1. Анализ и тенденции развития литья теплоэнергетического оборудования
|
Производство теплоэнергетического оборудования является важной
экономической и экологической задачей. Это определяет актуальность
задачи повышения надежности и долговечности работы и коэффициента
полезного действия энергетического оборудования, в том числе и
теплообменников. Надежность и экономичность работы этих агрегатов
определяется работоспособностью радиаторов - узлов, работающих в
условиях повышенных давлений и в агрессивной среде.
Теплообменники подразделяются на промышленные и бытовые. Выпуск бытовых
радиаторов впервые был налажен еще в 40-х годах на Московском
чугунолитейном заводе им.Войкова (Россия). [1]. Были созданы различные
типы радиаторов, разработаны технологии их производства.
На заводе им.Войкова проводились исследования по разработке связующих
материалов для стержневых смесей, применяемых в производстве
радиаторов. В результате исследований был разработан безмасляный
крепитель БК. [2]. Для стержневых смесей был предложен также
безмасляный крепитель КО, для изготовления которого использовались
остатки производства синтетических жирных кислот, растворенных в
уайт-спирите. [3].
Особые требования при литье радиаторов предъявляются к металлу отливки.
Сплав должен обладать:
- прочностью,
- износостойкостью,
- коррозионной стойкостью,
- герметичностью.
Такими материалами обычно служат сталь, чугун и некоторые
цветные сплавы. Однако, высокая стоимость стали и цветных сплавов, а
также низкие литейные свойства этих сплавов ограничивают широкое их
применение в качестве материала для отливок гидросистем и
теплоэнергетического оборудования. Наиболее широкое применение при
изготовлении теплообменников получил чугун, как более дешевый,
доступный и хороший литейный материал. [24]. Одним из основных
требований, предъявляемых к чугуну, является его герметичность.
Требования по герметичности предъявляются к большинству отливок,
работающих с жидкостями и газами под давлением. При наблюдении за
работой гидравлических устройств, работающих под давлением, часто
приходится наблюдать явления, противоречащие друг другу. Так, в ряде
случаев одни и те же материалы иногда ведут себя по-разному. То
появляется просачивание жидкости при небольшом давлении, то при
значительных давлениях тот же материал ведет себя совершенно по-другому
и показывает хорошую герметичность. [24].
Герметичность отливок зависит от неплотного строения. Неплотное
строение отливок вызывают макро- и микродефекты. Макродефекты -
усадочные, песчаные, шлаковые раковины, различного рода трещины, спаи и
другие нарушения сплошности металла; микродефекты - газовая и
рассредоточенная усадочная пористость, крупные выделения графита,
дефекты, связанные с фазовыми превращениями материала отливки и другие.
[8]. Эти дефекты приводят к браку отливок.
С целью изучения герметичности чугунов многими исследователями были
проведены ряд опытов, которые проливают свет на природу герметичности
чугунов. Герметичность определяют различными способами: минимальной
толщиной стенки, выдерживающей заданное давление, максимальным
давлением до появления течи, расходом жидкости и газа через стенку
определенной толщины при постоянном давлении, поэтому невозможно
сопоставить результаты отдельных исследователей.
Так, например, Г.Тамман и Г.Брейдемейер предложили метод определения
пористости чугуна красящими веществами. Чугунные кубические образцы с
длиной ребер 30 и 60 мм помещали в свободное пространство стального
цилиндра с плотно пригнанным поршнем, заливались водным раствором
фуксина или зозина и с помощью пресса в течение 10-30 минут подвергали
гидростатическому давлению. По количеству красителя, проникающего в
образец, определялась пористость чугуна. [24].
В США применяется электропневматический метод испытания на
герметичность. [8]. Скорость утечки сжатого воздуха из полости отливки
контролируется электрическими датчиками. Метод пригоден для проверки
различных по объему образцов при различных давлениях и позволяет
качественно оценить герметичность, автоматизировать процесс испытания и
автоматически сортировать отливки по герметичности.
Герметомер, созданный в Санкт-Петербургском политехническом институте
(Россия), основан на определении количества газа, просочившегося через
стенку образца за определенное время. [8]. Герметичность определяют с
достаточно высокой точностью. Недостаток - низкая производительность и
необходимость изготовления специальных образцов.
На предприятиях, выпускающих гидравлическую аппаратуру и оборудование,
испытания на герметичность проводят на специальных стендах. К рабочей
полости изделия в течение определенного времени под давлением (1.5-2.5
номинального) подводится рабочая жидкость. По величине потери давления
определяется герметичность рабочей полости. [8].
В Одесском политехническом университете проводились исследования
герметичности серых чугунов, подвергая образец, вырезанный из отливки,
одностороннему давлению жидкости (газа). [9].
Результаты испытания серых чугунов разного состава иллюстрируют влияние
графитовой и усадочной пористости на характер фильтрации жидкости.
Анализ показывает, что количество просочившейся жидкости и,
следовательно, определившаяся при этом величина герметичности зависят
от пористости в сплаве, а также от свойств металлической основы
(фазовый состав, прочность и пластичность материала). [8,9].
Известно, что величина и тип пористости, являющийся одним из основных
критериев герметичности, в значительной степени зависят от величины
интервала кристаллизации. [19]. Поэтому большое значение приобретает
химический состав применяемого чугуна, определяющий интервал
кристаллизации. Исследованы зависимости пористости от содержания в
чугуне углерода и кремния. [19, 20, 21]. Установлено, что при
увеличении содержания углерода и кремния возрастают число пор и их
размер.
Установлено, что герметичность чугунных отливок с пластинчатым графитом
зависит от количества и размеров включений графита в структуре чугуна.
[22]. Графитовые включения, сообщаясь между собой, приводят к
образованию “транзитной” микропористости из-за
сообщаемости между собой зазоров на границах графит-матрица по сечению
стенки отливки, что приводит к браку отливки по
“течи”. По этим зазорам проникают жидкости и газы в
стенках сосудов, работающих под давлением. [23].
Учитывая все вышеизложенное, основными мероприятиями, направленными на
совершенствование технологии радиаторного литья, должны быть;
- создание технологичных конструкций;
- повышение плотности серого чугуна и использование его взамен высокопрочного чугуна и стали;
- дальнейшие исследования по изучению герметичности различных сплавов;
совершенствование системы заливки и питания отливки.