Анодно-механическая обработка глубоких отверстий с неподготовленной поверхностью в полевых условиях

При этом время, затраченное на расчет модели, показанной на рис. 6, а, составило 152,402 секунды, а на расчет моделей, показанных на рис. 6, б, в - приблизительно 0,8 секунды. Из анализа результатов расчета видно, что расхождение результатов расчета балки с использованием элементов изопараметрических гексаэдров и с использованием балочных элементов с формулировкой Тимошенко составляет приблизительно 1%, в то время как расхождение результатов, полученных для изопараметрических гексаэдров и балочных элементов с классической формулировкой, составляет приблизительно 23%. При этом время расчета моделей, в которых применены балочные элементы, существенно меньше времени расчета моделей на изопараметрических гексаэдрах. Время расчета существенно проявляет себя в прямом динамическом анализе конструкции, а потому применение балочных элементов в формулировке Тимошенко является весьма актуальным.

Статья поступила 10.04.2014 г.

Библиографический список

1. Любошиц М.И., Ицкович Г.М. Справочник по сопротивлению материалов. Изд. 2 -е, испр. и доп. Минск: Вышэйш. школа, 1969. 464 с.

2. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: справочник / В.И. Мяченков, В.П. Мальцев, В.П. Майборода и др.; под общ. ред. М.И. Мяченкова. М.: Машиностроение, 1989. 520 с.

3. Образцов И.Ф., Савельев Л.М., Хазанов Х.С. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов: учеб. пособие для студентов авиац. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1985. 392 с.

УДК 621.6

АНОДНО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ С НЕПОДГОТОВЛЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

А

© Р.В. Кононенко1

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрены проблемы, возникающие при эксплуатации ребристых труб на Ангарском нефтехимическом комбинате. Проанализированы процессы образования твердых отложений на внутренних поверхностях труб, теплообменников и их влияние на технологический процесс производства продукции. Ил. 2. Библиогр. 8 назв.

Ключевые слова: ребристые трубы; очистка ребристых труб; очистка теплообменников; образование твердых отложений; оборудование для очистки теплообменников.

ANODE-MECHANICAL MACHINING OF DEEP-HOLES WITH UNPREPARED SURFACES IN FIELD CONDITIONS R.V. Kononenko

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article deals with the problems arising under finned tube operation at Angarsk Petrochemical Combine. It analyzes the formation of solid deposits on the inner surfaces of pipes, heat exchangers and their effect on product manufacturing. 2 figures. 8 sources.

Key words: finned tubes; cleaning of finned tubes; cleaning of heat exchangers; formation of solid deposits; equipment for heat exchanger cleaning.

Введение. Анализ эффективности применения различных методов очистки ребристых труб показывает, что, несмотря на широкое распространение, они лишь частично решают проблемы и не в полной мере используют свой потенциал. Основной причиной этого является невысокое качество очищаемой поверхности с точки зрения её шероховатости. В результате шероховатость теплообменной поверхности оказывает большое влияние на уровень удельного количества отложений. Просматривается практически прямопро-порциональная зависимость. Сравнение гладких ребристых труб с трубами, имеющими высокую шероховатость [1], показало, что образование отложений происходит в 2-3 раза интенсивнее на поверхностях с высокой шероховатостью. Доведение шероховатости

поверхности до оптимального состояния позволяет увеличить межремонтные сроки в 2-4 раза.

С связи с этим встает задача доработки технологической схемы очистки ребристых труб и доведения внутренней поверхности до оптимального состояния. Очистка труб выполняется непосредственно возле установки под открытым небом или навесом. Нет возможности оперативно доставлять до места очистки промышленное оборудование большой массы. Для удаления основного слоя отложений используется разжимная головка с закрепленным в ней лезвийным инструментом. В качестве привода выступает соосный цилиндрический редуктор с электродвигателем мощностью 3 кВт, увеличение мощности двигателя влечет за собой увеличение массы оборудование и усложне-

1 Кононенко Роман Владимирович, аспирант, тел.: 89500525920, e-mail: istu_politeh@mail.ru Kononenko Roman, Postgraduate, tel.: 89500525920, e-mail: istu_politeh@mail.ru

ние технологической схемы очистки. Но лезвийный инструмент при заданном приводе и длине трубы около 11 м не в состоянии удалить отложения и довести поверхность до оптимальной шероховатости. После обработки лезвийным инструментом остается дефектный слой металла около 0,4 мм и остатки отложений толщиной около 0,9 мм. Стоит задача удалить как можно большее количество остатков отложений, обработать дефектный слой металла и получить оптимальную шероховатость поверхности на большей части внутренней поверхности трубы. Одиночные дефекты точной коррозии могут достигать глубины до 3 мм и для удаления такого дефекта необходимо снять значительный припуск. Удаление такого большого припуска может негативно повлиять на эксплуатационные характеристики ребристой трубы. В связи с этим постановка задачи о полном восстановлении внутренней поверхности ребристой трубы не ставится. Для решения поставленной задачи о как можно более полной очистке трубы и получении оптимальной шероховатости на очищенных участках предлагается применить электрофизический метод обработки.

Процесс анодно-механического хонингования. При анодно-механической обработке [2] рабочий электрод-инструмент присоединяется к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а обрабатываемая деталь - к положительному. Электроду-инструменту сообщается главное движение относительно детали и движение подачи. В зазор между электродами подается рабочая жидкость (электролит). Принципиальная схема анодно-механической обработки показана на рис. 1.

В процессе обработки электрод-инструмент перемещается по поверхности анода-детали таким образом, чтобы зазор между ними был постоянно заполнен электролитом. На поверхности детали образуется анодная пленка, обладающая высоким электрическим сопротивлением и достаточной механической прочностью.

Производительность анодно-механической обра-

ботки с использованием алмазного токопроводящего инструмента (алмазные круги на металлической связке, алмазные хоны и т.п.) позволяет добиться производительности по съему металла до 0,9 мм/мин. Для решения поставленной выше задачи с точки зрения удаления дефектного слоя алмазная анодно-механическая обработка подходит. В зависимости от режима обработки шероховатость получаемой поверхности варьируется от 0,3 до 1,25 мкм. В работе И.Д. Ройхом и В.В. Ордынской доказано, что при значениях Ra<2,5 мкм процесс отложения твердой фазы становится независимым от начального состояния теплообменной поверхности [4].

Обработка глубоких отверстий анодно-механическим способом. При обработке глубоких отверстий, расположенных горизонтально, при достижении определенного числа оборотов возникает резонанс приводного вала, что может привести к повреждению стенки отверстия или поломке приводного вала. В связи с этим, при обработке глубоких отверстий не рекомендуется применять высокие обороты. При низких оборотах составляющая механического съема становится незначительной, соответственно основной съем металла необходимо производить при помощи анодного растворения, а механический инструмент применять для удаления остатков отложений и анодных пленок которые затрудняют процесс электрорастворения металла. Была разработана модель анодно-механического хонингования поверхностей с диэлектрическим включениями.

При обработке поверхности при помощи анодно-механического хонингования в съеме металла участвуют три составляющих компонента: механический, электрохимический и электроэрозионный съем [3]. Соответственно суммарный съем металла будет определяться суммой съема металла в каждом компоненте:

= <(„ + (х + Сээ-

В качестве параметров, определяющих воздействие одного из трех методов обработки на количе-

Рис. 1. Схема процесса анодно-механической обработки: 1 - обрабатываемая деталь; 2 - сопло; 3 - инструмент; 4 - контактное кольцо; 5 - щеточное устройство

ство удаляемого металла, были введены весовые коэффициенты а, Ь, с

^ ( = а * (м + Ь * (х + с * (эр,

с учетом того что а + Ь + с = 1.

Далее рассмотрим воздействие каждой из составляющих на процесс анодно-механического хонингова-ния при обработке поверхности с диэлектрическими включениями. В качестве обрабатываемой поверхности выступают ребристые трубы с остатками твердых отложений.

Первая стадия обработки характеризуется максимальной толщиной отложений и большим межэлектродным промежутком. В связи с этим во время первой стадии обработки будет наблюдаться только механическая и электролитическая обработка. Механическая обработка будет проявляться в снятии отложений при помощи алмазных брусков, а электрохимическая будет растворять металл. Установится определенное соотношение между коэффициентами а и Ь, при этом b>a, так как процесс электрорастворения протекает более интенсивно по сравнению с механической обработкой. Электроэрозионная обработка на данной стадии не будет происходить (с=0), так как не будет прямого контакта.

В момент времени т1 на поверхности металла начнет образовываться диэлектрическая пленка, которая будет замедлять процесс электрохимического растворения, а частицы диэлектрических отложений, удаленных алмазными брусками, попадая в электролит, будут снижать его проводимость. С учетом того что условная интенсивность механиче-

ского съема начнет расти. В момент времени г2 проводимость электролита стабилизируется и на участке от г2 до г3 a=const , b=const, c=0. В момент времени г3, когда часть отложений будет удалена с помощью механической обработки, межэлектродный промежуток станет меньше и алмазные зерна начнут разрушать диэлектрическую пленку, начнет возрастать интенсивность электрохимического растворения и падать интенсивность механической обработки. При достижении определенной минимальной толщины отложений постепенно начнется процесс электроэрозионной обработки, этот момент отмечен на графике г4. По началу электроэрозионного процесса можно констатировать, что основная часть отложений была удалена и инструмент добрался до «чистого металла». Со временем процесс электроэрозионной обработки постепенно нарастает, так как сглаживаются высотные шероховатости и площадь контакта бруска с металлом становится больше, процесс же электрохимической обработки падает, а механической растет незначительно. Это также связано с изменением высотной шероховатости - большее количество алмазных зерен участвует в контакте с поверхностью. В промежуток времени с по происходит удаление основного дефектного слоя металла, раковин, образованных ржавчиной, и других дефектов внутренней поверхно-

сти. После достижения определенного значения тока обработки I в момент времени г6 напряжение постепенно понижается, интенсивность электроэрозионного процесса падает, а интенсивность механического и электрохимического процесса растет, напряжение понижается до прекращения процесса электроэрозионной обработки, момент времени . Начинается процесс электрохимического хонингования, в съеме металла участвует механическая и электрохимическая составляющие. Напряжение постепенно понижается, интенсивность электрохимической обработки падает, а механической возрастает. В момент времени напряжение отключается, механическая обработка производится в течение 10-15 с, это связано с тем, что после электрохимического хонингования наблюдается «растравливание» поверхностного слоя металла по границам зерна на глубину до 3-4 мкм, поэтому обязательным является этап обработки без напряжения для удаления дефектного слоя. После завершения механической обработки поверхность обрабатывается слабым раствором ортофосфорной кислоты для нейтрализации активной среды и образования стойкой антикоррозионной пленки.

Инструмент для анодно-механической обработки. В связи с отклонениями внутренней формы ребристой трубы при использовании длинных хонов остаются необработанные карманы, в которых остаются остатки отложений, препятствующие электрохимическому растворению металла в данной области. Для более полной обработки поверхности предлагается использовать сегментный инструмент. Схема сегментной хонинговальной головки представлена на рис. 2. Конструкция головки представляет собой цельный цилиндр с четырьмя пазами для размещения сегментных блоков с алмазными или абразивными брусками. Блоки для крепления брусков выполнены из диэлектрического материала. В каждый блок встроена индивидуальная пружинка. Чем меньше размер блока, тем больше суммарная площадь соприкосновения между алмазными брусками и обрабатываемой поверхностью. Роль электрода-инструмента выполняет металлический цилиндр, его диаметр рассчитывается таким образом, чтобы межэлектродный промежуток между электродом-деталью и электродом-инструментом был минимален. Чем меньше межэлектродный промежуток, тем более интенсивно протекает процесс электрохимического растворения металла. На рис. 3 представлена фотография опытной сегментной хонинговальной головки для обработки опытных образцов труб с отклонениями внутренней формы и диэлектрическими включениями.

В процессе обработки глубоких отверстий в ребристых трубах в полевых условиях технически сложно обеспечить необходимое количество двойных ходов хонинговальной головки, как это происходит при классической схеме хонингования. В процессе обработки планируется ограничиваться всего одним двойным ходом. В результате применения такого сегментного инструмента могу т оставаться небольшие ступеньки

Рис. 2. Эскиз сегментной хонинговальной головки: 1 - алмазный брусок; 2 - металлический цилиндр;

3 - пружина; 4, 5 - упоры

возле мест стыков сегментов. С точки зрения интенсификации теплообмена данные ступеньки положительным образом воздействуют на теплообмен, так как на переходе ступеньки создается завихрение, которое способствует лучшему перемешиванию нагреваемого компонента, а гладкая поверхность между ступеньками минимизирует вероятность образования отложений. В результате такой обработки снижается интенсивность образования отложений на теплооб-менной поверхности и повышается коэффициент теплообмена.

Выводы. Результатом выполненной работы является разработанная математическая модель про-

цесса анодно-механического хонингования, учитывающая особенности обработки поверхности с диэлектрическими включениями и их влияние на процесс обработки. Спроектирована сегментная хонинговаль-ная головка для обработки поверхностей с отклонениями формы, которая позволяет отслеживать эти отклонения, удалять из них остатки отложений и разрушать анодные пленки. В дальнейшем планируется проведение экспериментальных исследований по разработанной математической модели, а также подтверждение или опровержение принятой модели.

Статья поступила 15.04.2014 г.

Библиографический список

1. Кононенко Р.В. Проблемы эксплуатации ребристых труб на Ангарском нефтехимическом комбинате // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2014. № 3. С. 40.

2. Кондратьев В.В., Ржечицкий Э.П. Пути решения проблемы отложений в аппаратах глиноземного производства // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 5. С. 120.

3. Богорош А.Т. Вопросы накипеобразования. Киев: Высш. шк., 1990. 179 с.

4. Калафати Д.Д., Попалов В.В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена. М.: Энергоатом-издат, 1986. 152 с.

5

5. Куликов С.И., Ризванов Ф.Ф., Романчук В.А., Ковалевский С.В. Прогрессивные методы хонингования. М.: Машиностроение, 1983. 135 с.

6. Амитон Г.Л., Байсупов И.А., Барон Ю.М. и др. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам

обработки. Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. 179 с.

7. Байсупов И.А. Электрохимическая обработка металлов. М.: Высш. шк., 1981. 152 с.

8. Левинг Б.Г., Пятов Я.Л. Алмазное хонингование отверстий. Л.: Машиностроение, 1969. 112 с.

УДК 621.187.127 + 621.928.8

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УПРАВЛЯЕМОЙ МАГНИТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

© А.Г. Семенов1, В.В. Скутельник2, О.Л. Маломыжев3

1Санкт-Петербургский государственный политехнический университет,

Институт энергетики и транспортных систем,

195251, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29.

2,3Иркутский государственный технический университет,

Институт авиамашиностроения и транспорта,

664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассматривается актуальная для экологии, безопасности жизнедеятельности человека и технических систем (в том числе для транспортного машиностроения) проблема фильтрации воздуха, воды и других текучих газообразных и жидких сред. Авторы предлагают осуществлять фильтрацию текучих сред посредством семейства (серии) оригинальных по конструкции и принципу действия универсальных магнитных фильтров, фильтровальная решетка которых формируется из ферромагнитной сыпучей массы непосредственно в проточной части при включении источника магнитного поля. Соответственно имеет место комплекс положительных эффектов, включая возможность оперативной регулировки архитектуры фильтровальной решетки (параметров) фильтра и безразборной его регенерации. Ил. 7. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: очистка жидкости; очистка газа; магнитное поле; металлические примеси; фильтрация; регенерация фильтра.

TECHNICAL SUPPORT OF CONTROLLED MAGNETIC FILTERING OF LIQUIDS AND GASES A.G. Semenov, V.V. Skutelinik, O.L. Malomyzhev

St. Petersburg State Polytechnical University,

Institute of Power Engineering and Transportation Systems,

29 Polytekhnicheskaya St., Saint-Petersburg, 195251, Russia.

Irkutsk State Technical University,

Institute of Aircraft Engineering and Transport,

83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article deals with the problem of filtering air, water and other gaseous and fluid ambiences that is relevant for the ecology as well as safety of vital activity of humans and engineering systems (transport machine-building included). The authors propose to implement the filtering of fluid ambiences by means of the family (series) of universal magnetic filters original in design and operation principle, whose filtering lattice is formed from ferromagnetic bulky mass in the flow channel when the source of the magnetic field is switched on. As a result, there is a complex of positive effects, involving the possibility of operative adjustment of the architecture of filtering lattice (parameters) of the filter and its stripping-free regeneration. 7 figures. 3 sources.

Key words: liquid cleaning; gas cleaning; magnetic field; metallic admixtures; filtering; filter regeneration.

1Семенов Александр Георгиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры двигателей, автомобилей и гусеничных машин, тел.: 89052014635, 89215798583, e-mail: agentnomer117@mail.ru

Semenov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department Engines, Vehicles and Track-Type Machines, tel.: 89052014635, 89215798583, e-mail: agentnomer117@mail.ru

2Скутельник Виталий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры менеджмента и логистики на транспорте, тел.: 89148886044, (3952) 405135, e-mail: vfkmvfkm@rambler.ru

Skutelinik Vitaly, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Management and Transport Logistics, tel.: 89148886044, (3952) 405135, e-mail: vfkmvfkm@rambler.ru

3Маломыжев Олег Львович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, тел.: 89027658015, (3952) 405136, e-mail: olm@bk.ru

Malomyzhev Oleg, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automobile Transport, tel.: 89027658015, (3952) 405136, e-mail: olm@bk.ru