АНОД ДЛЯ ХРОМИРОВАНИЯ РОТОРОВ ВИНТОВЫХ ГИДРОМАШИН

Полезная модель относится к области нефтяного машиностроения, в частности, к устройствам электрического осаждения хрома в протоке электролита на роторы винтовых гидромашин (винтовых забойных двигателей и винтовых насосов).
Известен анод для хромирования поршневых колец, (по а.с. 231994 C23b) содержащий стальной освинцованный корпус, внутренняя поверхность которого выполнена в виде цилиндра. В корпусе анода выполнены отверстия для подвода и отвода электролита, что способствует хорошему удалению газа и обеспечивает равномерную толщину хрома и высокое качество покрытия, Но такой анод предназначен только для хромирования деталей круглой формы. При хромировании роторов винтовых гидромашин и других длинномерных цилиндрических зубчатых деталей из-за разной плотности тока, толщина хрома во впадинах зубьев получается в несколько раз меньше чем на вершинах, что снижает долговечность ротора
Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа является способ хромирования в протоке электролита (а.c. N 1790637, опуб. 23.01.93 г, Бюл. Т3, C25D 17/12).
Анод для хромирования роторов винтовых гидромашин (ВЗД) в проточном электролите, содержащий корпус с оболочкой из сплава свинца, снабжен дополнительными анодами, выполненными в форме выступов с минимальным размером межэлектродного пространства над боковой поверхностью выступа и возрастающим размером межэлектродного пространства в сторону оболочки.
Недостатком известного анода по a.c. N 1790637 является неравномерная толщина хрома по профилю зубьев ротора. Наибольшая толщина покрытия в прототипе получается на боковых сторонах зубьев ротора, наименьшая - на вершинах и во впадинах. За счет увеличения толщины покрытия на боковой поверхности зубьев хромируемого изделия повышается износостойкость боковой поверхности зубьев ротора. Однако в целом долговечность хромированного ротора получается недостаточной из-за разрушения хромового покрытия на вершинах и впадинах зубьев, там, где толщина покрытия значительно меньше, чем на боковых сторонах зубьев. Это происходит потому, что твердый износостойкий хром пористый. При работе винтового забойного двигателя буровой раствор проникает в поры хрома, входит в контакт с основным металлом. Основной металл подвергается коррозии и разрушению, появляются пятна коррозии на основном металле под хромовым покрытием, что в конечном итоге вызывает разрушение покрытия хрома. И чем меньше толщина хромового покрытия, тем быстрее оно разрушается
Технической задачей полезной модели является повышение долговечности ротора.
Технический результат заключается в создании хромового покрытия с одинаковой толщиной хрома по всему профилю зубьев ротора.
Технический результат достигается за счет того, что в аноде для хромирования роторов винтовых гидромашин в проточном электролите, содержащем корпус с оболочкой из свинца, согласно полезной модели, анод выполнен с внутренней поверхностью, имеющий вид винтовой зубчатой поверхности, при этом торцовый профиль зубьев анода выполнен в виде кривой, равноудаленной от торцового профиля зубьев ротора, которая описывается уравнениями:
a
p
p
x=x+H·sinν
a
p
p
y=y+H·cosν
p
p
p
ν=ξ-δ,
a
а
где x,y - координаты торцового профиля зубьев анода,
p
p
x, y - координаты торцового профиля зубьев ротора,
H - расстояние по нормали от торцового профиля зуба ротора до торцового профиля зуба анода,
p
ν - угол между касательной в текущей точке торцового профиля зуба ротора и осью ординат,
p
ξ - угол между касательной в текущей точке торцового профиля зуба ротора и радиусом, проходящим через текущую точку,
p
δ - угол между радиусом, проходящим через текущую точку торцового профиля зуба ротора и осью ординат.
В предлагаемой полезной модели торцовый профиль анода выполнен таким образом, что обеспечивается одинаковое расстояние по нормали между вершинами, впадинами и боковыми сторонами зубьев анода и ротора. Это позволяет обеспечить одинаковую плотность тока по контуру поперечного сечения ротора и получить одинаковую толщину хромового покрытия по всему профилю зубьев. (Справочное руководство по гальванике. Перевод с немецкого. П.Б. Сциборовской, М.Г. Солюс, В.Ф. Рау, Под редакцией проф. докт. техн. наук В.И. Лайнера Изд-во. Металлургия, 1969 г. стр. 109). Получение равномерной толщины хромового покрытия на зубъях роторов винтовых гидромашин повышает их долговечность, так как максимальная толщина хромового покрытия получается не только на боковых сторонах зубьев ротора, но и во впадинах и на вершинах. На фиг. 1 представлено продольное сечение анода. На фиг. 2 представлено торцовое (поперечное) сечение анода и ротора. На фиг. 3 представлена схема для расчета торцового профиля зубьев анода. На фиг 4. показаны торцовые профили зубьев ротора и анода, построенные по результатам расчета.
Анод для хромирования роторов винтовых гидромашин состоит из корпуса 1 и оболочки из сплава свинца 2 (фиг. 1, 2). Внутренняя поверхность свинцовой обкладки анода выполнена в виде винтовой зубчатой поверхности 3, при этом торцовый профиль 4 зубъев анода выполнен в виде кривой, равноудаленной от торцового профиля 5 зубьев ротора 6, которая описывается уравнениями (фиг.3):
a
p
p
x=x+H·sinν
a
p
p
y=y+H·cosν
p
p
p
ν=ξ-δ
a
a
где x, y - координаты торцового профиля зубьев анода,
p
p
x, y - координаты торцового профиля зубьев ротора,
H - расстояние по нормали от торцового профиля зуба ротора до торцового профиля зуба анода, принимается равным 2-15 мм (М.А. Беленький, А.Ф. Иванов. Электроосаждение металлических покрытий. Справочник. Москва, Металлургия, 1985, стр. 113)
p
ν - угол между касательной в текущей точке торцового профиля зуба ротора и осью ординат,
p
ξ - угол между касательной в текущей точке торцового профиля зуба ротора и радиусом, проходящим через текущую точку,
p
δ - угол между радиусом, проходящим через текущую точку торцового профиля зуба ротора и осью ординат.
В связи с газовыделением в пространстве между зубчатыми поверхностями анода и ротора и для выравнивания плотности тока по длине хромируемого изделия, размер межэлектродного пространства уменьшается с уклоном в сторону протока электролита. Этот уклон выполнен на свинцовой оболочке анода (На чертеже не показан).
Пример конкретного исполнения:
Для хромирования в протоке электролита был взят ротор винтового забойного двигателя Д1-195 с параметрами: число зубьев ротора - 9, высота зубьев - 9,8 мм, диаметр по вершинам зубьев ротора - 125,4 мм, осевой шаг зубьев 85 мм. Был спроектирован и изготовлен анод, корпус которого был выполнен из медной трубы, а внутри корпуса была закреплена оболочка из сплава свинца. Внутренняя поверхность свинцовой оболочки имела вид винтовой зубчатой поверхности, аналогичной зубчатой поверхности ротора. Число зубьев зубчатой поверхности свинцовой оболочки анода и осевой шаг зубьев равнялись числу зубьев и осевому шагу зубьев ротора.
Торцовый профиль зубьев анода был выполнен в виде кривой, равноудаленной от торцового профиля ротора. В соответствии со схемой показанной па фиг. 3 эта кривая описывается уравнениями:
a
p
p
x=x+H·sinν
a
p
p
y=y+H·cosν
p
p
p
ν=ξ-δ
a
a
где x, y - координаты торцового профиля зубьев анода,
p
p
x, y - координаты торцового профиля зубьев ротора,
H - расстояние по нормали от торцового профиля зуба ротора до торцового профиля зуба анода, принято равным 10 мм,
p
ν - угол между касательной в текущей точке торцового профиля зуба ротора и осью ординат,
p
ξ - угол между касательной в текущей точке торцового профиля зуба ротора и радиусом, проходящим через текущую точку,
p
δ - угол между радиусом, проходящим через текущую точку торцового профиля зуба ротора и осью ординат.
В таблице приведены результаты расчета координат точек профиля анода для хромирования роторов на фиг 4. показаны профили 5 и 4 хромируемого ротора и анода и точки, построенные по результатам расчета.
Из фиг. 4 видно, что торцовый профиль анода описывается кривой равноудаленной от торцового профиля ротора. Опытные работы по хромированию роторов Д1-195 в протоке электролита с использованием разработанного анода показали, что хромовое покрытие получилось с одинаковой толщиной на вершинах, впадинах и боковых сторонах зубьев ротора, равной в вышеуказанном примере 200 мкм. Это позволяет обеспечить одинаковую плотность тока по контуру поперечного сечения ротора и получить одинаковую толщину хромового покрытия по всему профилю зубьев. Промысловые испытания двигателей с равномерной толщиной хромового покрытия на зубьях ротора показали повышение ресурса работы рабочей пары ВЗД, то есть повышение долговечности на 30% по сравнению с роторами, у которых толщина хрома во впадинах была меньше, чем на вершинах
Предлагаемый анод работает следующим образом. Электролит поступает в нижнюю часть межэлектродного пространства между зубчатыми поверхностями ротора и анода и прокачивается через него. При включении тока плотность электролита будет одинаковой как по боковым сторонам, так по вершинам и впадинам зубьев ротора, поэтому толщина хромового покрытия получается одинаковой по всему профилю зубьев ротора. Выделяющиеся при электролизе в межэлектродном пространстве газы выносятся потоком электролита в верхнюю часть межэлектродного пространства, уменьшая тем самым электропроводность единицы объема электролита, протекающего там. Но так как внутренняя зубчатая поверхность свинцовой оболочки выполнена с уклоном (конусом) плотность тока в верхней и нижней части межэлектродного пространства остается примерно одинаковой и заметной разницы в толщине покрытия по высоте ротора не будет.