ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм и теория гндроабразивного износа из "Износ лопастных гидравлических машин от кавитации и наносов " Под гидроабразивным износом обычно понимают разрушение деталей проточной части гидравлических машин в результате механического воздействия твердых частиц, находящихся в воде или другой рабочей жидкости. В проиессе разрушения происходит изменение формы и линейных размеров деталей, в связи с чем, ирименительно к гидравлическим машинам, суммарная величина разрушения ири абразивном износе обычно намеряется уменьшением объема или веса. Иногда износ деталей характеризуют площадью и глубиной повреждения их поверхностей. [c.72] Наличие жидкой среды, а также меняющиеся гидродинамические характеристики потока вносят специфические особенности в условия изнашивания и в значительной мере ограничивают использование в гидромашиностроении закономерностей и опыта борьбы с абразивным износом, накопленных смежными областями машиностроения. [c.72] Картнну абразивного износа какой-либо детали проточного тракта гидромашины можно представить следующим образом [31, 42]. Разрушение происходит вследствие непрерывных соударений, транспортируемых потоком твердых частиц с поверхностью детали. В момент соударения происходит преобразование кинетической энергии движущейся частицы в работу деформации материала обтекаемой потоком детали. При остаточных деформациях частички поверхностного слоя будут отделяться от основной массы детали, оставляя след, имеющий значительную шероховатость из-за характера воздействия, кристаллического строения и неоднородности металла. Бесчисленные соударения твердых частиц, транспортируемых потоком, с поверхностью детали, даже если они вызывают только упругие деформации материала, также приводят в конечном итоге к разрушению поверхности из-за явлений усталости металла. [c.72] При этом следует напомнить, что жидкая среда оказывает, как правило, разупрочняющее действие на большинство металлов, ускоряя тем самым процесс усталостного разрушения. [c.72] Процесс царапанья практически представляется как множество отскоков и повторных соударений частицы с поверхностью детали. При таком рассмотрении механизма гидроабразивного износа интенсивность разрушения материала зависит, как уже говорилось, от энергии транспортируемых потоком частиц, т. е. от их массы и скорости относительно поверхности. [c.73] В том случае, когда носителем абразивных частиц является активная жидкая среда, процесс абразивного разрушения усугубляется коррозионными явлениями. Действительно, при воздействии химически активных жидкостей на поверхности металлических деталей образуется пленка окислов, которая быстро разрушается абразивными частицами, транспортируемыми потоком. Поверхность металла очищается от продуктов коррозии и происходит образование новых пленок окислов и очагов коррозионного разрушения, что приводит к значительному увеличению интенсивности разрушения. [c.73] Рассматривая тонкую, неподвижную пластинку, обтекаемую равномерным, установившимся потоком жидкости, содержащей однородные взвешенные частицы, можно получить основные теоретические закономерности абразивного износа [12]. [c.73] Можно считать, что поступательная скорость взвешенных в потоке твердых частиц с пропорциональна скорости натекания потока на пластину v, т. е. [c.74] Формула (29) показывает, что абразивный износ неподвижной детали, обтекаемой потоком жидкости со взвешенными твердыми частицами, прямо пропорционален массе частиц, их концентрации в потоке, скорости потока в третьей степени и времени воздействия потока на рассматриваемую деталь. [c.74] Такова теоретическая оценка интенсивности гидроабраз ив-ного износа. В действительности же износ рабочих органов гидравлических машин осложнен наличием многих дополнительных факторов, для определения которых в настоящее время нельзя подобрать точные математические зависимости. Непрерывное изменение и пульсация скоростей и давлений при протекании воды через элементы проточной части машины, разделение течения на несколько отдельных потоков, неравномерное распределение скоростей по сечениям, наличие резких поворотов, неоднородность состава взвешенных частиц, переменные режимы работы — все это чрезвычайно осложняет действительную картину гидроабразивного износа. [c.74] Тем не менее, сопоставление формулы (29) с данными экспериментальных исследований указывает на то, что она довольно правильно отражает основные закономерности гидроабразивного износа. Так, исследования механизма абразивной эрозии в гидродинамических трубах [17, 19, 21] показали, что скорость эрозии находится в линейной зависимости от времени испытания, причем с ростом концентрации абразивных частиц в потоке разрушение поверхности металла также возрастает линейно. [c.74] По данным других экспериментальных исследований [45], интенсивность гидроабразивного износа пропорциональна скорости потока в степени 2,5—3,0. Отмеченное в ряде случаев снижение показателя степени по сравнению с формулой (29), объясняется, по-видимому, сложностью определения действительного значения скорости потока v. [c.74] например, при обтекании взвесенесущим потоком детали, движущейся в потоке со скоростью и, в формулу (29) вместо скорости потока v следует подставить относительную скорость обтекания w, которая равна геометрической сумме скоростей ы и у. [c.75] При криволинейном профиле детали обтекание ее потоком будет сопровождаться искривлением линий тока и возникновением центробежных сил, которые будут прижимать частицу к поверхности детали или отжимать от нее. Поэтому влияние центробежных сил может сказаться как в усилении разрушения наносами поверхности детали, так и в уменьшении. При этом на интенсивность и размеры износа будут оказывать существенное влияние линейные размеры и кривизна поверхности детали, а также степень изменения концентрации наносов у поверхности детали под действием центробежных сил. [c.75] Вывод формулы (29) основан на предположении нормального удара абразивной частицы о поверхность обтекаемой детали. Изменение угла а наклона вектора скорости абразивных частиц к поверхности детали, называемого часто углом атаки, сопровождается изменением условий внешнего воздействия на поверхностный слой и соответственно количественным и качественным изменениями процесса разрушения. [c.75] При нормальном угле атаки абразивные частицы осуществляют прямой удар по поверхности детали. Вследствие различий в скорости, форме, массе и механических свойствах частиц в момент удара в поверхностном слое создаются напряжения разных порядков. При этом некоторая доля кинетической энергии движущейся твердой частицы затрачивается на упругое деформирование материала, а оставшаяся часть — на его пластическое деформирование и разрушение, а также на дробление абразивной частицы. [c.75] По мере уменьшения угла атаки величина ударного импульса Я снижается, его нормальная составляющая равна Р sin а. По мнению ряда авторов [П4], касательная составляющая ударного импульса вызывает разрушение материала лишь при значениях tg а, превышающих величину коэффициента трения абразивной частицы по поверхности изнашивающегося образца. [c.75] При малых углах атаки повреждение материала происходит путем среза, обрыва или как полидеформационное разрушение, являющееся следствием многократного пластического деформирования. [c.75] В качестве примера изменения процесса разрушения поверхностного слоя материала, вызванного изменением направления обтекающего потока, на рис. 29 показана зависимость интенсивности абразивного износа образцов закаленной и незакаленной стали и резины от значения угла атаки. [c.76] При углах атаки, близких к нормальному, закаленная сталь (кривая 1) изнашивается быстрее, чем при меньших углах, и больше, чем незакаленная сталь и резина. Это объясняется хрупкостью закаленной стали, поверхностный слой которой в принятых условиях внешнего воздействия на отдельных участках не выдерживает ударов некоторой части абразивных частиц. На образцах мягкой стали (кривая 2) в этих условиях протекает, по-видимому, только полидеформационный процесс разрушения. Поверхностный слой резиновых образцов (кривая 3) при заданной скорости потока частиц с а = 90° поглощает за счет упругого деформирования большую часть кинетической энергии абразивных частиц и поэтому резина по сравнению с другими материалами изнашивается медленнее. [c.76] Вернуться к основной статье