Особенности электронагревателей воды прямого действия

<Тешетневс^ие чтения. 2016

является, пожалуй основополагающим в смысле обеспечения надежности и работоспособности изделия. Для комплексного контроля существует большое разнообразие методов и средств. Однако большинство из них являются пассивными, констатирующими отдельные показатели физико-механических свойств, например контактную жесткость, прочность, коррозионную стойкость и различные виды износостойкости по отдельности. Их большое разнообразие приводит часто к значительному рассеиванию результатов исследования по одним и тем же поверхностям. Естественно, это свидетельствует о необходимости создания более унифицированных многофакторных методик испытания поверхностных слоев деталей, что является одной из основных задач исследований, рассматриваемых в данной работе.

Особенности подхода. Предлагается метод исследования, позволяющий моделировать большинство параметров нагружения и условий работы, которые испытывает и претерпевает поверхностный слой в процессе эксплуатации.

Рассматриваются особенности использования методики микроуровневого анализа физико-механических и трибологических свойств гетерогенного поверхностного слоя. В основе методики лежат процессы, происходящие в жидких средах при возбуждении в них ультразвуковых колебаний высокой интенсивности. Для её реализации разработан и запатентован ряд способов оценки эксплуатационных свойств поверхностного слоя [2-4].

Заключение. Наряду с объективной оценкой износостойкости данная методика исследования позволяет выявить корреляционную связь между такими важными свойствами и параметрами исследуемых материалов как структурная неоднородность и твердость в пределах исследуемых монослоев.

В этой связи, предоставляется возможным проведение комплекса исследований, начиная с металлографического анализа и изучения микроструктуры упрочненного слоя, измерения микротвердости слоев с последующим анализом их износостойкости. Предлагается исследования осуществлять на обычных микрошлифах, подвергая их последовательному комплексному анализу. Таким образом, ограничившись и подвергнув исследованию лишь один микрошлиф, можно получить целый ряд важных структурных, физико-механических и трибологических свойств поверхностных слоев материала. Предлагаемая методи-

ка позволяет не только сократить объем подготовительных и экспериментальных работ, но и повысить достоверность, объем и качественный состав исследовательского материала. Испытания можно осуществлять в различных средах, имитируя при этом различные условия смазки, влияние коррозийных сред и т. д.

Библиографические ссылки

1. Суслов А. Г., Дальский А. М. Научные основы технологии машиностроения. М. : Машиностроение, 2002. 425 с.

2. Шастин В. И., Коновалов Н. П. Технологическое обеспечение процессов лазерного модифицирования поверхностей конструкционных сплавов : монография. Иркутск : Изд-во ИРНИТУ, 2016. 164 с.

3. Шастин В. И., Горовой А. М. Патент РФ. Способ микроанализа износостойкости твердых материалов / ИВВАИУ. № 2549895 ; заявка № 2007134796 ; приоритет 18 сент. 2007 г.; зарег. 20 марта. 2009 г.

4. Шастин В. И. Патент РФ. Способ определения микротвердости. ФГБОУ ВПО ИрГУПС. № 2465569; заявка № 2010137433 ; приоритет 08 сент. 2010. зарег. 27 окт. 2012 г.

References

1. Suslov A. G., Dal'skii A. M. Nauchnye osnovy tehnologii тазЫпоэйоепуа^аепййс fundamentals of mechanical engineering technology]. M. : Mashinostroenie, 2002. 425 р.

2. Shastin V. I., Konovalov N. P. Tehnologicheskoe obespechenie processov lazernogo modifitirovanijа poverhnostei konstrukcionnyh splavov: monografyа [Technological providing of processes of laser surface modification of structural alloys: a monograph]. Irkutsk : Izd-vo IRNITU, 2016. 164 р.

3. Shastin V. I., Gorovoi A. M. Patent R.F. Sposob mikroanaliza iznosostoikosti tverdyh materialov [Method of microanalysis of wear resistance of hard materials] / IVVAIU. № 2549895; zajаvka № 2007134796 ; prioritet 18 sent. 2007 g.; zareg. 20 marta. 2009.

4. Shastin V. I. Patent R.F. Sposob opredelenijа mikrotverdosti [Method of determination of microhardness]. FGBOU VPO IrGUPS. № 2465569; zajаvka № 2010137433; prioritet 08 sent. 2010. zareg. 27okt. 2012.

© Шастин В. И., Кашуба В. Б., Ситов И. С., 2016

УДК621.365,697.278

ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ ВОДЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

И. Я. Шестаков, А. А. Фадеев, В. И. Шестаков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: yakovlevish@mail.ru

В производстве деталей летательных аппаратов используются электрохимические и химические процессы с применением рабочих жидкостей повышенной температуры. Для нагрева жидкостей используют горячую воду, пар, при этом энергозатраты значительны из-за больших объёмов ванн и повышенной теплоёмкости

Технология и ме%атронщ& в машиностроении

воды и водных растворов. Для снижения затрат энергии предлагается электронагреватель прямого действия, обеспечивающий эффективное преобразование электрической энергии в тепловую.

Ключевые слова: электроды, вода, электрический ток, нагрев, удельная мощность.

FEATURES OF WATER HEATERS OF DIRECT FORCE

I. Y. Shestakov, A. A. Fadeev, V. I. Shestakov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: yakovlevish@mail.ru

The manufacture of aircraft parts uses electrochemical and chemical processes applying fluids of high temperatures. For heating liquids hot water, steam, the energy consumption are significant due to the large volume of tubs and high heat capacity of water and aqueous solutions. To reduce the cost of energy the authors propose electric direct force to ensure efficient conversion of electrical energy into thermal energy.

Keywords: electrodes, water, electricity, heating, power density.

В производстве деталей ракетно-космической техники применяются электрохимические процессы катодного осаждения и анодного растворения металлов и сплавов, а также химическое фрезерование [1]. В качестве рабочих жидкостей используются водные растворы кислот, солей, щелочей при температуре выше температуры окружающей среды (до 60 оС). Для нагрева ванны с жидкостью требуется значительное количество тепловой энергии, так как для водных растворов характерна значительная теплоёмкость и применяются большие объёмы ванны (1 000 л и более). Для нагрева таких объёмов рабочих жидкостей используются горячая вода, пар и электроводонагреватели косвенного действия. Меньшее распространение получили нагреватели прямого действия из-за недостаточной изученности процессов между электродами в связи со сложностью явлений, протекающих как в объёме воды, так и на поверхности электродов, хотя для их применения не требуется специального оборудования.

В работе [2] отмечено, что эффективность преобразования электрической энергии в тепловую будет зависеть от площади границы раздела фаз (жидкость-воздух). Для исследования этой зависимости разработана установка для прямого нагрева воды и водных растворов переменным электрическим током промышленной частоты с теплоизоляционным слоем.

Начальная температура воды равна комнатной, и температурный напор при проведении опытов не превышал 5 °С, поэтому теплообменом с окружающей средой можно пренебречь. Нагрев воды общим объемом V в течение времени t (от 10 до 20 минут) производился в корпусе, состоящем из диэлектрических стенок и теплоизоляционного материала, где расположены рабочие электроды. Для разделения электродов применяются диэлектрические пластины. Величины напряжения и, подаваемого на электроды, и тока I определялись с помощью цифровых мульти-метров. Температура измерялась ртутным термометром с ценой деления 0,1 °С в начальный момент и по окончании процесса в трех точках межэлектродного пространства (у дна, в средней части и у поверхности воды), и рассчитывалось среднее значение изменения температуры ДГср. Объём заливаемой воды в корпус установки изменялся, тем самым изменялось отноше-

ние V к S, где S - площадь границы раздела фаз жидкость-воздух. В качестве материала электродов применялись пары: нержавеющая сталь-титан. Напряжение, подаваемое на электроды, не превышало напряжения разложения воды с целью исключения газообразования на электродах.

Энергетические параметры рассчитывались по известным формулам

После обработки результатов экспериментов были построены графики зависимостей отношения тепловой энергии к электрической от V/S. Построения осуществлялись с использованием аппроксимирующей линии. Из графиков следует, что при низких значениях удельной мощности (менее 30 Вт/л) отношение тепловой энергии к затраченной электрической больше единицы, тем самым подтверждаются результаты ранее проведённых исследований. С уменьшением отношения объёма нагреваемой воды к площади границы раздела фаз вода-воздух эффективность преобразования электрической энергии в тепловую увеличивается. Это явление можно объяснить тем, что тепловая энергия, выделившаяся в единице объёма воды, пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля [3]: бтепл = E2 к , где к - удельная электропроводность воды.

В свою очередь напряжённость электрического поля в приповерхностном слое воды, определённая по формуле

где d - межэлектродное расстояние, больше расчётного значения [4].

Повышенная эффективность преобразования электрической энергии в тепловую установлена в работах [5; 6]. Однако в первом случае в качестве нагреваемой жидкости используется водный раствор щёлочи, во втором-морской соли.

С увеличением площади «зеркала» воды эффективность преобразования электрической энергии в тепловую возрастает. Использовать вышеописанный способ возможно в разных областях - от бытовых до промышленных нагревателей, в том числе для прямого нагрева электролита в гальванических ваннах, что позволит сократить расходы на электроэнергию.

Решетневс^ие чтения. 2016

Библиографические ссылки

1. Технология производства жидкостных ракетных двигателей / В. А. Моисеев, В. А. Тарасов, В. А. Колмыков, А. С. Филимонов ; под ред. В. А. Моисеева и В. А. Тарасова. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. 381 с.

2. Фадеев А. А., Шестаков И. Я. О возможном механизме нагрева воды и водных растворов при воздействии переменного электромагнитного поля // Вестник СибГАУ. 2011. № 1(34). С. 76-78.

3. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М:Физматгиз, 1959, 700 с.

4. Шестаков И. Я., Раева О. В. Оценка влияния коагуляции на степень очистки воды от ионов металлов // Вестник СибГАУ. 2013. № 1(47). С. 172-174.

5. Канарёв Ф. М. Вода - новый источник энергии. 2-е изд. перераб и доп. Краснодар : Изд-во Кубан. гос. аграр. ун-та, 2000. С. 77-94.

6. Титаев Б. Ф. Вода как источник энергии // Наука в России. Новосибирск : Видеостудия «Радуга», 1996. 103 с.

References

1. Moiseev V. A., Tarasov V. A., Kolmykov V. A., Filimonov A. S. Tekhnologiya proizvodstva zhidkostnykh raketnykh dvigateley [Production of liquid-propellant

УДК 621.81.004

rocket engines] / pod red. V. A. Moiseeva. V. A. Tarasova. M. : Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana, 2008. 381 p.

2. Fadeev A. A., Shestakov I. J. O vozmozhnom mek-hanizme nagreva vody i vodnyh rastvorov pri vozdejstvii peremennogo ehlektromagnitnogo polya [A possible mechanism of heating of water and aqueous solutions when exposed to an alternating electromagnetic field.] // Bulletin SibSAU. № 1 (34). 2011. P.76-78.

3. Levich V. G. Fiziko-himicheskaya gidrodinamika [Physico-chemical hydrodynamics]. M. : Fizmatgiz, 1959. 700 p.

4. Shestakov I. J., Rayeva O. V. Ocenka vliyaniya koagulyacii na stepen' ochistki vody ot ionov metallov [Assessing the impact of the degree of coagulation of water purification from metal ions] // Herald SibSAU. 2013. №1 (47). P. 172-174.

5. Kanarev F. M. Voda - novii istochnik energii. 2-e izdanie dop. I pererab. [Water a new source of energy. 2nd ed. Revised and enlarged]. Krasnodar : Cubanskii agrarnii universitet publ., 2000. P. 77-94.

6. Titaev B. F., Voda kak istochnik ehnergii [Water as a source of energy], Science in Russia. Novosibirsk : Video Studio "Rainbow", 1996. 103 p.

© Шестаков И. Я., Фадеев А. А., Шестаков В. И., 2016

МЕТОДИКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ НАРЕЗАНИИ ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВОГНУТОГО ЭВОЛЬВЕНТНОГО ПРОФИЛЯ НА ГЛОБОИДНОМ ЧЕРВЯКЕ

А. Ю. Яценко, А. В. Сутягин, Л. С. Малько

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: kr_45_zel@mail.ru

Предложена методика проведения экспериментального исследования технологической составляющей силы резания при нарезании глобоидных винтовых поверхностей. Использование предлагаемой методики позволяет получить эмпирическую зависимость для определения технологической составляющей силы резания.

Ключевые слова: червячные передачи, глобоидный червяк с линейчатым и вогнутым профилем, технологические составляющие силы резания, ротационное точение, многофакторный эксперимент, технологическое оснащение.

METHOD TO DETERMINE THE CUTTING FORCES IN TAPPING SCREW SURFACE CONCAVE INVOLUTE PROFILE ON CONE WORM

A. Yu. Yatsenko, A. V. Sutjagin, L. S. Mal'ko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: kr_45_zel@mail.ru

The paper proposes technique of the pilot studying the technological component of the cutting force when cutting globoid screw surfaces are used. The proposed method allows to obtain empirical relationship for determining the technological component of the cutting force.

Keywords: worm gears, cone worm with ruled and concave profile, the technological components of the cutting forces, rotational turning, multi-factor experiment.

В настоящее время наибольшее распространение в отечественном машиностроении получили глобоид-ные червяки с линейчатым профилем винтовой по-

верхности [1]. Передачи с выпукло-вогнутыми профилями сопряженных пар способны обеспечить повышение нагрузочной способности [2] до двух раз,