Диссертация (Повышение абразивной стойкости лопаточного аппарата первых ступеней цилиндров высокого и среднего давления мощных паровых турбин), страница 10

рисунок 2.12) – представитель последнего поколения сканирующихмикроскопов, он оснащен особым источником электронов – катодом Шоттки сполевой эмиссией, позволяющим создавать узкий пучок электронов высокойяркости для получения изображений высокого разрешения, высокой контрастностии с низким уровнем шумов, что дает возможность изучать микро- и наноструктурыс разрешением до 1 нм.Микроскоп позволяет получать высококачественные изображения в режиметопографического контраста, т.е. изучать микрорельеф поверхности, а также врежиме контраста по атомному номеру, позволяющем идентифицировать в образцеразличные фазы по ее яркости на изображении.Микроскоп оснащен рентгеновским энергодисперсионным детектором,позволяющим проводить элементный анализ образцов с локальностью порядка1 мкм, идентифицировать элементы от бериллия (Be), а также получатьрентгеновские карты распределения элементов на заданном участке.Рисунок 2.12 – Сканирующий электронный микроскоп высокого разрешенияMira 3 LMU (Tescan)84Припроведенииабразивныхиспытанийдолжнысоблюдатьсяследующие условия работы на экспериментальном стенде:1)При проведении длительной серии экспериментов на одноймишени газоабразивный поток должен взаимодействовать с ее поверхностьюв том же самом месте, что и в предшествующем эксперименте.

Для этого,при установке в держатель необходимо строго контролировать расположениемишени на держателе относительно оси стабилизирующей трубки.2)Хомутовый нагреватель, посредством которого осуществляетсянагрев мишени, должен быть надежно закреплен на держателе мишени.3)Подачу твердых частиц эродента включать только последостижения требуемого расхода потока несущей среды и требуемойтемпературы поверхности мишени.4)Регулирование мощности нагревателя воздуха, производитьплавно с помощью тумблера лабораторного автотрансформатора.5)мишениДля обеспечения точности измерения температуры поверхностиприустановкетермоэлектрическоговдержательпреобразователяизмерительныйДТПК021-1,2/1долженконецточносовпадать с технологическим углублением в образце и плотно прилегать кего поверхности.2.2 Методика проведения исследований и измерения основныхвеличинИсследования процесса абразивного износа мишеней из материалов,применяемыхдляизготовлениялопатокпаровыхтурбинпривысокоскоростном взаимодействии с газоабразивным потоком проводятся последующему алгоритму.Испытания проводят при заданных значениях расхода несущей среды(GВ, кг/с), расхода твердых частиц эродента (GЭ, кг/с), угле атакигазоабразивного потока (α, градусы), температуре поверхности мишени(T, ºС).

Время испытаний мишеней варьируется.85Эксперименты проводятся с определенным шагом по времени, т.е.получают характерные точки для следующих времен: 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60минут. Затем проводится повторная серия испытаний, чтобы получитьэкспериментальные точки, лежащие между полученными ранее, а именно: 0,5, 15, 25, 35, 45, 55 минут. Третья серия испытаний необходима дляобеспеченияповторяемостирезультатовпонекоторымхарактернымвременам экспозиции, таким как: 0, 15, 30, 45, 60 минут. Таким образом, дляпостроения одной экспериментальной зависимости необходимо 16 мишеней.Для проведения эксперимента необходима одна отмаркированнаямишень, предварительно очищенная спиртом от возможной грязи и жиров.Затем мишень взвешиваются на электронных весах (количество взвешиванийодной мишени не менее трех).

Далее проводится сканирование всейповерхности образца и, предварительно определенной и помеченнойрисками, области взаимодействия газоабразивного потока с поверхностьюмишени («абразивный след») (см. рисунки 2.13 и 2.14). При проведениидлительнойсерииэкспериментовгазоабразивныйпотокдолженвзаимодействовать с поверхностью мишени в том же самом месте, что и впредшествующем эксперименте. Для этого, при установке в держательнеобходимо строго контролировать расположение мишени на держателеотносительно оси стабилизирующей трубки.Рисунок 2.13 - Сканирование всей поверхности мишени86Рисунок 2.14 – Сканирование области взаимодействия мишенис газоабразивным потокомПодачу твердых частиц эродента включают только после достижениятребуемого расхода потока несущей среды и требуемой температурыповерхностимишени.контролируютсяповерхностиПризначениямишени.проведениирасходаПонесущейокончанииэкспериментасредывремениипостояннотемпературыэксперимента(контролируемого электронным секундомером, встроенным в дозатортвердых частиц) автоматически отключается подача твердых частиц, затемотключаетсяподачавоздуха.Припроведениииспытаний после отключения подачивысокотемпературныхтвердых частиц отключаютсянагреватели воздуха и мишени, только затем спустя некоторое времяпрекращается подача воздуха.

Это делается чтобы равномерно охладитьспираль нагревательного элемента воздуха и охлаждения мишени. Послеснятия мишени с держателя, она протирается спиртом от грязи и пыли иснова взвешивается на электронных весах не менее трех раз.

Принеобходимости продолжать эксперимент повторяется вся вышеизложеннаяметодика проведения эксперимента.87При проведении исследований, помимо расходов несущей среды итвердых частиц эродента, угла атаки газоабразивного потока, температурыповерхностимишени,измеряетсятакже:площадьэродированнойповерхности на мишени (Sэр, м2). После окончания эксперимента проводятсканирование всей поверхности мишени.

Площадь поврежденной областимишени ΔSi, м2 измеряется с помощью программного комплекса AdobeReader 9 Pro. В данной программе контуром обводится поврежденная область(см. рисунок 2.15) мишени и встроенный расчетный модуль определяетчисленное значение площади обведенного участка.Рисунок 2.15– Пример измерения поврежденной областиповерхности «мишени»Потерю массы мишени вычисляют по формуле:Δmi = mo - mi,(2.1)где mo – первоначальная масса мишени, кг; mi – масса мишени послеэксперимента, кг; i – номер эксперимента.В результате испытаний серии исходных мишеней и мишеней супрочнением или защитным покрытием получают экспериментальныезависимости потери массы мишени с единицы площади поврежденнойобласти мишени (Δmi/ΔSi, кг/м2) от времени экспонирования (t, с) на стенде.882.3 Оценка погрешностей измеренийОценкапогрешностейдлявыбранногоопытапроводиласьпоследующим формулам [7, 12]:Погрешность прямых измерений:∆̃ = √∆СЛ 2 + ∆СИ 2Случайнаяпогрешность∆СЛпримногократныхизмеренияхрассчитывается по формуле Стьюдента:∆СЛ = , ∙ ̃,где , - коэффициент Стьюдента для n измерений при доверительнойвероятностиα.Зададимся,чторезультатыизмеренийпопадаютвдоверительный интервал с вероятностью 95%, тогда коэффициент Стьюдента(при числе измерений n=3) в соответствии со справочными даннымисоставляет: t0,95,3 = 4,3; ̃ – погрешность среднеквадратичного отклонениярезультатов измерений от среднего арифметического ̅ в данной серииизмерений и вычисляемое по формуле:∑ ( −̅ )̃ = √ =1(−1)2,где: n – количество измерений; - текущее значение измерения;̅ - среднее арифметическое значение результатов измерений, равное:∑=1 ̅ =Погрешность средства измерения вычисляется следующим образом:∆СИ = · ,89где: α – доверительная вероятность, равная 0,95; d – параметр равномерногораспределения.

Параметр равномерного распределения d при многократныхизмерениях во столько раз больше цены деления прибора Ц, сколько раз kего приходилось прикладывать, чтобы измерить одно расстояние: d = k·Ц.Погрешность косвенных измерений:Абсолютная погрешность среднего значения величины:̃ = √∑ (∆=1Оценимпогрешности 2) ∆̃ 2̅измеренийопытанапримереоднойэкспериментальной точки с максимальной неопределенностью результатов:1) Потеря массы металла мишени, Δm:Потеря массы мишени определялась путем взвешивания до и послеиспытаний на электронных весах OHAUS-DV215CD Discovery с пределомизмерений до 220 г. Потеря массы с мишени определяется по формуле (2.1).Цена деления по паспорту электронных весов DHAUS-DV215CDDiscoveryсоставляет0,0001г.Посколькувзвешиваниемишенипроизводилось три раза до испытаний и три раза после, абсолютнаяпогрешность измерений составила:∆СИ = · = 0,95·6·0,0001 = 0,00057 г.В соответствии с формулой определения среднего арифметическогозначения величины измерения:∆̅=(1 +2 +3 )3=(0,0036+0,0038+0,0037)3= 0,0037 г.где i- номер эксперимента; Δmi1, Δmi2, Δmi3 – потеря массы в i-м экспериментепри трех взвешиваниях.90Оценка среднеквадратичного отклонения:̃ = √=√(∆̅ −1 )2 +(∆̅ −2 )2 +(∆̅ −3 )23(3−1)(0,0037−0,0036)2 +(0,0037−0,0038)2 +(0,0037−0,0037)23(3−1)== 0,0578·10-3 г.Случайная погрешность ∆СЛ :∆(СЛ) = , ∙ ̃ = 4,3·0,0578·10-3 = 0,2485·10-3 г.Таким образом, суммарная погрешность в данном эксперименте Δ(Δm):̃ = √∆(СЛ) 2 + ∆СИ 2 =√(0,2485 · 10−3 )2 + (0,57 · 10−3 )2 =0,62·10-3 г.∆(∆)Запишем конечный результат для потери массы Δm:∆̅ = (370 ± 62) 10-5, гОтносительная погрешность δ(Δm): (∆) =̃∆(∆)̅∆=62∙10−5370∙10−5= 16,8%2) Площадь пораженной области мишени, S:Площадь пораженной области мишени S, м2 измерялась с помощьюпрограммного комплекса Adobe Reader 9 Pro.

Цена деления составляет 0,01мм2.Посколькуизмерениеплощадипораженнойобластимишенипроизводилось три раза, абсолютная погрешность измерений составила:∆СИ = · = 0,95·3·0,01 = 0,0285 мм2.В соответствии с формулой определения среднего арифметическогозначения величины измерения:91̅ =(1 +2 +3 )3=(126,07+131,13+123,76)3= 126,99 мм2.где i- номер эксперимента; S1, Si2, Si3 – площадь пораженной области мишенив i-м эксперименте при трех измерениях.Оценка среднеквадратичного отклонения:̃ = √=√(̅−1 )2 +(̅−2 )2 +(̅−3 )23(3−1)=(126,99−126,07)2 +(126,99−131,13)2 +(126,99−123,76)23(3−1)= 2,186 мм2.Случайная погрешность ∆СЛ :∆СЛ = , ∙ ̃ = 4,3·2,186 = 9,3998 мм2.Таким образом, суммарная погрешность в данном эксперименте Δ(S):̃ = √∆СЛ 2 + ∆СИ 2 =√9,39982 + (0,0285)2 =9,3998 мм2.∆()Запишем конечный результат для потери массы Δm:∆̅ = (127,0 ± 9,4) мм2.Относительная погрешность δ(Δm): () =̃∆()9,4=·100% = 7,4%̅127,03) Потеря массы мишени с единицы площади поврежденной областимишени Δm/S:92Абсолютная погрешность среднего значения величины:∆(= √(1̅∆)̅1 2̃ )2 + (−= √( ̅) (∆(∆)̅̅̅ 2∆̅ 2̃ )2 =) (∆()0,0037 22гкг) (0,62 · 10−3 )2 + (− 126,992 ) (9,3998)2 = 5,33·10-6 мм2 = 5,33·10-3 м2126,99Среднее значение потери массы с единицы площади пораженнойобласти мишени:̅∆̅=0,0037126,99гкг= 2,91·10-5 мм2 = 29,1·10-3 м2.Запишем конечный результат для потери массы с единицы площадипораженной области мишени Δm/S:Δm/S = (29,10 ± 5,33)·10-3кгм2.Относительная погрешность δ(Δm/S): (/) =∆̅∆( ̅ )/=935,33·10−329,1∙10−3·100% = 18,3%.ГЛАВА 3 СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДИНАМИКИ РАЗВИТИЯПРОЦЕССА АБРАЗИВНОГО ИЗНОСАТеоретическими расчетами, а также в результате компьютерногомоделирования [17] было установлено, что твердые частицы с увеличениемих размеров перестают следовать по линиям тока и начинают двигаться посвоим траекториям (см.