1. Parametry strumienia piaskowo-powietrznego w odlewniczych maszynach dmuchowych

Transkrypt

1 MATERIAŁY UZUPEŁNIAJACE DO TEMATU: POMIAR I OKREŚLENIE WARTOŚCI ŚREDNICH I CHWILOWYCH GŁÓWNYCHORAZ POMOCNICZYCH PARAMETRÓW PROCESU DMUCHOWEGO Józef Dańko. Wstę Masa wyływająca z komory nabojowej strzelarki ma ostać dwufazowego strumienia, w którym fazę stałą stanowią cząstki masy rdzeniowej lub formierskiej, natomiast fazą gazową jest owietrze o ciśnieniu równym ciśnieniu w zbiorniku masy. We wnęce rdzennicy z mieszaniny iaskowo-owietrznej zostaje oddzielona masa, która zaełniając rdzennicę jednocześnie rzyjmuje kształt jej wnęki i ulega zagęszczeniu. Osobliwością rocesu jest bezrzewodowy, dwufazowy transort neumatyczny strumienia owietrzno-iaskowego na odcinku od otworu dmuchowego do rdzennicy i związane z nim rzysieszanie ziarn masy, w którym nie wystęuje tarcie masy o ściany rzewodu transortującego.. Parametry strumienia iaskowo-owietrznego w odlewniczych maszynach dmuchowych Do oisu rocesu dmuchowego konieczne jest określenie i omiar szeregu wielkości w nim wystęujących, z których jedne mają odstawowe znaczenie, natomiast inne są wielkościami omocniczymi. Wielkości odstawowe, uzyskiwane najczęściej na drodze omiarów doświadczalnych, integrują w sobie wływy szeregu zmiennych wielkości rocesu na jego rzebieg. W rocesach dmuchowych takimi wielkościami, wływającymi na uzyskane zagęszczenie masy oraz na rzeczywisty czas rocesu zaełniania wnęki technologicznej są: natężenie wyływu masy z komory nabojowej, wartość siły oddziaływania dynamicznego strumienia iaskowo-owietrznego na warstwy masy zawarte w rdzennicy, Wielkości omocnicze, to rzede wszystkim te arametry strumienia iaskowo-owietrznego, które analizowane w kategoriach transortu neumatycznego uwzględniają: gęstość strumienia owietrzno-iaskowego, koncentracja lub stężenie objętościowe bądź ciężarowe fazy stałej, orowatość, uśrednioną rędkość obu faz składowych strumienia iaskowo-owietrznego,

2 . Główne arametry robocze maszyn dmuchowych - metody ich omiaru.. Dynamiczny naór strugi iaskowo-owietrznej Jako miarę dynamicznego oddziaływania strugi iaskowej na warstwy masy znajdujące się w rdzennicy rzyjęto [], wartość siły naoru w osi działania tej siły, rostoadle do jej wektora PD = ρstr cm f, f = 5, π D () gdzie: f - owierzchnia otworu strzałowego; m, c m - rzeczywista rędkość strumienia w ruchu ustalonym; m/s, ρ str - gęstość strumienia iaskowo-owietrznego; kg/m 3, d - średnica otworu strzałowego; m. Natężenie wyływu strumienia iaskowo-owietrznego jest równe. m M = () τ gdzie: m - ilość masy wyływająca z komory nabojowej w jednym cyklu roboczym maszyny; kg, : τ rzeczywisty czas ewakuacji masy określony z wykresu siły dynamicznej; s. Do omiaru siły naoru strumienia iaskowo-owietrznego służy ciśnieniowy rzetwornik siły, wrowadzony do układu omiarowego strzelarki []. Przykładowe rzebiegi czasowe siły P D w ołączeniu z rzebiegami ciśnienia b w komorze nabojowej rzedstawiono na rysunku dla trzech badanych rodzajów masy. Z kolei na rysunku, rzedstawione zostały dla tych samych warunków rzebiegi czasowe natężenia wyływu masy M. oraz wsółczynnika stężenia objętościowego m fazy stałej w strumieniu iaskowoowietrznym... Koncentracja strumienia iaskowo-owietrznego i jej omiar Adatacja definicji koncentracji objętościowej, stosowanej w ublikacjach odnoszących się do ośrodka dwufazowego gaz - ciało stale [3], ozwala w odniesieniu do strumienia iaskowo-owietrznego naisać, że Vm z nz = = (3) V V Stężenie cząstek masy w strumieniu owietrza, w inny sosób oddające sens koncentracji, wynosi z m = (4) Vc gdzie: V m - sumaryczna, rzeczywista objętość cząstek rzenoszonej masy; m, V m - objętość unoszonej masy, V - objętość owietrza unoszącego masę, z - objętość ojedynczej cząstki masy, n z - liczba cząstek masy, V c = z n z + V - całkowita (sumaryczna) objętość elementarnej orcji masy i owietrza. Związki łączące obie zdefiniowane wielkości są nastęujące m = ; m = (5) m +

3 ,45 3 P b [MPa],4,35,3,5, Pb - masa OL Pb - masa SZ Pb - masa B Pd - masa OL Pd - masa SZ Pd - masa B 5 5 P D [N],5,,5 5,,,5,,5,,5,3,35,4,45 Czas trwania rocesu [s] Rys.. Przebiegi czasowe siły P D i ciśnienia b w komorze nabojowej dla badanych rodzajów masy: Strzelarka o ojemności komory nabojowej 3 dm 3, ciśnienie robocze. r =,6 MPa, średnica rzelotu zaworu strzałowego (d ) i otworu strzałowego (d ) równe 5 mm []. 9,9 M [kg/s] M - masa OL m - masa OL M - masa SZ m - masa SZ M - masa B m - masa B,8,7,6,5,4 m [m 3 /m 3 ] 3,3,,,5,,5,,5,3,35,4,45 Czas trwania rocesu [s] Rys.. Przebiegi czasowe natężenia wyływu masy Ṁ oraz wsółczynnika stężenia objętościowego m fazy stałej w strumieniu iaskowo-owietrznym. Warunki realizacji rocesu jak na rysunku. Wielkości wystęujące we można rozatrywać jako średnie w całym okresie ewakuacji masy, lub jako wartości chwilowe, rzy czym wyrażające je wzory mają nastęującą ostać ρstr ρstr V = ; m V = (wartość średnia) (6) ρm str ρm ρstr( τ) ρstr( τ) V ( τ) = ; m V ( τ) = (wartość chwilowa) (6a) ρ ρ m str( τ) m

4 3.3. Gęstość strumienia owietrzno-iaskowego Analogicznie, gęstość strumienia owietrzno-iaskowego może również być rzedstawiona jako wartość średnia w czasie trwania rocesu, lub jako wartość chwilowa ρ str. M = f P D M ( τ) (wartość średnia), ρstr( τ ) = f P. D( τ) (wartość chwilowa) (7) gdzie: ρ tech - gęstość owietrza w warunkach technicznych; kg/m 3, str - ciśnienie owietrza w strumieniu (statyczne); Pa, κ - wykładnik adiabaty ( κ =,4). 3. Realizacja omiaru i uzyskane wyniki badań Chwilowe wartości natężenia wyływu masy określa się za omocą secjalnego rzyrządu, usytuowanego od otworem wylotowym komory nabojowej na drodze strumienia iaskowo-owietrznego. Przyrząd ma ostać obracającej się oziomej tarczy, na obwodzie której rozmieszczono 4 ojemników o ojemności, dm 3, rzechwytujących strumień masy wyływającej z głowicy strzałowej do naczyń rzesuwających się wraz z kołem. Na odstawie rzerowadzonych omiarów sorządza się wykresy ilustrujące czasowe rzebiegi natężenia wyływu M i, w oarciu o wartości rerezentujące ilość masy zgromadzonej w oszczególnych ojemnikach m i i zmierzony czas ich zaełniania τ i. Przykładowe dane, dotyczące wływu średnicy otworu strzałowego na wartość siły naoru dynamicznego, natężenia wyływu dla jednego, określonego rodzaju masy i ciśnienia roboczego zostały rzedstawione graficznie na rysunku 3. Wływ średnicy otworu strzałowego na badane wielkości w zakresie ciśnienia roboczego,45,7 MPa, ilustrują dane zawarte w tabeli. natężenie M [kg/s] M-.7 MPa 6 M-.6 MPa 4 M-.5 MPa PD-.7 MPa PD-.6 MPa PD-.5 MPa siła PD [N] średnica d [mm] Rys.3. Wływ średnicy otworu strzałowego na wartości natężenia wyływu masy i siły naoru dynamicznego strumienia iaskowo owietrznego na warstwy masy w rdzennicy.

5 Tabela. Parametry strumienia iaskowo-owietrznego, uzyskane dla różnych rodzajów masy rdzeniowej w zakresie ciśnienia roboczego. r =,45,7 MPa. Parametry (wielkości) Masa Ol Masa Sz Masa B Średnica d ; [m],5,,5,5,,5,5,,5 Gęstość strumienia 58,7 367,6 88,3 448, 84,5 7,7 4,7 5,5 4,5 ρ str ; [kg/m 3 ] Prędkość mieszaniny,75 33,88 5,3 33,8 34,78 49,3 4, 4, 5,67 fazowej c m. ;. [m/s] Koncentracja objętościowa,3,4,7,7,9,66,86,79,54 m. ; [m 3 /m 3 ] Jednostkowe natężenie q; [kg/m s] Badania rzerowadzono dla czterech rodzajów masy rdzeniowej, rzy czym masa oznaczona symbolem "Ol" zawierała olej lub okost lniany jako soiwo. W masie oznaczonej "Sz" soiwem było szkło wodne, natomiast masa oznaczona "B" była masą syntetyczną, zawierającą 6 rocent bentonitu i % wody. Masy testowe dobrano ze względu na odmienne właściwości technologiczne, fizyko-mechaniczne i różny rzebieg ich ewakuacji ze strzelarki, łynięcie we wnęce rdzennicy oraz zagęszczanie. 5. Analiza rzykładowych wyników badań Zestawienie danych rzytoczonych w tabeli z wartościami koncentracji uzyskanymi rzez Rakogona [4] i we wcześniejszych badaniach własnych, rowadzonych według metody tradycyjnej, odanej rzez Aksjonowa [5] ozwala stwierdzić, że otrzymane wartości są raktycznie o jeden rząd wielkości większe. Czynnikiem weryfikującym orawność zastosowanej metody własnej jest uzyskiwanie takich samych wartości jednostkowego natężenia wyływu masy q [kg/m. s] oraz rędkości strumienia c m odanych rzez Aksjonowa. Zaroonowana metoda umożliwia identyfikację wływu arametrów roboczych rocesu dmuchowego na jego rzeczywisty rzebieg. Określenie wartości siły naoru dynamicznego strumienia iaskowo-owietrznego w ołączeniu z omiarem natężenia wyływu masy z otworu strzałowego ozwala na znaczne uroszczenie struktury wzorów stosowanych do obliczania neumatycznych i technologicznych arametrów rocesu. Właściwości quasi hydrauliczne strumienia, rerezentowane rzez rędkość, gęstość lub koncentrację fazy stałej oraz intensywność wyływu masy, określoną rzez jednostkowy wydatek fazy stałej i rzez siłę naoru dynamicznego strumienia, można kształtować i kontrolować w stosunkowo szerokich granicach za omocą konstrukcji maszyny, doboru arametrów roboczych i rodzaju stosowanej masy. W racy [] wykazano istnienie jednoznacznych związków omiędzy wielkościami determinującymi właściwości quasi hydrauliczne strumienia iaskowo-owietrznego, a wydatkiem masy i siłą naoru dynamicznego.

6 LITERATURA [] Pelczarski S., Dańko J.: Dynamiczne oddziaływanie strumienia iaskowo-owietrznego na warstwy masy w rdzennicy. PAN Kraków, Metalurgia 3, 47 6 (975). [] Dańko J.: Monografia: Proces wytwarzania rdzeni i form odlewniczych metodami dmuchowymi. Badania i teoria. Zeszyty Naukowe Metalurgia i Odlewnictwo nr 45, AGH Kraków 99. [3] Orzechowski Z.: Przeływy dwufazowe, jednowymiarowe, ustalone, adiabatyczne. PWN, Warszawa 99. [4] Rakogon W. G.: Tieoria i raktika izgotowlenija stierżniej ieskoduwnym sosobom. Maszgiz, Moskwa 96. [5] Aksjonow P. N.: Wybrane zagadnienia z teorii maszyn odlewniczych. Wyd. Śląsk, Katowice 965.