Диссертация (1026094), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Использовалась аналогия между распределением концентрации газаи избыточной температуры в струе.При экспериментах варьировали скорость истечения защитного газа из51сопла горелки Vс и скорость сносящего потока воздуха Vв, сварочный токсоставлял 150–160 А, напряжение дуги 14–16 В. Скорость сносящего потокапри работе аэродинамической трубы в динамическом режиме выбирали помаксимальной скорости порыва ветра в каждой серии экспериментов.Качество газовой защиты определяли по наличию цветов побежалостина отпечатке оплавленного пятна на поверхности нержавеющей стали08Х18Н9Т.Экспериментальное изучение размеров зоны газовой защиты пригорящей дуге (в неизотермических условиях) проводили с неподвижнойдугой сериями методом пробы на пятно.
Расход газа Q в каждой серии былпостоянным и соответствовал числам 1000 < ReD0 < 3500. Постоянными вкаждой серии были диаметры сопел D0, безразмерный вылет электрода Н/D0 ,относительный диаметр электрода d/D0, сварочный ток 40 А < I < 490 А,напряжение на дуге 10 В < Uд < 14 В. Непостоянным от опыта к опыту быловремя горения дуги t.Влияние угла наклона головки горелки к плоскости свариваемойповерхности изучалось методом пробы на пятно с предварительнойразметкой пластины. Угол наклона горелки измерялся между нормалью кпластине и осью симметрии головки.
Режимы, при которых зажигалась дугасоответствовали значениям (Dз)maх. Дуга зажигалась в двух диапазонах чиселRe для Н/D0 = 0,5 и 1,0.Данные исследования проводили при постоянной скорости ветра,однако в реальных условиях скорость ветра переменна и во время порывовона может в 1,5–2 раза превышать среднюю величину, поэтому дляопределения расходов защитного газа необходимо вводить поправочныекоэффициенты, величина которых должна увеличиваться с уменьшениемэффективности струйной газовой защиты.
Это обуславливает проведениеэкспериментов с целью определения влияния динамической составляющейна показания в статическом режиме.52Таким образом, для проведения исследований сварочных процессов вусловиях ветровых нагрузок, должна быть спроектирована аэродинамическаятруба, работающая в двух режимах: статическом и динамическом иразработан универсальный стенд для моделирования сварки в условияхветра.2.3. Разработка универсального стенда для моделирования сварки вусловиях ветраНа открытых площадках ветер всегда имеет «порывы» – резкиеусиления, достигающие иногда двукратной величины по сравнению сосредней скоростью, которые стохастично распределены во времени [73].
Втаких условиях скорость истечения защитной струи должна компенсироватьне только среднюю скорость ветра, но и его усиление.Для исследования эффективности газовой защиты при сварке взащитных газах на ветру в лабораторных условиях, прежде всего необходиморазработать установку, которая имитирует реальные ветровые условия, т.е.создает сносящий поток с периодическими усилениями по случайномузакону. Для этого необходимо иметь аэродинамическую трубу, котораяобеспечивает как режим постоянного значения скорости ветра, так и режимслучайного порыва ветра.Существующие в настоящее время аэродинамические трубы являютсяоднорежимными, т.е. они создают ветер постоянной скорости, которыйможнорегулироватьвовремени.Необходимобылообеспечитьмногорежимность аэродинамической трубы и создать универсальный стенддля моделирования сварки в условиях ветра.Эта задача решается за счёт создания новой схемы управления иувеличения регулирующих элементов на существующей однорежимнойаэродинамической трубе.
С учетом достоинств и недостатков стендов,53используемых ранее, была создана многорежимная труба и разработанаспециальная экспериментальная установка для исследования газовой защитысварочной ванны при дуговой сварке в защитных газах в сносящихвоздушных потоках [37, 39].Дляразработкиаэродинамическойтрубыопределилидиапазоннеобходимых скоростей ветра и элементы конструкции (Рис. 23) [35]. Длявыбора скоростей ветра определили критические предельные значения.Известно, что у струй, помещенных в сносящий воздушный поток,происходит деформация профиля скорости, которая при скорости ветра 20м/с снижает длину ядра до 1 D, поэтому при больших скоростях ветра защитаможет быть не обеспечена.
Поэтому предельную скорость истечения наданном конфузоре установили в пределах 25 м/с.Рис. 23. Элементы конструкции аэродинамической трубыДля конфузора аэродинамической трубы выбрали алюминиевуюзаготовку с диаметром D = 260 мм. Для создания скорости потока 25–30 м/свентилятор обеспечивал производительность от 1,8 до 4,5 м 3/ч, а диаметрвходного отверстия сопла определили по максимально возможному диаметрузаготовки с величиной D = 238 мм.54Коэффициент поджатия потоков в конфузоре n = Fвх/Fвых = (πDвх2/4)/(πDвых2/4) = Dвх2/Dвых2 составил 3,35. Выбранный коэффициент точновписывается в теорию современных конфузоров с условием хорошеговыравнивания потоков.Кроме конфузора в трубу установили металлическую сетку, котораявыравнивала профиль скорости и гасила турбулентность.
Это связано с тем,что по современным представлениям, турбулентный поток движущейсяжидкости состоит из молекул и атомов, между которымихаотическиперемещаются моли – отдельные сгустки или вихри вещества, имеющиеразные размеры и скорость. Более крупные моли, проходя через сетку,делятся на более мелкие, т.к. через каждую ячейку могут пройти моли,поперечные размеры которых не превышают трех размеров ячеи. Попадая впрямой канал за сеткой, моли вырождаются тем скорее, чем меньше ихразмеры. Таким образом, с уменьшением размеров ячеи сетки снижаетсястепень турбулентности за сеткой [56].
Оставшаяся неравномерность потокасглаживается за счет конфузора. Так как внутренние стенки конфузоракорректируют поверхностные линии ламинарного течения потока, то кформе конфузора предъявляются высокие требования по шероховатости,плавности и чистоте поверхности [45].Образующаяповерхностиконфузорастроитсяпоплавнойпараболической кривой, таким образом, чтобы конец и начало этой кривойасимптотически стремились к положению прямой линии параллельно осисопла. Движение потока по плавно сужающемуся каналу снижаетнеоднородность и турбулентность в потоке.Дляиспытанийаэродинамическойтрубывыбралиасинхронныйэлектродвигатель мощностью 4 кВт, который позволял создавать скоростьветровых потоков с большим запасом.
Технические характеристикивентилятора представлены в табл. 7.55Таблица 7.Технические характеристики радиального вентилятораПараметры в рабочей зонеМощностьЧастотаэлектродвигателя, вращения, Производительность, Полноедавление,кВтоб/мин103 м3/чПа430002,82050Масса, кг49В результате разработали и изготовили аэродинамическую трубу,которая позволила выполнить весь объем исследований по разработкетехнологии сварки на ветру.Для изменения и регулирования скорости потока устанавливалидроссельную заслонку для ограничения площади поперечного сеченияканала и поступления воздуха в аэродинамическую трубу.Для нарушения герметичности поверхности трубы устанавливалишиберную задвижку на боковой поверхности трубы, которая способствовалавыходу воздуха в окружающую среду.Оба эти элемента регулировали магнитными заслонками от пультапрограммногоуправления.Введениедополнительногорегулированиярешило проблему как медленного изменения скорости нарастания порыва засчёт регулирования дросселя, так и быстрого изменения нарастания скоростиза счёт шиберной задвижки.
Регулирование этими величинами создалонеобходимый для экспериментов режим движения скорости потока воздуха,т.е. решило проблему имитации реальной ветровой нагрузки.Таким образом, разработали и изготовили аэродинамическую трубу,которая состоит из вентилятора, трубопровода и конфузорного сопла, а такжеузлов регулирования для создания динамического режима работы трубы приналожении на общее движение скорости ветра резких усилений – «порывов»(Рис. 24) [39].56Рис. 24. Аэродинамическая труба: 1 – конфузорное сопло,2 – дроссельная заслонка, 3 – шиберная задвижка, 4 – корпус вентилятора;2 и 3 – узлы, создающие возможность реализации второго режимаДля управления режимами стенда разработали электронную систему.Регулировка скорости аэродинамической трубы осуществлялась за счётчастотного тиристорного преобразователя источника питания асинхронногодвигателя вентилятора (Рис.
25).Рис. 25. Трехфазная мостовая схема автономного инверторадля управления скоростью вращения вентилятораДля имитации периодических усилений ветра разработали блокуправления с установленными реле времени, которые изменяли скоростьдвигателя при последовательном включении (Рис. 26).57Рис. 26. Схема блока управления для переключения скоростей:скорость 1 – T1, скорость 2 – P1, скорость 3 – P2, скорость 4 – P3Для регулирования времени срабатывания разработали схему релевремени на микросхеме КР512ПС10 (Рис. 27). Точноевремя задержкисрабатывания устанавливается изменением сопротивления R1 и ёмкости C1.Для дискретного изменения времени задержки от нескольких секунд донескольких суток используются входы установки коэффициента деленияМ1...М5.
Перемычка S1 позволяет получить различный режим работы: еслизамкнуть площадки 1, 2 – реле времени будет периодически включаться ивыключаться через заданное время, причем время включенного состоянияравно времени выключенного состояния. Если замкнуть площадки 2, 3 – релевремени отсчитает заданный интервал и включит выходное реле, котороеостанется в этом состоянии сколь угодно долго, пока не будет выключено изаново включено напряжение питания.Рис. 27.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
