The technique of experimental determination of the consumption characteristics of the apparatus for jet hydroabrasive processing is considered. Results are presented for determining the costs of abrasive slurry and compressed air through a jet apparatus

Meshcheryakov, A.V.

Shulepov, A.P.

Мещеряков, А.В.

Шулепов, А.П.

Russian

Samara University

283 УДК 621.438 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АППАРАТА ДЛЯ СТРУЙНОЙ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ©2018  А.В. Мещеряков, А.П. Шулепов Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва  DETERMINATION OF SUPPLIES CHARACTERISTICS OF THE DEVICE  FOR ABRASIVE WATER-JET MACHINING Meshcheryakov A.V., Shulepov A.P. (Samara National Research University, Samara, Russian Federation)  The technique of experimental determination of the consumption characteristics of the apparatus for jet hydroa-brasive processing is considered. Results are presented for determining the costs of abrasive slurry and compressed air through a jet apparatus.  Производительность и качество струй-ной гидроабразивной обработки (ГАО) зави-сят от энергетических возможностей гидро-абразивной струи, формируемой струйным аппаратом. Основными требованиями, предъявляемыми к струйным аппаратам, яв-ляются: обеспечение максимальной скорости струи при минимальном расходе энергоно-сителя и максимальном расходе гидроабра-зивной суспензии; обеспечение равномерно-го распределения абразивных частиц по се-чению струи. Первое требование определяет производительность, а второе - качество об-работки. Производительность и шерохова-тость поверхности при струйной ГАО опре-деляются глубиной внедрения абразивных частиц, которая, в свою очередь, зависит от скорости частиц в момент удара о поверх-ность.  Для расчёта скорости гидроабразивной струи необходимо иметь данные по массо-вым расходам сжатого воздуха через актив-ное сопло и абразивной суспензии через сме-сительное сопло струйного аппарата. Определение расходных характеристик струйных аппаратов проводилось на стенде, схема которого приведена на рис. 1.  Расход воздуха через струйный аппарат 1 определялся с помощью стандартной диа-фрагмы 2 диаметром 19,4 мм, установленной в трубе 3. Перепад давлений на диафрагме измерялся пьезометром 9. Сжатый воздух к струйному аппарату подавался из ресивера 5, который через кран 6 был подключён к центральной пневмосети. Давление воздуха на входе в активное сопло струйного аппарата регулировалось венти-лем 10, а перед диафрагмой 2 — вентилем 4.  Рис. 1. Схема стенда для измерения расходов суспен-зии и воздуха Измерение давлений производилось образцовыми манометрами 7, 8, 11 с преде-лом измерений 0... 1,0 МПа. Температура воздуха перед диафрагмой измерялась с по-мощью ртутного термометра. Массовый рас-ход воздуха рассчитывался по следующей формуле: 3 24 10вэ д д вд дm d р =  -´ a e r ´D , где α- коэффициент расхода диафрагмы (α = 0,643); ε- поправочный коэффициент; dд- диаметр диафрагмы, мм; ρв.д- плотность воз-духа перед диафрагмой, кг/м3; Δрд- перепад давлений на диафрагме, Па. Полученные экспериментально значе-ния расхода воздуха были использованы для определения коэффициента расхода актив-ного сопла  в.ид.в.э.mmam =, где mв.ид — идеальный расход воздуха через сопло.  В общем случаеmв.ид вычисляется по следующей формуле:  284 24 0408 10 в авв.ид *вр F = q(λ )Тm-, ´ , где рв -давление воздуха на входе в активное сопло; Fа –площадь сечения активного со-пла; q(λв)– приведённый расход воздуха. В реальных условиях струйный аппа-рат работает при сверхкритическом перепаде давлений на активном сопле. В этом случае на выходе из активного сопла устанавлива-ется скорость истечения, равная местной скорости звука. Для воздуха теоретическое значение критического отношения давлений равно 0,528. При проведении экспериментов давле-ние суспензии в приёмной камере струйного аппарата поддерживалось равным рс = 0,12 МПа и критический режим истечения возду-ха из активного сопла наступал при рв= 0,227 МПа. Расход воздуха для критического и сверхкритического перепадов давлений рассчитывался при q(lв) = 1,0. Определение расхода суспензии прово-дилось в следующем порядке. Струйный ап-парат выводился на заданный режим работы. При этом пластина 14 (рис. 1), установлен-ная на штоке электромагнита 12, находилась в нижнем положении и направляла гидроаб-разивную струю на слив в бак 16. Затем включался электромагнит 12, пластина 14 отводилась вверх и гидроабразивная струя по коллектору 13, где происходило гашение скорости, попадала в мерный бачок 15. От-бор пробы проводился в течение 20 с. Полу-ченная проба взвешивалась, а затем с помо-щью мерного стакана контролировалось зна-чение концентрации абразивных частиц в суспензии. Были проведены эксперименты по оп-ределению расходных характеристик струй-ного аппарата с использованием чистой во-ды, а также абразивных материалов зерни-стости 10, М63, М20 при концентрации абра-зива в суспензии К = 20%.  Результаты экс-периментов приведены на рис. 2.  При рв= 0 наступает режим истечения жидкости из круглого отверстия - расход суспензии максимален (на графике не ука-зан). С увеличением давления воздуха рас-ход суспензии уменьшается, расход воздуха возрастает.  Рис. 2. Зависимость расхода суспензии от давления воздуха на входе в активное сопло 1-вода, 2 –зернистость 10, 3 –М63 При давлениях порядка 0,6...0,7 МПа наблюдается пульсирующая подача суспен-зии, дальнейшее увеличение рв приводит к «запиранию» смесительного сопла воздухом. Эксперименты показали, что в диапазоне давлений 0,1...0,6 МПа массовые расходы чистой воды и гидроабразивных суспензий отличаются не более, чем на 6...7%. На рис. 3 приведён график зависимости коэффициента расхода активного сопла от отношения давления за соплом (рс=0,02 МПа) к давлению воздуха на входе в сопло ε=рс /рв.  Рис. 3. Зависимость коэффициента расхода активно-го сопла от отношения давления за соплом к давле-нию торможения на входе в сопло В докритической зоне (ε≤0,528) коэф-фициент расхода быстро увеличивается с увеличением рв. При сверхкритическом ис-течении µа изменяется не более, чем на 6%. Полученные расходные характеристи-ки и коэффициенты расхода использовались при расчётах скорости истечения гидроабра-зивной смеси из струйного аппарата, массо-вого съёма металла и моделирования про-цесса формирования микрорельефа обраба-тываемой поверхности.   

DETERMINATION OF SUPPLIES CHARACTERISTICS OF THE DEVICE FOR ABRASIVE WATER-JET MACHINING

http://repo.ssau.ru/bitstream/Mezhdunarodnaya-nauchnotehnicheskaya-konferenciya-Problemy-i-perspektivy-razvitiya-dvigatelestroeniya/OPREDELENIE-RASHODNYH-HARAKTERISTIK-APPARATA-DLYa-STRUINOI-GIDROABRAZIVNOI-OBRABOTKI-73223/1/ilovepdf_com-283-284.pdf

DETERMINATION OF SUPPLIES CHARACTERISTICS OF THE DEVICE FOR ABRASIVE WATER-JET MACHINING

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Samara University