однако для сечений 8–8 и 16–16 уравнение уже записано – это выражение

(28), а для сечений 8–8 и 29–29

l22−24

l25−27

+α

= ζ8д−22 + λ

v23

ζд24−25

+ λ

v26

d23

d26

(32)

l28−29

p29

ζ29 + λ

v29

d29

Известно из предыдущих расчетов, что v10 = 2,73817v16S16 / S10 ,

v13 = v16S16 / S13 , v23 = 2,54166v29S29 / S23 , v26 = v29S29 / S26. Решая (28) и (32)

совместно и подставив известные величины или отношения величин, полу-

чаем:
		v29 = v16		0,06097ζ8д−9 +1,60110
							.		(33)
				0,09705ζ8д−22 +1,57658			.		(33)
	Поступая аналогично предыдущим расчетам, получаем по (33), что
v	= 0,99137v ,	при этом v	=1,00871v		, ζд	=3,94952,		ζд	=3,06583,
29	16	16	29		8−9			8−22

а приведенная к скорости v16 площадь питателей Sпр(16) = 6,16292S16. Коэффициент сопротивления системы от сечения 1–1 до сечения 16–16, приведен-

ный к скорости v16 и учитывающий одновременную работу питателей I, II,

III

и IV, находим по формуле (31). Расчеты по выражениям (31), (17)–(19) дают сле-

дующие результаты: ζ1−16(16) =1,07290,

µ1−16(16) = 0,69456,

v 16 =1,76001 м/с,

=50,26196 10−6

м3/с. Скорость v

= 0,98016v

=1,72509 м/с, расход в пи-

тателе II Q

=87,36389 10−6

м3/с. Скорость v

= 0,99137v

=1,74482 м/с, рас-

ход

питателе

III

= 67,72534 10−6 м3/с.

Скорость

= 0,93438v

=1,63033 м/с, а расход в питателе IV Q =104,40939 10−6

м3/с. Расход в сис-

теме

Q =Q

= 309,76058 10−6 м3/с. Или

Q = v S

пр(16)

=1,76001 6,16292 64,04207 10−6 =309,76058 10−6

м3/с.

Стр. 62

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Рассчитаем давления в металле при работе питателя I диаметром 6,03 мм. Чтобы найти давление в сечении 6–6 (здесь стоит пьезометр), составим уравнение Бернулли для сечений 1–1 и 6–6:

р		p		v2	(1+ζ1−6(6) ),
a	+ H =	6	+α	6		(34)
γ	+ H =	γ	+α	2g		(34)

где ζ1−6(6) – коэффициент сопротивления системы между сечениями 1–1

и 6–6, приведенный к скорости жидкости v6 . Этот коэффициент (при dст = d6 )

= ζ

ст

+ λ

lст +lст−6

+ζ

(35)

1−6(6)

где lст−6 – расстояние от стояка до сечения 6–6, м, lст−6 = 0,0625 м.

Подставив известные величины, имеем:

ζ1−6(6) =1,3961.

Введем обо-

значение: H6 =

p6 − pa

м. Тогда напор в сечении 6–6, исходя из (34):

H6 = H −

(1+ζ1−6(6) ).

(36)

Здесь все величины известны, кроме v6. Расход в системе Q =58,96 10−6 м3/с

(см. табл. 1). Тогда	v	=	Q	=	58,96 10−6	= 0,1295 м/с. По (36) находим, что
(см. табл. 1). Тогда	v	=		=		= 0,1295 м/с. По (36) находим, что
	6		S6		455,41 10−6
			S6		455,41 10−6
H6 = 0,3577 м.

В сечении 7–7, где стоит пьезометр ( lст−7 = 0,1815 м), давление находится по аналогичной (36) формуле:

					v2
				H7 = H −α	7	(1+ζ1−7(7) ).			(37)
					2g
При расчете ζ1−7(7)			в формуле (35) нужно заменить lст−6 на lст−7.						Для сече-
ния 7–7 ζ1−7(7) =1,5444. Скорость v7					= v6 . Определяем, что H7 = 0,3576 м.
	Для сечений		1–1	и 10–10	уравнение Бернулли		pa	+ Н =		р10	+

							γ			γ
	v2
+ α	10	(1+ζ1−10(10) ),	где	ζ1−10(10) – коэффициент сопротивления системы от
	2g

сечения 1–1 до сечения 10–10, приведенный к скорости v10 . Этот коэффици-

Стр. 63

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

ент ζ

= ζ

S10

2 +

8−9

+ λ

l9−10

, где

−10

– расстояние между сече-

1−10(10)

1−8(8)

ниями 9–9 и 10–10, м; l9−10 = 0,0625 м. Напор в сечении 10–10

H10 =

Н −α

(1+ζ1−10(10) ).

(38)

Подсчитываем:

58,96 10−6

= 0,1862 м/с,

=1,4575 ,

S10

316,68 10−6

1−10(10)

H10 = 0,3552 м.

1–1

13–13

Для

сечений

уравнение

Бернулли

(1+ζ1−13(13) ),

+ Н =

+α

где ζ1−13(13)

– коэффициент сопротивления

системы от сечения 1–1 до сечения 13–13, приведенный к скорости v13 . Этот коэффициент

= ζ

S13

+ζ

S13

+ζ

+ λ

l12−13

где l

–

расстоя-

8−11(11)

−13

1−13(13)

1−8(8)

11−12

ние между сечениями 12–12 и 13–13, м;

l12−13 = 0,0495

м. Напор в сечении

13–13

(1+ζ1−13(13) ).

H13 = Н −α

(39)

Имеем:

58,96 10−6

= 0,2921 м/с, ζ

=1,2518, H

= 0,3492 м.

S13

201,82 10−6

1−13(13)

Аналогично по зависимостям (38) и (39) определяем напоры H10 , H18 ,

H23 , H26 , H31

при работе питателей II, III, IV, имея в виду, что l9−10 = l22−23

и l12−13 = l17−18

= l25−26

= l30−31 .

Значения

ζ1−6(6)

ζ1−7(7)

–

прежние,

ζ1−10(10) = ζ1−23(23) , а ζ1−13(13) = ζ1−18(18) = ζ1−26(26) = ζ1−31(31) . Результаты расче-

тов приведены в табл. 2.

При одновременной работе питателей I и II напоры в сечениях 6–6, 7–7 и 10–10 определяем по выражениям (36), (37) и (38). Чтобы найти напор

всечении 13–13, составим уравнение Бернулли для сечений 13–13 и 16–16

ипосле преобразований получим:

Стр. 64

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

	2					l15−16		1		l13−14	S16	2
H	= α	v16	ζ		+ λ		+1−		−λ				.	(40)
						d				d	S
13		2g		16
					16				13		13

Чтобы найти напор в сечении 10–10 при работе трех или четырех питателей, составим уравнение Бернулли для сечений 7–7 и 10–10, после преобразований имеем:

= H

+α

v72

−λ

l7−8

−α

v102

l9−10

+ζд

+1 .

(41)

8−9

Используя соотношения (36), (37), (40) и (41), рассчитываем напоры во всех сечениях литниковой системы при работе различного количества питателей. Результаты расчетов и экспериментальные данные (в знаменателе) – в табл. 2.

Максимальное расхождение между расчетными и экспериментальными значениями расходов в 6 случаях их 8 (см. табл. 1) составляет 0,2–1,2 %, в двух случаях – 3,5 и 5,7 %. Следовательно, уравнение Бернулли можно применять к сечениям потока с разными расходами со вполне приемлемой для практики точностью. Например, для сечений 7–7 и 10–10 при работе трех или четырех питателей справедлива запись уравнения Бернулли в следующем

	p		v2		p		v2	(1+ζ7−10(10) ), где
виде (что считалось недопустимым):	7	+α	7	=	10	+α	10
виде (что считалось недопустимым):	γ	+α	2g	=	γ	+α	2g

ζ7−10(10) – коэффициент сопротивлений системы между сечениями 7–7 и 10– 10, приведенный к скорости v10. И, как было показано выше, делая такие за-

писи уравнения Бернулли, можно найти скорость жидкости и напор в любом сечении литниковой системы. Причем питатели «знают» друг о друге, так как включение или выключение хотя бы одного питателя приводит к перестройке работы всей гидравлической системы (см. табл. 1 и 2).

Таблица 2

Величины напоры в литниковых системах, м

Работа-

H10

H13

H18

H23

H26

H31

ющие

питатели

I ( 6,03)

0,3577

0,3576

0,3552

0,3492

–

0,360

0,345

−

II ( 8,03)

0,3560

0,3527

0,3454

–

0,3272

–

0,356

0,347

0,325

−

Стр. 65

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Окончание табл. 2

Работа-		H6		H7			H10		H13		H18		H23		H26		H31
ющие
питатели
III ( 7,03)	0,3557			0,3554			–		–		–		0,3509		0,3394		–
			0,360									0,359		0,337
		−
		−
IV ( 9,03)	0,3496			0,3490			–		–		–		0,3380		–		0,3104
			0,349									0,340				0,307
		−
		−
I, II	0,3441			0,3432		0,3264			0,3308		0,3071		–		–		–
			0,341		0,322			0,302		0,294
		−
		−
III, IV	0,3344			0,3329			–		–		–		0,3058		0,3126		0,2815
			0,350									0,305		0,323		0,274
		−
		−
I, II, III	0,3172			0,3146		0,2844			0,2644		0,2452		0,2933		–		0,2084
			0,310		0,280			0,266		0,259		0,300				0,201
		−
		−
I, II, III, IV	0,2978			0,2940	0,2641			0,2537		0,2355		0,2486		0,2340		0,2114
				0,289			0,259		0,260		0,237		0,248		0,226		0,213
		−		0,289			0,259		0,260		0,237		0,248		0,226		0,213

Из-за малых отличий теоретических и экспериментальных результатов возникает мысль о порочном круге, когда в расчетах используются данные, полученные в своих же опытах. Действительно, коэффициенты сопротивлений на поворот и изменение площадей сечений потока до и после поворота ζ16 , ζ21 , ζ29 и ζ34 находились для этой же литниковой системы, а ζк , ζ8−9

и ζ11−12 рассчитывались по экспериментальной зависимости из [5]. Однако

порочного круга нет. Во-первых, в опытах по определению этих коэффициентов при работе только одного питателя использовалась не новая, а известная зависимость – уравнение Бернулли. Во-вторых, для определения указанных коэффициентов проводились независимые эксперименты. И главное – коэффициенты сопротивлений в гидравлике расчету не поддаются, а определяются опытным путем. Только сопротивление резкого расширения потока, а также – с некоторыми допущениями – сопротивление резкого сужения и сопротивление поворота на 90° без изменения площадей сечений до и после поворота подсчитываются теоретически. А главные сопротивления – поворот из стояка в коллектор и поворот из коллектора в питатель с изменением площадей сечений до и после поворота – определяются только опытным путем, как и коэффициент потерь на трение λ. Коэффициент сопротивления входа из чаши в стояк в зависимости от радиуса скругления входной кромки стояка приведен в справочнике [4], это данные экспериментов. Коэффициент сопротивления на деление потока, определяемый по (21), также получен путем обработки результатов опытов.

Стр. 66

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Конечно, хорошо было бы иметь чисто теоретический расчет расхода и давления в литниковой системе, так сказать, из «первых принципов», не используя данные опытов. Однако гидравлика – расчетно-эксперимен- тальная наука, и, как бы мы ни пытались этого избежать, приходится использовать в теоретических исследованиях опытные данные.

Что касается применения уравнения Бернулли к сечениям потока с разными расходами – см. зависимость (1), то вполне возможно, что при каких-то условиях эта запись окажется недопустимой. Это покажут дальнейшие исследования литниковых систем.

Список литературы

1.Васенин В.И., Емельянов К.И., Щелконогов М.Ю. Стенд для исследования литниковых систем. Патент на полезную модель № 92817 от

8.12.2009 г., МПК B21D 11/18.

2.Чугаев Р.Р. Гидравлика. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 672 с.

3.Токарев Ж.В. К вопросу о гидравлическом сопротивлении отдельных элементов незамкнутых литниковых систем // Улучшение технологии изготовления отливок. – Свердловск: УПИ, 1966. – С. 32–40.

4.Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1992. – 672 с.

5.Васенин В.И. Экспериментальное определение коэффициентов местных сопротивлений литниковой системы // Литейное производство. – 2009. –

№1. – С. 22–25.

6.Васенин В.И., Щелконогов М.Ю. Расчет разветвленной литниковой системы. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

№2009616475 от 23.09.2009 г. – М.: Роспатент, 2009. – 8 с.

Получено 18.01.2011

Стр. 67

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

УДК 621.791

А.А. Пономарева, Э.В. Лазарсон

Пермский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ ПОР ПРИ СВАРКЕ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ В ЗАЩИТНЫХ ГАЗАХ

Разработана методика исследования процессов порообразования в сталях, которая заключается в выплавке микрослитков в медном кристаллизаторе в контролируемой атмосфере. Представлены результаты исследования влияния легирующих элементов на образование пор при сварке сталей различного химического состава в среде защитных газов.

Ключевые слова: сварка в среде защитных газов, пористость сварных швов, низколегированные стали, легирующие элементы, контролируемая атмосфера, степень пористости, методика планируемого эксперимента, метод случайного баланса.

Кчислу наиболее распространенных дефектов сварки плавлением относится пористость швов. Наличие пор может приводить к таким неприятным последствиям, как снижение механических свойств и коррозионной стойкости сварных соединений, нарушение герметичности изделий и др. Исправление пористости требует дополнительных материальных и трудовых затрат, удлиняет производственный цикл изготовления изделий, в целом снижает эффективность производства.

Кпорам как дефектам в сварных швах относятся по-разному. В одних конструкциях их допускают в тех или иных количествах и размерах, в других не допускают вообще.

Поры опасны, когда они расположены близко друг от друга. При нагружении может произойти разрушение перемычек и развиться довольно крупная трещина. В результате наступит снижение статической и, особенно, усталостной прочности. Из-за пористости шва может произойти потеря герметичности, преимущественно в условиях коррозии [1].

На практике широко используют меры борьбы с пористостью, которые можно отнести к технологическим: защита зоны сварки от попадания воздуха, зачистка поверхности свариваемого металла, осушение сварочных материалов и т.д. Значительно меньше исследованы металлургические меры борьбы с порообразованием в сталях.

Настоящая работа является одним из этапов комплексной работы, проводимой на кафедре сварочного производства ПГТУ, и посвящена изучению зави-

Стр. 68

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

симости между склонностью металла сварных швов к пористости и составом газовой защиты применительно к сталям разного химического состава.

Целями настоящей работы являлись:

1)изучение причин и механизма образования пор при сварке сталей различного химического состава в среде защитных газов;

2)получение данных о влиянии химического состава стали и состава газовой фазы в зоне дуги на склонность металла сварного шва к пористости;

3)разработка эффективных мер борьбы с образованием пор при сварке стальных конструкций самого различного назначения.

Основу работы составляют экспериментальные и теоретические исследования влияния состава газовой фазы, химического состава стали и условий сварки на пористость сварных швов. Сведения о результатах проведенных исследований, свойствах сталей и некоторые другие данные взяты из отечественной и иностранной литературы.

Основная часть исследований была проведена на кафедре «Сварочное производство и технология конструкционных материалов» и в лаборатории сварки Пермского государственного технического университета.

Ввиду невозможности непосредственного наблюдения за поведением газов в зоне сварки большое значение имеют косвенные методы изучения процессов порообразования. На кафедре сварочного производства и технологии конструкционных материалов ПГТУ ведутся исследования влияния состава смесей газов, композиции наплавленного металла, параметров режима

идругих условий сварки на процесс образования пор.

Исследование влияния отдельных компонентов газовой атмосферы обычно проводится путем введения изучаемых газов в инертную газообразную среду, например аргон или гелий [2, 3]. Эта методика может быть использована при соблюдении двух требований:

1)необходимо иметь возможность составлять смеси различных газов

вразных концентрациях и гибко менять составы смесей;

2)необходимо гарантировать окружение места сварки проверяемой газовой средой.

Первое требование вызвано отсутствием в сварочной технике устройств для получения газовых смесей различных концентраций в широком диапазоне, второе – возможностью искажения результатов эксперимента изза нарушений газовой защиты в обычных условиях сварки в среде защитных газов.

Применение данной методики для наших исследований стало возможным в результате конструирования и изготовления смесителя газов, который позволил имитировать процесс сварки в разных газовых средах с соблюдением вышеуказанных требований.

Стр. 69

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Данная работа состояла из трех частей. В первой части работы исследовалось влияние газовой фазы на склонность материалов различного состава к образованию пор при выплавке слитков в газовой среде.

Во второй части работы проводилось исследование зависимости порообразования в сталях при сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов от состава газовой фазы. В работе также учитывается взаимосвязь компонентов газовой среды и их совокупное влияние на порообразование.

В третьей части работы была проведена обработка ранее полученных данных о влиянии состава газовой защиты на порообразование при сварке сталей различного химического состава плавящимся электродом. Опыты были проведены ранее на кафедре «Сварочное производство», анализ же полученных данных приведен в настоящей работе.

Обзор технической литературы показал, что получение бинарных смесей газов с малым (до 1–2 %) содержанием одного из смешиваемых газов является технически весьма сложной задачей. Наиболее просто этот вопрос решается путем создания смеси газов в баллонах. Однако для целей исследования, когда необходимо часто менять составы смесей, такой метод непригоден. В связи с этим был сконструирован и изготовлен смеситель газов с дозировкой компонентов в широком диапазоне концентраций (рис. 1).

Рис. 1. Смеситель газов

Основной газ (аргон) подается по обычной схеме через редуктор и ротаметр. Расход другого газа (азота) контролируется с помощью второго ротаметра. Основной газ и газ-добавка после ротаметров подаются в смесительный сосуд, откуда полученная смесь по шлангу направляется в сварочную головку.

Стр. 70

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 147 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
15.11.202216.95 Mб31158.pdf
#
15.11.202210.75 Mб31159.pdf
#
15.11.202210.8 Mб221160.pdf
#
15.11.202210.82 Mб41161.pdf
#
15.11.202210.88 Mб91166.pdf
#
15.11.20229.47 Mб31168.pdf
#
15.11.202211.16 Mб31178.pdf
#
15.11.202211.27 Mб421184.pdf
#
15.11.202211.27 Mб61185.pdf
#
15.11.202211.31 Mб161186.pdf
#
15.11.202211.32 Mб71189.pdf