Zhigong как увеличить режим скорость

Увеличение ресурса токосъемных устройств за счет выбора рациональных сочетаний участковой скорости электроподвижного состава ипараметров системы токосъема Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Голубков Антон Сергеевич, Ермачков Глеб Романович, Митрофанов Александр Николаевич

Предложен способ выбора рациональных сочетаний скорости электроподвижного состава по условиям максимального пробега при заданном износе контактах вставок токоприемника и регулировки подвески контактной сети действующих и проектируемых участков электроснабжения. Рассмотрен принцип работы и функциональные возможности программного обеспечения для ЭВМ «Программа для моделирования контактного нажатия с помощью нелинейной авторегрессионной нейронной сети с экзогенными входами».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Голубков Антон Сергеевич, Ермачков Глеб Романович, Митрофанов Александр Николаевич

Совершенствование методики прогнозирования показателей системы токосъема при увеличении скоростей движения

Применение нейронных сетей при моделировании системы токосъема на электрифицированных железных дорогах

Исследование температуры нагреваполоза токоприемника и способы ее снижения

Повышение эффективности систем автоматического регулирования токоприемников для высоких скоростей движения

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ПОЛОЗА ТОКОПРИЕМНИКА МАГИСТРАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА С УЧЕТОМ ИЗМЕНЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА В ПЛАНЕ

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INCREASE OF THE RESOURCE OF CURRENT COLLECTORS BY THE MEANS OF CHOICE RATIONAL COMBINATIONS OF THE SECTIONAL SPEED OF ELECTRICAL TRAINS AND PARAMETERS OF THE CURRENT COLLECTION SYSTEM

Proposed method for choice rational combinations of the sectional speed of an electric rolling stock under the terms of the maximum mileage with preset wear of current collector stripes and the adjustment of the catenary of existing and projected sections of power supply. The principle of operation and functionality of computer software «Program for the simulation of contact force using a nonlinear autoregressive neural network with exogenous inputs» is considered.

Текст научной работы на тему «Увеличение ресурса токосъемных устройств за счет выбора рациональных сочетаний участковой скорости электроподвижного состава ипараметров системы токосъема»

УДК 004.032.26: УДК 621.332

11 2 А. С. Голубков , Г. Р. Ермачков , А. Н. Митрофанов

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация;

2Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС), г. Самара, Российская Федерация

УВЕЛИЧЕНИЕ РЕСУРСА ТОКОСЪЕМНЫХ УСТРОЙСТВ ЗА СЧЕТ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ СОЧЕТАНИЙ УЧАСТКОВОЙ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ТОКОСЪЕМА

Аннотация. Предложен способ выбора рациональных сочетаний скорости электроподвижного состава по условиям максимального пробега при заданном износе контактах вставок токоприемника и регулировки подвески контактной сети действующих и проектируемых участков электроснабжения. Рассмотрен принцип работы и функциональные возможности программного обеспечения для ЭВМ «Программа для моделирования контактного нажатия с помощью нелинейной авторегрессионной нейронной сети с экзогенными входами».

Ключевые слова: контактная сеть, токоприемник, износ, нейронная сеть, контактное нажатие, прогнозирование.

1 1 2 Anton S. Golubkov , Gleb R. Ermachkov , Alexander N. Mitrofanov

*Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation, 2Samara State Transport University (SSTU), Samara, the Russian Federation

INCREASE OF THE RESOURCE OF CURRENT COLLECTORS BY THE MEANS OF CHOICE RATIONAL COMBINATIONS OF THE SECTIONAL SPEED OF ELECTRICAL TRAINS AND PARAMETERS OF THE CURRENT COLLECTION SYSTEM

Annotation. Proposed method for choice rational combinations of the sectional speed of an electric rolling stock under the terms of the maximum mileage with preset wear of current collector stripes and the adjustment of the catenary of existing and projected sections ofpower supply. The principle of operation and functionality of computer software «Program for the simulation of contact force using a nonlinear autoregressive neural network with exogenous inputs » is considered.

Keywords: catenary, current collector, wear, neural network, contact pressure, prediction.

Каждый год разрабатываются новые методы и технологии для повышения скоростей движения электроподвижного состава (ЭПС). С увеличением скорости процесс передачи электрической энергии ухудшается, растет износ контактных элементов токоприемника и подвески контактной сети (ПКС), увеличивается вероятность повреждения элементов, участвующих в этом процессе. Дефекты, возникающие при взаимодействии токоприемника с ПКС, могут привести к возникновению дуги и в конечном итоге к разрыву контактного провода. Несмотря на незначительное количество случаев выхода из строя по сравнению с количеством поездов в обращении каждый инцидент наносит огромный ущерб железной дороге и может быть связан с человеческими жизнями. В связи с этим моделирование взаимодействия пары «Токоприемник — ПКС» с целью выявления предполагаемых мест дефекта и прогнозирования износа контактных элементов является актуальной задачей.

Во многих научных центрах и исследовательских подразделениях ведущих железнодорожных организаций ведутся исследования, направленные на повышение эффективности передачи электрической энергии в скользящем контакте, определение оптимальных участковых скоростей и расчет износа контактных элементов [1 — 9].

2 ИЗВЕСТИЯ Трансе|Ща |№24!f

Задачей исследования является увеличение ресурса токосъемных устройств за счет выбора рациональных сочетаний участковой скорости ЭПС и параметров системы токосъема.

Наиболее информативным фактором, характеризующим процесс взаимодействия пары «Токоприемник — ПКС», является мгновенное значение контактного нажатия токоприемника на контактный провод (Ркт). Массив данных Ркт позволяет провести анализ эффективности

регулировки ПКС, рассчитать износ контактных элементов токоприемника, определить оптимальное среднее контактное нажатие и оптимальную скорость движения ЭПС.

Для решения поставленной задачи разработано программное обеспечение для ЭВМ «Программа для моделирования контактного нажатия с помощью нелинейной авторегрессионной нейронной сети с экзогенными входами» (ПО).

ПО позволяет моделировать процесс взаимодействия токоприемника с контактным проводом, рассчитывая Ркт. Основой данного ПО являются алгоритмы искусственных нейронных сетей (ИНС) для моделирования процесса с наименьшим числом необоснованных допущений. Данный факт позволяет упростить модель, не снижая ее эффективности, что позволяет использовать меньше вычислительных ресурсов в отличие от других способов [3 — 6]. Наличие обратной связи позволяет учитывать предысторию состояния динамического объекта.

Для моделирования контактного нажатия ИНС использует в расчетах только ту информацию, которая подается на ее вход. От полноты подаваемой информации зависит точность результата выполненной работы. Установлено [7, 8], что на исследуемый процесс влияют следующие факторы:

— зигзаг контактного провода (2);

— расположение контактных проводов в вертикальной плоскости без контактного нажатия (К);

— эластичность контактного провода (п);

— скорость движения ЭПС (и).

Данные об изменении указанных величин подаются на внешние входы ИНС. После выбора входных параметров архитектура сети настраивается, обучается и тестируется по критерию наименьшей ошибки [9].

На начальном этапе работы ПО производится обучение ИНС по выбранной архитектуре с использованием файла, содержащего 40 000 отсчетов экспериментальных данных. Файл для обучения содержит следующие данные: z, Кп, п, и и Ркт. Параметры обучения определяются в соответствии с описанной методикой [9]. Выходной вектор с данными о Ркт, полученными на модели, генерируется длиной соответствующей количеству столбцов входной матрицы за вычетом длин линий задержек. После обучения и сохранения настроенной конфигурации ИНС может использоваться для моделирования Ркт на тестовом участке. Для этого необходимо загрузить входную матрицу данных участка в виде файла, содержащего z, Кп, П и и.

Ошибка моделирования г^ рассчитывается по формуле:

£I ~ (Р — Ркт(мод)I ), (1)

где / — номер отсчета;

Ркт(мод) 1 — модельное мгновенное значение контактного нажатия токоприемника на контактный провод.

Для оценки достоверности модельных данных использованы экспериментальные данные, полученные в ходе испытаний системы токосъема на скоростном испытательном участке Белореченск — Майкоп (2012 г.) (рисунок 1).

■Щ^Н ИЗВЕСТИЯ Транссиб а 3

Средняя относительная ошибка моделирования (А) рассчитывается по формуле:

где п — количество отсчетов.

Полученная архитектура ИНС демонстрирует среднюю относительную ошибку менее 5 % на тестовом участке (рисунок 2).

Рисунок 1 — Сравнение показателей экспериментальных и модельных Рк

О 45 97 1-1-6 194 243 291 340 333 437 436 534 533 631 630 м

Рисунок 2 — Мгновенные значения ошибки моделирования при использовании КАИХ-сети

Для проверки качества моделирования строится гистограмма распределения модельных и экспериментальных Ркт по вероятности попадания значений в пределах границ интервалов (рисунок 3). Оптимальное число интервалов (кк) для гистограммы распределения, рассчитанное по формуле Старджесса [10], составляет 10.

Несмотря на наличие расхождений между экспериментальными и модельными Ркт на основании полученной гистограммы и рассчитанной ошибки моделирования можно сделать вывод о том, что основные статистические показатели соответствуют экспериментальным

4 ИЗВЕСТИЯ Трансе|Ща ||||

данным, что дает возможность использовать полученные результаты для расчета износа контактных элементов токоприемника.

тб-аг и-« й-а 94-им зйо-1м ш-и? 117,-123 153-12? 129-135

сг — эксперимент; * ^оделирсовние

Рисунок 3 — Гистограмма распределения Ркт по вероятности попадания значений

в пределах границ интервалов

После определения Ркт ПО рассчитывает износ контактных элементов токоприемника по методике, предложенной профессором В. П. Михеевым [11]. По данной методике, имея ^-образную зависимость удельного износа от контактного нажатия, предлагается рассчитать изнашивание по длине рассматриваемого участка. Предварительно ^-образная зависимость аппроксимирована с помощью кусочно-нелинейной функции, позволяющей на каждом шаге расчета определять значения удельного износа (рисунок 4).

[(0,0011-(РКТ(мод,)2 — 0.2244 -Р^мод, + 11.9703); 100 < Р^ < 300,

где у — удельный износ, мм /м;

I — длина участка на рассматриваемом отсчете, м; • — суммарный износ, мм .

Таким образом, по ^-образной зависимости удельного износа от нажатия для заданного типа вставок полоза токоприемника и по геометрическим размерам полоза токоприемника можно спрогнозировать износ контактных вставок на заданном пробеге. Распределение износа по ширине полоза зависит от изменения расположения проводов в плане пути. Расчет износа контактных вставок токоприемника по длине участка позволяет установить места ПКС, на которых наблюдается повышенный износ (рисунок 5).

Для определения наилучшей конфигурации регулировок ПКС созданы матрицы с исходными данными для трех вариантов регулировок, где в качестве г и п использованы экспериментально полученные данные. Вместо экспериментальных данных ^ были использованы расчетные (^(расч)), которые задавались синусоидой с различными амплитудами для каждого из вариантов, имитирующими стрелу провеса. Среднее значение ^(расч) в каждом из вариантов одинаково и равно среднему Каждый вариант регулировок рассмотрен при различных скоростных режимах, при этом скорость движения ЭПС на протяжении всего участка задана постоянной. Полученные исходные данные подаются на обученную ИНС. В результате ра-

■Щ^Н ИЗВЕСТИЯ Транссиб а 5

боты ПО рассчитываются показатели контактного нажатия и общий износ контактных вставок при пробеге 60 000 км. В качестве показателей контактного нажатия рассмотрены максимальное и минимальное значения нажатия (Ртах, Ртт) и разброс нажатия (АР). Результаты сведены в таблицу.

Рисунок 4 — Определение износа контактных элементов токоприемника по Р

Рисунок 5 — Интенсивность износа контактных вставок токоприемника по длине перегона (фрагмент)

6 ИЗВЕСТИЯ Транссиба М;4!3Й6)

В результате анализа данных таблицы можно отметить, что наибольший износ вставок токоприемника приходится на ПКС с отрицательной стрелой провеса. С повышением скорости минимальный износ смещается с нулевой стрелы провеса в сторону положительной. При положительной стреле провеса установлено улучшение статистических показателей контактного нажатия с увеличением скорости в сравнении с другими вариантами регулировок.

Показатели износа и контактного нажатия для различных стрел провеса ПКС и скорости движения ЭПС

Скорость, м/с Стрела провеса, мм Pmax, Н Pmin, Н AP, Н Общий износ контактных вставок, 3 мм

33 80 0 -80 149 147 152 8 8 8 1У1 1У1 -Р*. 65 62 67 302 578 285 364 320 556

66 80 0 -80 215 210 220 108 114 103 107 96 117 432 786 426 982 463 245

99 80 0 -80 281 286 295 165 160 150 116 126 145 835 216 838 482 925 895

Разработанное ПО позволяет выполнить качественный анализ влияния изменения стрелы провеса ПКС на износ контактных вставок токоприемника и в зависимости от скорости движения ЭПС рекомендовать стрелу провеса, при которой износ будет минимальным. При отсутствии возможности регулировки ПКС на основании полученных результатов ПО можно рекомендовать допустимые скоростные режимы и оптимальное среднее контактное нажатие токоприемника на участке по условиям допустимого износа контактных вставок токоприемника.

Таким образом, ПО позволяет увеличивать ресурс токосъемных устройств за счет выбора рациональных сочетаний участковой скорости ЭПС и параметров системы токосъема. Кроме того, результаты работы ПО могут быть использованы для регулировки статического нажатия токоприемника в зависимости от скорости движения ЭПС и путевой координаты.

1. Сидоров, О. А. Расчет интегральных показателей качества токосъема с помощью ассоциативных экспертных нейронных сетей [Текст] / О. А. Сидоров, А. Н. Смердин, В. А. Жданов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск. — 2011. -№ 3 (7). — С. 33 — 43.

2. Применение цифровых средств измерения для определения динамических характеристик устройств токосъема [Текст] / О. А. Сидоров, В. М. Павлов и др. // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. — Екатеринбург. — 2007. — № 4. — С. 76 -79.

3. Голубков, А. С. Совершенствование методики исследования волновых процессов в контактной подвески на основе конечно-элементной модели [Текст] / А. С. Голубков, А. Н. Смердин, В. А. Жданов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск. — 2011. — № 1. — С. 30 — 37.

4. Кудряшов, Е. В. Информационное сопровождение жизненного цикла контактной сети на основе конечно-элементной математической модели [Текст] / Е. В. Кудряшов // Токосъем и тяговое электроснабжение при высокоскоростном движении на постоянном токе: Сб. науч. тр. / ОАО «ВНИИЖТ». — М.: Интекст, 2010. — С. 52 — 66.

М;04!3Й6) ИЗВЕСТИЯ Транссиба

5. Zhigang L, Song Y, Han Y., Wang H., Zhang J., Han Z. Advances of research on high-speed railway catenary. Journal of Modern Transportation, 2018, no. 26(1), pp. 1 — 23.

6. L.-M. Cleon, A. Bobillot, J.-P Mentel, E. Aziz, OSCAR: La caténaire en 3D, In Revue Générale des Chemins de Fer, 2006, p. 155.

7. Ермачков, Г. Р. Применение нейронных сетей для моделирования взаимодействия контактной подвески и токоприемника [Текст] / Г. Р. Ермачков, А. Н. Смердин, А. С. Голубков // Материалы XLII междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные технологии на транспорте: образование, наука, практика» / Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. — Алматы, 2018. — С. 66 — 72.

8. Мещеряков, В. А. Предпосылки получения статистически достоверных данных в ходе имитационного моделирования токосъема [Текст] / В. А. Мещеряков, А. Н. Смердин, А. С. Голубков // Вестник Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения / Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения. — М. — 2013. — № 2 (66). — С. 104 — 121.

9. Применение нейронных сетей при моделировании системы токосъема на электрических железных дорогах [Текст] / Г. Р. Ермачков, А. С. Голубков и др. // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск. — 2018. — № 1 (33). — С. 69 — 79.

10. Sturgess H. A. The choice of classic intervals, J. Am. Statist. Assoc., 1926. p. 47.

11. Михеев, В. П. Контактные сети и линии электропередачи [Текст] / В. П. Михеев — М.: Маршрут, 2003. — 416 с.

1. Sidorov O. A., Smerdin A. N., Zhdanov V. A. Calculation of integral indicators of the quality of current collection with the help of associative expert neural networks [Raschet integral’nykh pokazateley kachestva tokos»yema s pomoshch’yu assotsiativnykh ekspertnykh neyronnykh setey]. Transport Urala — The journal of Transport of the Urals, 2011, no. 3 (7), pp. 33 — 43.

2. Sidorov O. A., Pavlov V. M., Smerdin A. N., Zarenkov S. V., Golubkov A. S. The use of digital measuring instruments to determine the dynamic characteristics of current collection devices [Primenenie tsifrovyh sredstv izmerenija dlja opredelenija dinamicheskih harakteristik ustrojstv tokos»ema]. Transport Urala — The journal of Transport of the Urals, 2007, no. 4, pp. 76 — 79.

3. Golubkov A. S., Smerdin A. N., Zhdanov V. A. Perfection of a technique for studying wave processes in a contact suspension based on a finite element model [Sovershenstvovanie metodiki issledovanija volnovyh protsessov v kontaktnoj podveske na osnove konechno-‘elementnoj modeli]. Izvestiia Transsiba — The journal of Transsib Railway Studies, 2011, no 1, pp. 30 — 37.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Kudryashov E. V. Information support of the life cycle of the contact network based on the finite element mathematical model [Informacionnoe soprovozhdenie zhiznennogo cikla kontaktnoj seti na osnove konechno-ehlementnoj matematicheskoj modeli]. Sb. nauch. trudov OAO «VNIIZHT» «Tokos»em i tyagovoe ehlektrosnabzhenie pri vysokoskorostnom dvizhenii na post-oyannom toke» (Sat. sci. works of JSC VNIIZhT «Current-acquisition and traction power supply in high-speed DC motion»). Moscow: Intetext, 2010, pp. 52 — 66.

5. Zhigang L, Song Y, Han Y., Wang H., Zhang J., Han Z. Advances of research on high-speed railway catenary, Journal of Modern Transportation, 2018, no. 26(1), pp. 1 — 23.

6. L.-M. Cleon, A. Bobillot, J.-P Mentel, E. Aziz, OSCAR: La caténaire en 3D, In Revue Générale des Chemins de Fer, 2006, p. 155.

7. Ermachkov, G. R., Smerdin A. N., Golubkov A. S. Use of neural networks for modeling the interaction of a contact suspension and current collector [Primeneniye neyronnykh setey dlya mod-elirovaniya vzaimodeystviya kontaktnoy podveski i tokopriyemnika] Tezisy dokladov Mezhdu-narodnoi konferentsii «Innovatsionnyye tekhnologii na transporte: obrazovaniye, nauka, praktika»

8 ИЗВЕСТИЯ ТрансеЩа |м;п413й6)

(Abstracts of the Int. conference «Innovative technologies in transport: education, science, practice»). Almaty, 2018, pp. 66 — 72.

8. Meshherjakov V. A., Smerdin A. N., Golubkov A. S. The prerequisites for obtaining statistically reliable data in the simulation of the current collection simulation [Predposylki poluchenija statisticheski dostovernyh dannyh v hode imitacionnogo modelirovanija tokos»ema]. Vestnik Vse-rossiiskogo nauchno-issledovatel’skogo i proektno-konstruktorskogo instituta el-ektrovo-zos-troeniia (Vestnik of the All-Russian Scientific Research and Design-Design Institute of Electric Locomotive Building). 2013, no. 2 (66), pp. 104 — 121.

9. Ermachchkov G. R., Sidorov O. A., Golubkov A. S., Smerdin A. N. The use of neural networks in modeling a current collection system on electric railways [Primeneniye neyronnykh setey pri modelirovanii sistemy tokos»yema na elektricheskikh zheleznykh dorogakh] Izvestiia Transsiba — The journal of Transsib Railway Studies, 2018, no. 1(33), pp. 69 — 79.

10. Sturgess H. A. The choice of classic intervals, J. Am. Statist. Assoc., 1926. p. 47.

11. Mikheev V. P. Contact networks and power lines. Moscow: Route, 2003, 416 p.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Голубков Антон Сергеевич

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС.

INFORMATION ABOUT AUTHORS

Golubkov Anton Sergeevich

Omsk State Transport University (OSTU).

35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.

Candidate of Technical Sciences, associate professor of the department «Electricity supply of railway transport», OSTU.

Ермачков Глеб Романович

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Аспирант кафедры «Электроснабжение железнодорожного транспорта», ОмГУПС. E-mail: gl.ermachkov@gmail.com

Ermachkov Gleb Romanovich

Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx st., Omsk, 644046, the Russian Federation.

Post-graduate student of the department «Electricity supply of railway transport», OSTU. E-mail: gl.ermachkov@gmail.com.

Митрофанов Александр Николаевич

Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС).

Свободы ул., д. 2 в, г. Самара, 443066, Российская Федерация.

Доктор технических наук, профессор, директор Научно-исследовательского института энергоэффективности транспорта, СамГУПС.

Mitrofanov Alexander Nikolaevich

Samara State Transport University (SSTU). 2V, Svobody St., Samara, 443066, Russian Federation.

Doctor of Technical Sciences, Professor, Director of the Research Institute for Energy Efficiency of Transport, SSTU.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Голубков, А. С. Увеличение ресурса токосъем-ных устройств за счет выбора рациональных сочетаний участковой скорости электроподвижного состава и параметров системы токосъема [Текст] / А. С. Голубков, Г. Р. Ермачков, А. Н. Митрофанов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск. — 2018. — № 4 (36). — С. 2 — 9.

Golubkov A. S., Yermachkov G. R., Mitrofanov A. N. Increase of the resource of current collectors by the means of choice rational combinations of the sectional speed of electrical trains and parameters of the current collection system. Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 4, no 36, pp. 2 — 9 (In Russian).

N:n4i!6)^B ИЗВЕСТИЯ Транссиб a 9

автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему: Исследование влияния водно-химических режимов на коррозию углеродистой стали и образование отложений продуктов коррозии в тракте барабанных котлов

Автореферат диссертации по теме «Исследование влияния водно-химических режимов на коррозию углеродистой стали и образование отложений продуктов коррозии в тракте барабанных котлов»

На правах рукописи

МАКРУШИН ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОДНО-ХИМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НА КОРРОЗИЮ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЖ И ОБРАЗОВАНИЕ ОТЛОЖЕНИЙ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ В ТРАКТЕ БАРАБАННЫХ КОТЛОВ

Специальность 05.14.14 — Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре Технологии воды и топлива ГОУВПО «Московский энергетический институт (Технический университет)»

— доктор технических наук, профессор

Петрова Тамара Ивановна

— доктор технических наук, профессор

Селезнев Лев Иванович

— кандидат технических наук, старший научный сотрудник Харина Ирина Лазаревна

Защита состоится « №» 2005 года, в // час. мин.

заседании диссертационного совета Д 212.157.07 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан « » ля^а*_2005 г.

диссертационного совета Д 212.157.07

к.т.н., профессор ~«г, Лавыгин В.М..

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из важнейших факторов, определяющих надёжность и экономичность работы энергоблоков ТЭС, являются коррозионные повреждения оборудования, в частности, котельного, а также образование отложений на теплопередающих поверхностях. Эти процессы характерны для всех участков пароводяного тракта котла. В литературе отмечено, что 26% всех повреждений в котлах связано с коррозионными процессами труб. Имеющиеся в литературе данные практически не позволяют оценить влияние типа водно-химического режима (ВХР) барабанных котлов как на скорость коррозии сталей в воде высокой температуры при наличии органических примесей (органики), так и на скорость образования отложений продуктов коррозии сталей при различных тепловых потоках. Поэтому получение данных по скорости коррозии углеродистой стали в воде при температуре, характерной для работы подъёмных труб барабанных котлов высокого давления при ВХР, альтернативных фосфатному: аммиачном с дозированием щелочи в барабан котла (АВР), кислородно-аммиачном (КАВР) и восстановительном (ВВР) ВХР — имеет большое практическое значение. Важно также определить влияние теплового потока на скорость образования отложений продуктов коррозии на поверхности углеродистой стали в зависимости от типа ВХР.

Данная работа выполнена в рамках договора между Исследовательским институтом электроэнергетики (ЕРЫ), США и Московским энергетическим институтом «Изучение образования отложений на поверхностях барабанного котла».

Цель работы состоит в экспериментальном изучении влияния: типа ВХР (АВР, КАВР, ВВР) на скорость коррозии углеродистой стали в воде при температуре ~330°С; органики на скорость коррозии углеродистой стали при той же температуре; теплового потока на скорость образования отложений

продуктов коррозии железа при ^^¿^Й’иональна» .

1. Разработать методики проведения опытов на экспериментальной установке по изучению, скорости коррозии углеродистой стали в воде при различных ВХР и качестве воды; влияния теплового потока на скорость образования отложений продуктов коррозии железа.

2. Исследовать влияние типа ВХР на скорость коррозии углеродистой стали применительно к условиям работы (температура, давление, скорость потока) труб барабанного котла высокого давления.

3. Изучить влияние органики на скорость коррозии углеродистой стали при тех же параметрах.

4. Исследовать влияние теплового потока на скорость образования отложений продуктов коррозии железа на поверхности углеродистой стали при АВР, КАВР и различных концентрациях железа.

5. Определить влияние продуктов коррозии меди на скорость образования отложений продуктов коррозии железа на поверхности углеродистой стали.

Научная новизна работы:

1. Получены экспериментальные данные о влиянии типа ВХР на скорость коррозии углеродистой стали в воде при температуре ~330°С.

2. Впервые установлено влияние типа ВХР на скорость коррозии углеродистой стали в воде в присутствии органики при температуре ~330°С при АВР и КАВР.

3. Установлено, что при разложении гуминовых кислот основным продуктом разложения является уксусная кислота, концентрация которой в воде при КАВР выше, чем при АВР.

4. Получены данные о влиянии теплового потока и концентрации продуктов коррозии железа и меди в воде на скорость образования отложений продуктов коррозии железа при АВР и КАВР

5. Определены формы существования продуктов коррозии железа и меди в воде и в отложенц^^ЩИ’ исследованных ВХР.

Практическая ценность работы. Выполненные в стендовых условиях исследования позволили определить влияние органики и ВХР на скорость коррозии углеродистой стали в воде при температуре ~330°С, а также влияние ВХР на скорость образования отложений на поверхности углеродистой стали, и тем самым прогнозировать продолжительность работы котельных труб при указанной температуре. Полученные данные позволяют выбрать оптимальный ВХР для барабанных котлов высокого давления.

Результаты исследований могут быть использованы для повышения надёжности и экономичности работы котлов, особенно в условиях эксплуатации с использованием источников водоснабжения с высоким содержанием органических примесей путём разработки мероприятий, направленных на совершенствование схем обработки добавочной воды.

Данные могут использоваться при создании математических моделей образования отложений в котлах высокого давления с учётом ВХР и содержания примесей в воде.

Степень достоверности результатов. Основные научные положения, изложенные в работе, достаточно полно и убедительно обоснованы результатами стендовых исследований. Методика проведения экспериментальных исследований, использование современных измерительных средств и их тарировка дают основание утверждать, что полученные данные достоверны.

Апробаиия работы. Результаты работы докладывались на трёх международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (март 2003-2005 года, г. Москва) и на заседании кафедры технологии воды и топлива в 16.03.2005 г.

Личный вклад автора: разработка отдельных узлов экспериментальной установки и методик проведения экспериментов, участие в проведении экспериментов, в обработке и анализе результатов исследований.

Публикации. В ходе работы над диссертацией опубликованы четыре статьи и два научных отчёта.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 124 страницах машинописного текста, включая 44 рисунка и 28 таблиц. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, выводов и списка литературы, включающего 94 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы и приведена краткая характеристика работы.

Первая глава содержит обзор литературы по влиянию ВХР на скорость коррозии углеродистой в воде высоких параметров, поведению органики в пароводяном тракте; описаны факторы, влияющие на образование отложений продуктов коррозии железа на поверхностях котельного оборудования.

Процессы коррозии и образования отложений на поверхностях нагрева в котлах являются одной из основных причин снижения надежности и экономичности работы оборудования. Коррозионные процессы интенсифицируются при наличии отложений, особенно на теплопередающих поверхностях при высоких тепловых потоках. В настоящее время на тепловых электростанциях с барабанными котлами основным ВХР является режим с дозированием гидразина и аммиака в конденсатно-питательный тракт и фосфатов в барабан котла. Однако при режиме фосфатирования возникает ряд проблем, приводящих к усилению коррозионных процессов. Поэтому имеется тенденция перехода к другим способам коррекции качества котловой воды. На зарубежных тепловых электростанциях с барабанными котлами всё более широкое распространение получает ВХР с дозированием кислорода. Одним из перспективных ВХР может быть ВВР. Из обзора литературных данных следует, что решение вопросов, связанных с изучением факторов, влияющих на коррозионные процессы и образование отложений в трубах барабанных котлов имеют большое практическое значение, т.к. получение количественных зависимостей позволит оптимизировать работу оборудования. Однако в настоящее время

практически невозможно оценить влияние типа ВХР на скорость коррозии сталей в воде в присутствии органики в трубах барабанных котлов. Поэтому возникает задача получения количественных зависимостей о влиянии типа ВХР на скорость коррозии углеродистой стали при параметрах работы барабанных котлов высокого давления (давление, температура) при АВР, КАВР и ВВР.

На основании проведённого обзора литературы сформулированы задачи исследований.

Во второй главе приведено описание экспериментальной установки и методик проведения опытов по изучению: скорости коррозии углеродистой стали в воде при различных ВХР и качестве воды; влияния теплового потока и концентрации продуктов коррозии железа на скорость образования отложений.

Для проведения опытов использовалась экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 1.

1 — бак; 2,2А,2Б — холодильники; 3 — дренаж; 4 — насосы; 5 — ресивер; 6 -газовый баллон с азотом; 7,7А — группа дроссельных вентилей; 8 -теплообменник; 9 — подогреватели; 10,16,17,18 — отборы пробы; 11 — ёмкости для дозирования реагентов; 12 — насос-дозатор; 13 — электронагреватель экспериментального участка; 14 — экспериментальный участок; 15 -расходомер; 19 — Н-катионитные фильтры; 20 — ФСД

Установка состояла: из системы для обработки воды; насосов; системы теплообменников для нагрева воды до заданной температуры; экспериментального участка; системы для дозирования реагентов в тракт установки; пробоотборников для отбора проб. Все элементы оборудования установки, за исключением экспериментального участка, были изготовлены из нержавеюшей стали. Установка рассчитана для работы при давлениях до 25 МПа и температурах до 500°С. При проведении опытов в качестве рабочей среды использовался конденсат отборного пара, поступавший с ТЭЦ МЭИ, на которой используется АВР. Экспериментальный участок (рис. 2) представляет собой вертикально расположенную трубку длиной 150 мм, внешним диаметром 11.8 мм и внутренним диаметром 9.8мм, изготовленную из углеродистой стали (Ст.20). Для создания теплового потока к экспериментальному участку были подведены токоподводы (рис. 3).

1 — экспериментальный участок; 2 — трансформатор для подачи нагрузки на экспериментальный участок; 3,4 и 7,8 — термопары для измерения температуры воды соответственно на входе и выходе из экспериментального участка; 5,6 — термопары для измерения температуры стенки экспериментального участка; 9 — манометр; 10 — амперметр; 11 -токоподводы

Рис. 2. Экспериментальный участок

Рис. 3. Принципиальная схема

Все эксперименты по изучению влияния ВХР на скорость коррозии углеродистой стали в воде проводились при АВР, КАВР и ВВР; влияние органики изучалось при АВР и КАВР. Во всех экспериментах давление поддерживалось равным 18.0 МПа, температура воды около 330°С; линейная скорость движения воды ~ 0,3 м/сек. В процессе опытов вода из нижней части бака (рис. 1) направлялась на всас насосов, после которых подавалась в ресивер, предназначенный для сглаживания пульсаций давления в контуре. Далее вода поступала в теплообменник, где она предварительно нагревалась конденсирующимся паром контура. После теплообменника вода проходила через подогреватели, после которых поступала в экспериментальный участок. При КАВР конденсат отборного пара ТЭЦ МЭИ пропускался через систему ионообменных фильтров для получения воды, соответствующей нормам ПТЭ при этом ВХР. Концентрация кислорода в воде регулировалась режимом кипения в баке и поддерживалась на уровне 20040 0 мкг/дм3. При ВВР в воду перед экспериментальным участком дозировался раствор гидрохинона, концентрация которого в течение каждого эксперимента поддерживалась постоянной и составляла около 150 мкг/дм3. При изучении влияния органики на скорость коррозии углеродистой стали в воду перед экспериментальным участком вводился раствор гуминовых кислот: концентрация органики в воде перед экспериментальным участком поддерживалась на уровне 0.10 мг О/дм3.

Опыты, цель которых состояла в изучении влияния теплового потока на скорость образования отложений продуктов коррозии железа на поверхности углеродистой стали, проводились при АВР и КАВР при давлении 18МПа, температуре ~330°С, линейной скорости движения воды — 0,3 м/сек и различных тепловых потоках. Опыты проводились при двух концентрациях продуктов коррозии железа (CFe -10 и -40 мкг/дм3) в воде, поэтому в воду перед экспериментальным участком дозировались продукты коррозии железа. В некоторых экспериментах изучалось влияние продуктов коррозии меди на скорость образования продуктов коррозии железа. Поэтому

в воду перед экспериментальным участком вместе с продуктами коррозии железа дозировались продукты коррозии меди.

Во всех экспериментах проводился контроль за работой установки по следующим параметрам: измерялись давление, температура, расход воды; контролировалось качество воды до и после экспериментального участка. Давление измерялось с помощью манометров; точность измерения — 0.1 МПа. Температура стенки экспериментального участка и воды измерялись с помощью хромель-алюмелевых термопар; точность измерения — 0.8°С. Расход воды контролировался с использованием электромагнитного счётчика-расходомера, класс точности — 0.3. Для определения величины теплового потока измерялись сила тока и напряжение, подаваемые к экспериментальному участку. Сила тока измерялась с помощью амперметра (класс точности — 0.2), а напряжение — с помощью вольтметра (класс точности — 0.01). Тепловой поток ^ кВт/м2) рассчитывался по формуле:

9 = 11*1 / 5ВН, где: и — напряжение на экспериментальном участке, Весила тока, А; 8ВН — площадь внутренний поверхности экспериментального участка, м2.

В процессе проведения опытов качество воды контролировалось в следующих точках: после бака, до и после экспериментального участка, после системы фильтров. Кроме автоматических приборов (кондуктометр, рН-метр, рКа-мер, кислородомер) использовались аналитические методы анализа. Окисляемость определялась объемным методом; точность — 0.08 мг О/дм3. Концентрации железа и меди измерялись с помощью спектрофотометра ААБ’-З; чувствительность — 2 мкг/дм3. Концентрация ацетатов определялись на ионном хроматографе «Оюпех»; чувствительность — 2 мкг/дм3. Была разработана и установлена система для записи и сбора данных, поступающих от приборов автоматического химического контроля. Определялся также состав продуктов коррозии железа и меди в воде на входе в экспериментальный участок. Для этого проба воды перед экспериментальным участком фильтровалась через ультра-фильтр с

размерами пор 0.45 мкм, после чего осадок на ультра-фильтре исследовался. Определение состава осадка проводилось рентгенографическим методом с помощью ренггеновского дифрахтометра. Этот же метод использовался для определения фазового состава отложений на поверхности образцов.

В третьей главе рассматриваются данные о влиянии ВХР на скорость коррозии углеродистой стали в воде. Было установлено (табл. I), что скорость коррозии углеродистой стали в воде при температуре ~330°С при КАВР ниже, чем при АВР и ВВР. При проведении экспериментов не было возможности определить вынос продуктов коррозии с поверхности углеродистой стали в воду, т.к. концентрация железа в воде перед экспериментальным участком была ниже чувствительности определения железа. Однако, исходя из концентраций железа в воде после экспериментального участка, можно предположить, что он минимален при КАВР.

В присутствии в воде органики опыты проводились при АВР и КАВР. При наличии в исходной воде органики скорость коррозии углеродистой стали при АВР повысилась в 3.8 раза, а при КАВР — в 8 раз по сравнению с условиями, при которых органика отсутствовала. При АВР скорость коррозии была примерно в 1.5 раза меньше, чем при КВР (табл. 1, рис. 4).

Влияние ВХР на скорость коррозии углеродистой стали (средние значения)

ВХР качество воды перед ЭУ после ЭУ Скорость коррозии, *10’2 мг/см2час

рн X Хн ОВП, мВ Со2 Сма Сре Ск С(СНЗСОООН)

АВР 9,0 3,9 0,40 30 5-10 1.9 )

КАВР ВВР 8,2 2,3 0,45 206 262 3,1

АВР+ орг. 8,9 4,0 0,42 5 5-10 1,8

КАВР +орг. 8,0 2,2 0,51 160 271 3,2

Примечание: ЭУ — экспериментальный участок.

□ ВХР без органики ■ ВХР с органикой

Рис. 4. Влияние ВХР и органики на скорость коррозии углеродистой стали при температуре ~330°С

При дозировании торфяной вытяжки в воде после экспериментального участка резко увеличилось содержание ацетатов: при АВР до ~ 800, а при КАВР ~ 1100 мкг/дм3 (в исходном растворе, содержавшем торфяную вытяжку, концентрация ацетатов была 2 мкг/дм3). Большие концентрации ацетатов при КАВР связаны, видимо, с более высокой скоростью разложения органики в присутствии кислорода.

Таким образом, полученные данные показывают, что скорость коррозии углеродистой стали в воде при высокой температуре зависит как от типа ВХР, так и от наличия в воде органики.

В четвёртой главе приведены экспериментальные данные о влиянии теплового потока на скорость образования отложений продуктов коррозии железа и меди на поверхности углеродистой стали при АВР и КАВР и концентрациях продуктов коррозии железа в воде ~10 и ~40мкг/дм3. Тепловой поток изменялся от 50 до 300 кВт/м2.

Установлено (табл. 2), что с увеличением теплового потока скорость образования отложений, в том числе рыхлых, при АВР и КАВР увеличивалась при исследованных концентрациях продуктов коррозии железа в воде. Повышение концентрации продуктов коррозии железа от ~10 до ~ 40 мкг/дм3 также приводило к росту скорости образования отложений

при всех исследованных значениях теплового потока. При одповрег-ч’ч ‘V наличии в воде перед экспериментальным участком продуктов коррозии железа и меди (табл. 3) общее количество отложений на поверхности металла увеличивалось с повышением теплового потока.

Скорость образования отложений продуктов коррозии железа (Ак) при различных тепловых потоках при АВР и КАВР (средние значения)

Ч’ 2 кВг/м качество воды до ЭУ CFe , Аь’ ,

ВХР рН У Хн ОВП, CNJ (после ЭУ) *10 мг/см час

мкСм/см мВ мкг/дм3 рыхлые общие

54,6 9,2 5,7 0,82 65 5,11 10,5 6,0 0,71 0,92

48,5 8,9 5,7 0,38 72 0,93 6,8 3,9 0,23 0,41

50,2 9,1 6,0 0,20 60 0,69 7,8 5,1 0,49 0,59

150,4 9,4 5,6 0,41 85 1,23 8,5 4,5 0,54 0,73

159,9 9,1 5,9 0,31 70 0,52 9,0 2,5 1,06 1,50

АВР 291,5 9,2 6,3 0,39 75 1,45 9,8

294,5 9,3 5,6 0,32 80 3,54 10,1

294,4 9,3 5,8 0,35 74 3,10 10,3

48,1 9,3 5,2 0,40 76 2,1 46,3 37,1 1,13 1,45

51,1 9,2 5,5 0,38 71 2,3 51,6 47,4 1,39 2,00

149,5 9,1 6,1 0,20 80 2,4 41,.6 28,6 1,80 2,20

298,5 9,1 5,9 0,34 65 4,2 38,2 13,6 3,89 5,37

49,6 8,3 2,4 0,50 275 2,75 5,6 4,5 0,22 0,37

151.8 8.2 2,4 0,40 230 2,90 9,5 6,0 0,51 0,73

148.8 7.8 2.5 0.20 260 3.33 10,0 8,2 0,25 0,36

303.5 8.1 2.6 0,30 280 1.17 8,0

КАВР 310.4 8.3 3.5 0.50 280 1 42 6,8

50,0 8,1 2,1 0,40 225 2,5 38,8 37,0 0,28 0,45

156,0 8,2 6,5 0,41 240 2,5 39,0 33,0 0,50 1,10

151,2 7,7 7,6 0,20 240 92,6 52,0 42,0 0,80 1,50

303,4 7,9 2,5 0,20 230 3,3 45,5 28,5 1,80 2.40

Скорость образования отложений продуктов коррозии железа и меди (АГе+Си) при различных тепловых потоках при АВР и КАВР (средние значения)

ВХР Ч’ 2 кВт/м качество воды до ЭУ после ЭУ •A-Fe+Cu, *10’2 мг/см2час

рН X Хн ОВП, мВ Cn« cFe Со, Сн Сси

мкСм/см мкг/ дм»1 рыхлые общие

АВР 50,3 9,0 3,7 0,39 65 5,9 5,7 8,8

300,0 9,1 6,0 0,38 85 6,3 6,8 14,2

50,8 9,1 4,4 0,42 70 4,6 42,1 15,3 30,1 13,2 1,05 1,50

298,2 9,3 5,1 0,37 80 j 3,9 36,9 9,6 11,9 3,3 4,12 5,52

КАВР 50,0 8,4 2,5 0,20 245 4,5 9,0 16,1 7,8 15,0 0,13 0,30

300,0 7,9 2,4 0,31 235 6,8 7,9 12,0

49,3 8,1 1,5 0,20 220 2,0 36,6 16,4 34,8 16,0 г 0,25 0,49

275,7 8,0 2,6 0,45 270 4,0 40,2 8,4 20,2 6,0 1,06 2,70

Сравнение скоростей образования отложений продуктов коррозии железа в присутствии продуктов коррозии меди и без них в исходной воде показывает, что при тепловых потоках -50 и -300 кВт/м2 наличие продуктов коррозии меди практически не влияло на скорость образования продуктов коррозии железа на поверхности углеродистой стали.

В пятой главе дана оценка влияния ВХР на скорость образования отложений продуктов коррозии железа на поверхности металла. Установлено, что для всех тепловых потоков наибольшая скорость образования отложений наблюдалась для АВР. Это относится как к общему количеству отложений, так и к количеству рыхлых отложений (рис. 5) и характерно для низких и повышенных концентраций продуктов коррозии железа в исходном растворе. При исследованных концентрациях продуктов коррозии железа в воде перед экспериментальным участком при АВР количество рыхлых отложений было выше, чем при КАВР. Этот факт позволяет предположить, что при АВР возрастает вероятность смыва отложений с поверхности трубы и перенос их по тракту.

В присутствии продуктов коррозии меди количество рыхлых отложений также было больше для АВР. Возможно, что количество рыхлых отложений при исследованных ВХР связано с формой существования продуктов коррозии железа в оксидном слое, контактирующем с водой. При КАВР продукты коррозии железа, поступавшие на экспериментальный участок, находились в воде преимущественно в виде yFeO(OH), а меди — в виде фазы структурного типа шпинели CuZn02. При АВР продукты коррозии железа в воде находились преимущественно в виде РезС>4, а меди — в виде Си20; в воде также присутствовали продукты коррозии цинка (в следовых концентрациях) в виде ZnO. Таким образом, при КАВР продукты коррозии железа находились в виде парамагнитных соединений, а при АВР — в виде магнитных, что согласуется с литературными данными. Возможно, что это является одной из причин большей скорости образования отложений при

АВР по сравнению с КАВР. По этот факт может иметь место только в том случае, если поверхность трубы подвержена действию магнитного поля.

Было установлено, что при исследованных тепловых потоках 50 и 300 кВт/м2, количество отложений продуктов коррозии меди при АВР было выше, чем при КАВР. а.

тепловой поток, кВт/мЛ2

тепловой поток, кВт/мЛ2

■ АВР — общие Ш АВР — рыхлые 1КВР — общие Ш КВР — рыхлые

Рис. 5. Количество отложений продуктов коррозии железа (АРе) при различных ВХР: а — CFe~ 10 мкг/дм3, в — СЬе~ 40 мкг/дм3

Результаты фазового состава отложений образовавшихся на образцах при АВР и КАВР при одновременном дозировании в воду продуктов коррозии железа и меди и тепловом потоке 300кВт/м2 приведены в таблице 4

Установлено, что соотношение между Ре20з и Ре3Од в верхнем и внутреннем слоях зависит от типа ВХР. При АВР медь, как во внешнем, так и во внутреннем слое находилась в основном в виде СшО, а при КАВР — в виде СиО.

Фазовый состав продуктов коррозии железа и меди на поверхности стали

ВХР Место анализа Фазовый состав отложений Отношение количества гематита к количеству магнетита (по массе)

АВР (Я=300кВт/м2) Верхний (рыхлый) слой Магнетит, гематит, Си20 — следы 0,27

Нижний слой Магнетит, гематит, Си20 — следы 0,17

КАВР (Я=300кВт/м2) Верхний (рыхлый) слой Магнетит, гематит, СиО — следы 0,38

Нижний слой Магнетит, гематит, СиО — следы 0,72

Количество отложений продуктов коррозии, образующихся на поверхности металла, определяется двумя процессами: коррозией и осаждением продуктов коррозии из воды, контактирующей с поверхностью металла. Анализ отложений, образовавшихся на поверхности образцов только в результате протекания коррозионных процессов (см. табл. 1) позволил определить скорость образования отложений при исследованных ВХР. Установлено, что в этом случае скорость образования отложений была наименьшей при КАВР (табл. 5).

Количество и состав верхнего слоя отложений продуктов коррозии железа

при различных ВХР, образовавшихся в процессе коррозии

Тип ВХР Количество отложений продуктов коррозии железа, *10″2 мг/см2час Отношение количества гематита к количеству магнетита (по массе)

АВР 0,130 0,165 0,05-0,10

КАВР 0,120 0,085 0,15

ВВР 0,110 0,140 0,07

АВР + органика 1,000 0,110 1,3±0,1

КАВР + органика 1,286 0,363 1,2±0,2

Анализ образцов показал, что их поверхность была (¡окрыта отложениями, состоявшими из двух слоёв: при всех ВХР верхняя часть слоя состояла из рыхлых отложений, которые легко удалялись мех?ни»ее*’и; внутренний слой был плотно сцеплён с поверхностью металла. При АВР верхний и внутренний слой на 90-95% состоял из Рс5()л. При КЧЯР всрхгий слой состоял из смеси Ре20( (»85%), Ре30) и аРе; внутренний слой полностью состоял из Ре20з. При ВВР как верхний, так и внутренний слой состоял преимущественно из РезС>4.

При наличии в воде органики количество отложений, обусловленное протеканием коррозионных процессов на поверхности металла, резко увеличивалось, особенно при КАВР. Количество рыхлых отложений в присутствии органики резко возросло по сравнению с ВХР без органики. Наличие большого количества рыхлых отложений может привести к срыву их с поверхности металла, увеличению их содержания в воде и отложению на поверхности металла на других участках пароводяного тракта. Верхний слой отложений при АВР и КАВР в присутствии органики состоял из смеси Ре20з и Ре304. причём их соотношение было равно-М3.2Таким образом наличие органики в воде привело к увеличению соотношения между Ре203 и Ре30) примерно в 8-13 раз. Анализ имеющихся литературных данных показывает, что при температурах воды 100-250 °С увеличение концентрации ацетатов приводило к растворению Ре304 с образованием Ре203 в соответствии с реакцией:

Ре304 + 2СН,СООН Ре(СН3СОО)„2″п + (2-п)СНзСОО» + Н20 + Ре203

Таким образом проведенные исследования еще раз подтвердили, что концентрация органики в добавочной и питательной воде должна нормироваться. В заключение следует отметить, что в данной работе получены зависимости, характеризующие скорость образования отложений как функция от теплового потока, концентрации продуктов коррозии железа и типа водно-химического режима. Из полученных данных следует, что для

снижения скорости образования отложений необходимо проводить мероприятия, позволяющие работать при более низких тепловых потоках, т.е. влиять на топочный режим котлов. Кроме того, необходимо поддерживать концентрацию продуктов коррозии железа в воде ниже их растворимости при соответствующих параметрах, что может бать достигнуто оптимизацией ВХР.

1. Приведены экспериментальные данные о влиянии ВХР на скорость коррозии углеродистой стали в воде при параметрах работы барабанных котлов высокого давления. Опыты проводились при ВХР, альтернативных режиму фосфатирования: АВР, КАВР и ВВР. Установлено, что при КАВР скорость коррозии была ниже в 1.4 раза по сравнению с АВР и в 1.2 раза ниже по сравнению с ВВР.

2. Получено, что наличие органики в воде при темперетуре ~330°С увеличивало скорость коррозии углеродистой стали при АВР в 3.8 раза, а при КАВР — в 8 раз.

3. Установлено, что при разложении гуминовых кислот в условиях проведения опытов основным продуктом разложения была уксусная кислота, концентрация которой в воде при КАВР была выше, чем при АВР.

4. Установлена зависимость скорости образования отложений продуктов коррозии железа от теплового потока при двух концентрациях железа в воде (-10 и -40 мкг/дм3) при АВР и КАВР. С увеличением теплового потока скорость образования отложений увеличивалась как для АВР, так и для КАВР.

5. Скорость образования отложений зависела от концентрации продуктов коррозии железа в воде: с увеличением концентрации железа она возрастала.

6. Установлено, что при КАВР скорость образования отложений ниже, чем при АВР для одних и тех же условий (тепловой поток, температура,

концентрация железа). Так при тепловом потоке 300 кВт/м2 при КАВР скорость образования отложений была равна 1.6*10″2 мг/дм3, а при АВР -3.5*10″2 мг/дм3.

7. Наличие продуктов коррозии меди практически не влияло на скорость образования отложений продуктов коррозии железа при тепловых потоках 50 и 300 кВт\м2. Количество отложений продуктов коррозии меди при АВР больше, чем при КАВР.

8. Определены формы существования продуктов коррозии железа в воде, поступавшей на экспериментальный участок при АВР и КАВР (при АВР — Ре304, при КАВР — уРеО(ОН).

9. Анализ образцов, вырезанных из экспериментальных участков, показал, что формы существования продуктов коррозии железа и меди в отложениях зависят от типа ВХР.

10. Полученные данные могут быть использованы для прогнозирования количества отложений при АВР и КАВР при различных значениях теплового потока и создания математических моделей, описывающих процессы образования отложений и скорости коррозии в пароводяном тракте тепловых электростанций.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Макрушин В.В., Петрова Т.И. Факторы, влияющие на образование отложений в котельных трубах // Девятая междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. — М., 2003. — Т.З. — С. 122-123.

2. Макрушин В.В., Петрова Т.И. Экспериментальная установка и методика проведения экспериментов по изучению скорости коррозии и образования отложений на теплопередающих поверхностях // Десятая междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. — М., 2004. — Т.З. — С. 101.

3. Макрушин В.В., Петрова Т.Н. Влт

на скорость коррозии углеродистой стали в рр

Одиннадцатая междунар. науч.-техн. к

«Радиоэлектроника, электротехника и энер 2006″4

Т.З. — С. 139-140. 4195

4. Влияние водно-химических режш»

скорость коррозии углеродистой стали в воде / Петрова Т.И., Кашинский В.И., Макрушин В.В. и др. // Новое в Российской электроэнергетике. 2005. -№3. — С. 16-22.

Подписано в печать/^» Зек. т Тир. (00 Пл. Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д.13

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Макрушин, Владимир Викторович

1. ПОВЕДЕНИЕ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ И ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ

В ВОДЕ ВЫСОКИХ ПАРАМЕТРОВ.

1.1. Влияние водно-химических режимов на скорость коррозии углеродистой стали в воде высоких параметров.

1.2. Поведение органических примесей в пароводяном тракте тепловых электростанций и их влияние на скорость коррозии углеродистой стали.

1.3. Факторы, влияющие на образование отложений продуктов коррозии железа на поверхностях котельного оборудования.

1.3.1. Влияние теплового потока и концентрации железа на скорость образования отложений продуктов коррозии железа.

1.3.2. Влияние водно-химических режимов на структуру и скорость образования отложений продуктов коррозии железа.

1.3.3. Влияние рН на скорость образования отложений продуктов коррозии железа.

1.3.4. Влияние меди на образование отложений продуктов коррозии железа.

1.4. Постановка задачи исследования.

2. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИК ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ.

2.1. Экспериментальная установка для изучения скорости коррозии и образования отложений.

2.2. Методики проведения экспериментов.

2.3. Контроль за тепломеханическими и химическими параметрами в процессе работы экспериментальной установки.

2.4. Расчет погрешности экспериментальных данных.

3. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ НА СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ.

3.1. Влияние водно-химических режимов на скорость коррозии углеродистой стали в воде.

3.2. Влияние органических примесей на скорость коррозии углеродистой стали в воде.

4. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА НА СКОРОСТЬ ОБРАЗОВАНИЯ

ОТЛОЖЕНИЙ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ ЖЕЛЕЗА И МЕДИ НА

ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ.

4.1. Аммиачный водно-химический режим.

4.2. Кислородно-аммиачный водно-химический режим.

5. ВЛИЯНИЕ ВОДНО-ХИМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НА ПОВЕДЕНИЕ

ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ В ВОДЕ.

5.1. Влияние водно-химических режимов на скорость образования отложений продуктов коррозии на поверхности углеродистой стали.

5.2. Влияние водно-химических режимов на формы существования продуктов коррозии железа и меди в воде и на поверхности углеродистой стали.

5.3. Влияние органических примесей на скорость коррозии углеродистой стали в воде высокой температуры при аммиачном и кислородно-аммиачном водно-химических режимах.

Введение 2005 год, диссертация по энергетике, Макрушин, Владимир Викторович

Несмотря на большие усилия ученых и энергетиков, направленные на снижение скорости коррозии конструкционных материалов и уменьшение интенсивности образования отложений в пароводяном тракте тепловых электростанций, как в России, так и в других странах, эти процессы являются одной из основных причин снижения надежности и экономичности работы оборудования. Так, по данным исследовательского института электроэнергетики (США) коррозионные процессы являются одной из причин повреждения котлов, причем разрушения, связанные с коррозией составляют 20% от всех повреждений котельного оборудования. По данным того же института в США такие повреждения приводят к снижению установленной мощности на 2.5-КЗ%. По данным зарубежных исследователей процессы коррозии и образования отложений в пароводяном тракте ТЭС являются основной причиной повышения стоимости пара и электроэнергии, причем самая высокая составляющая стоимости — стоимость возмещения пара и электроэнергии, которая в США в настоящее время достигла 7000 долл. США на 1 МВт.

Основными причинами коррозионных повреждений котельных труб являются: водородное охрупчивание, кислотно-фосфатная коррозия, щелочное растрескивание. Эти процессы усиливаются в областях с высокими тепловыми и механическими нагрузками. Так, под действием повышенных механических нагрузок происходит разрыв защитной магнетитовой плёнки, в результате чего интенсифицируются коррозионные процессы под действием примесей, содержащихся в воде. Особенно интенсивно эти процессы протекают при ухудшении качества рабочей среды, например, при снижении рН. Коррозионные процессы характерны для всех участков пароводяного тракта котла: экономайзер, подъёмные и опускные трубы, барабан котла. В литературе отмечено, что 26% всех повреждений в котлах связано с коррозионными процессами труб. Такое же количество повреждений приходится на барабаны котлов низкого давления.

Коррозионные процессы интенсифицируются при наличии отложений, особенно на теплопередающих поверхностях при высоких тепловых потоках. В настоящее время на тепловых электростанциях с барабанными котлами основным водно-химическим режимом является режим с дозированием гидразина и аммиака в конденсатно-питательный тракт и фосфатов в барабан котла. Однако при режиме фосфатирования возникает ряд проблем, приводящих к усилению коррозионных процессов. Поэтому имеется тенденция перехода к другим способам коррекции качества котловой воды. На зарубежных тепловых электростанциях с барабанными котлами всё более широкое распространение получает водно-химический режим с дозированием кислорода.

Но имеющиеся в литературе данные практически не позволяют оценить влияние типа водно-химического режима на скорость коррозии сталей в воде высокой температуры; применительно к условиям работы барабанных котлов с дозированием в котловую воду ЫаОН или кислорода; практически невозможно оценить влияние типа водно-химического режима на скорость образования отложений продуктов коррозии при различных тепловых потоках.

На коррозионные процессы в котлах влияет не только тип водно-химического режима, но и состав примесей, содержащихся в воде. В первую очередь это относится к органическим соединениям, которые, поступая в область высоких температур, разлагаются с образованием коррозионно-активных примесей. Имеющиеся в литературе данные по коррозии сталей в присутствии органических примесей относятся к области низких температур и противоречивы.

Поэтому получение данных по скорости коррозии углеродистой стали в воде при температуре, характерной для работы подъемных труб барабанных котлов высокого давления при аммиачном, кислородноаммиачном и восстановительном водно-химических режимах имеет большое практическое значение. Важно также определить влияние теплового потока на скорость образования отложений продуктов коррозии на поверхности углеродистой стали в зависимости от типа водно-химического режима, что позволит оценить межпромывочный период работы оборудования. Данные, полученные по скорости образования отложений продуктов коррозии железа в зависимости от теплового потока при различных концентрациях продуктов коррозии железа в воде, могут быть использованы для разработки математической модели образования отложений в котлах.

Заключение диссертация на тему «Исследование влияния водно-химических режимов на коррозию углеродистой стали и образование отложений продуктов коррозии в тракте барабанных котлов»

1. Приведены экспериментальные данные о влиянии водно-химических режимов на скорость коррозии углеродистой стали в воде при параметрах работы барабанных котлов высокого давления. Опыты проводились при водно-химических режимах, альтернативных режиму фосфатирования: аммиачном, кислородно-аммиачном и восстановительном водно-химических режимах. Установлено, что при кислородно-аммиачном водно-химическом режиме скорость коррозии была ниже в 1.4 раза по сравнению с аммиачным и 1.2 раза ниже по сравнению с восстановительным водно-химическим режимом.

2. Получено, что наличие органических примесей в воде при температуре ~ 330°С увеличивало скорость коррозии стали при аммиачном (в 3.8 раз) и кислородно-аммиачном (в 8 раз) водно-химических режимах.

3. Установлено, что при разложении гуминовых кислот в условиях проведения опытов основным продуктом разложения была уксусная кислота, концентрация которой в воде при кислородно-аммиачном водно-химическом режиме была выше, чем при аммиачном.

4. Установлена зависимость скорости образования отложений продуктов коррозии железа от теплового потока при двух концентрациях железа в воде ~ 10 и ~ 40 мкг/дм3 при аммиачном и кислородно-аммиачном водно-химических режимах. С увеличением теплового потока скорость образования отложений увеличивалась как для аммиачного, так и для кислородно-аммиачного водно-химических режимов.

5. Скорость образования отложений зависела от концентрации продуктов коррозии железа в воде: с увеличением концентрации железа она возрастала.

6. Установлено, что при кислородно-аммиачном водно-химическом режиме скорость образования отложений ниже, чем при аммиачном для одних и тех же условий (тепловой поток, температура, концентрация железа).

Так при тепловом потоке 300 кВт/м при кислородно-аммиачном водно-химическом режиме скорость образования отложений была равна 1.6*10″2

1 л 1 мг/дм , а при аммиачном — 3.5* 10″ мг/дм .

7. Наличие продуктов коррозии меди практически не влияло на скорость образования отложений продуктов коррозии железа при тепловых потоках 50 и 300 кВт/м . Количество отложений продуктов коррозии меди при аммиачном водно-химическом режиме больше, чем при кислородно-аммиачном.

8. Определены формы существования продуктов коррозии железа в воде, поступавшей на экспериментальный участок при аммиачном и кислородно-аммиачном водно-химических режимах (при АВР — Рез04, при КАВР — уРеО(ОН).

9. Анализ образцов, вырезанных из экспериментальных участков, показал, что формы существования продуктов коррозии железа и меди в отложениях зависят от типа водно-химического режима.

10. Полученные данные могут быть использованы для прогнозирования количества отложений при аммиачном и кислородно-аммиачном водно-химических режимах при различных значениях теплового потока и создания математических моделей, описывающих процессы образования отложений и скорости коррозии в пароводяном тракте тепловых электростанций.

Библиография Макрушин, Владимир Викторович, диссертация по теме Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

1. Burton J.G., Dillow H.E., Mell D.L. Corrosion Fatigue — American Electric Power Company Big Sandy Plant Experience // 1.t. Conf. BTF/HTF and Inspection, nov.2-5. 2004. San Diego. USA. P. 20-26.

2. Dooby R.B., Tilley R. Tube Failures in Conventional Fossil Fired Boilers and in Combined Cycle/HRSGS // Int. Conf. BTF/HTF and Inspection San nov.2-5. 2004. Diego. USA. P. 1-10.

3. Lamonte A.Y., Martin B.G. Chemistry Initiatives to Improve Operating and Maintenance Costs for Power Plants // International Conference on Cycle Chemistry in Fossil Plants. June 10-12. 1997. Charlotte. USA. P. 10.4910.62.

4. Li Zhigang, Huichuh H. Status of Cycle Chemistry and Availability of Generating Units of Fossil Plants in China // Proceeding of 6th International Conference on Cycle Chemistry in Fossil Plants. June 27-29. 2000. Columbus. Ohio. USA. P. 22.1-22.7.

5. Price T. AVT to ОТ Conversion on a Drum Boiler Unit at Thomas Hill Energy Center // Proceeding of 5th International Conference on Cycle Chemistry in Fossil Plants. June 10-12. 1997. Charlotte. USA. P. 1.11-1.32.

6. McCarthy F., Bane I., O’Connor G. Oxygenated Treatment in a 300 MW Drum Type Boiler // Proceeding of 6th International Conference on Cycle Chemistry in Fossil Plants. June 27-29. 2000. Columbus. Ohio. USA. P. 5.1-5.12.

7. Шицман M.E., Тимофеев Ю.И., Мидлер JI.C. Бескоррекционный водный режим с дозированием кислорода на блоках 300МВт // Энергетик. 1976. №5. с. 25-27.

8. Водный режим и проблема надёжности НРЧ мазутных парогенераторов СКД / Шицман М.Е., Гурычев М.В., Тимофеев Ю.И., и др. //Теплоэнергетика. 1977. №5. С. 30-33.

9. Кузмичёва JI.B. Исследование новых режимов блоков сверхкритических параметров: Диссертация на соискание учёной степени кандидат технических наук. М., 1978. 198 с.

10. Исследование поведения перекиси водорода в условиях конденсатного тракта энергоблока / Маргулова Т.Х., Дик В.П., Котенков В.И и др. // Теплоэнергетика. 1976. №7. С. 80-81.

11. Исследование режимов дозирования кислорода и перекиси водорода в конденсат энергоблоков СКП / Маргулова Т.Х., Зубов И.В., Кузмичёва JI.B. и др. // Теплоэнергетика. 1977. №6. С. 55-59.

12. Маргулова Т.Х. Исследование нейтральных водных режимов на энергоблоках СКП//Теплоэнергетика. 1978. №10. С. 41-47.

13. McCartny F., Jason Е. Bane, O’Connor G. Oxygenated Treatment in a 300 MW Drum Type Boiler // Power Plant Chemistry. 1999. Volume 1. №6. P. 1720.

14. Conlin J.B., Vinnicombe D. Periodic Treatment for Drum Boilers // Power Plant Chemistry. 1999. Volume 1. №4. P. 5-7.

15. Oxygenated Feed water Treatment at the World’s Largest Fossil Fired Power Plant / Dedekind I., Aspden D., Ken J. Gait and etc. // Power Plant Chemistry. 2001. Volume 3. №11. P. 651-654.

16. Conlin J.B., Vinnicombe D. Periodic Oxygen Treatment for Drumth

17. Boilers // Proceeding of 5 International Conference on Cycle Chemistry in Fossil Plants. June 10-12. 1997. Charlotte. USA. P. 1.33-1.44.

18. Steward R. Savings Associated with Partial Oxygenated Feed Waterth

19. Treatment at Paradise Fossil // Proceeding of 6 International Conference on Cycle Chemistry in Fossil Plants. June 27-29. 2000. Columbus. Ohio. USA. p. 7.1-7.6.

20. Pocock F.J., Cohen P. The Asme Handbook on Water Technology for Thermal Power Systems. ASME. NY. 1989. P. 1828

21. Растворимость продуктов коррозии нелегированной стали в кислородосодержащих растворах при повышенных параметрах / Мартынова

22. О.И., Самойлов Ю.Ф., Петрова Т.И. и др. // Теплофизика высоких температур. 19ВЗ. Том 21. С. 913-918.

23. Nikitin V.I. The Effect of Oxygen Dissolved in Water on Corrosion Resistance of Steels // Proceedings of an International Conference. June 3-5. 1992. Heidelberg. Germany. P. 17.1-17.13.

24. Носова Н.П., Воронина М.П. Коррозия углеродистой и нержавеющей сталей при восстановительном водно-химическом режиме // Технология энергоносителей. 1988. №166. С. 14-18.

25. Petrova T.I., Martynova O.I. Effect of Reducing Chemistry on Corrosion of Iron-Based and Copper-Based Alloys // Proceeding of 13th International Conference on the Properties of Water and Steam. 2000. P. 837-843.

26. Петрова Т.И. Теоретический анализ и разработка рекомендаций для оптимизации водно-химических режимов тепловых электростанций: Автореферат докторской диссертации. М., 2001. 46 С.

27. Lipine L., Gilbert R. Characterization and Thermal Degradation of

28. Nature Organic Matter in Steam-Condensate Cycles of CANDU-PHWR Plants // th

29. Proc 12 ICPWS «Physical Chemistry of Aqueous Systems: Meeting the Needs of Industry». 1995. NY. Begell House. P. 824-831.

30. О поведении органических примесей в тракте тепловой электростанции с барабанными котлами / Петрова Т.И., Ермаков О.С., Ивин Б.Ф. и др. // Теплоэнергетика. 1995. №7. С. 20-24.

31. Nel L.J., Dalgetty D. Problems Experienced Due to Organics and Other Factors During the Commissioning of KENDAL Power Station // ESKOM Power Plant Symposium. 1994. Johannesburg. South Africa. P. 15-21

32. Петрова Т.И., Ермаков O.C., Ивин Б.Ф. Поведение органических примесей в цикле тепловых электростанций с барабанными котлами // 4 международная конференция по водно-химическим режимам тепловых электростанций. 7-9 сентября. 1994. Атланта. США.

33. Стырикович М.А., Мартынова О.И., Миропольский 3.JI. Процессы генерации пара на электростанциях. М.: Энергия. 1969. С. 312

34. Видойкович С. Исследование поведения сульфатов в пароводяном тракте теплоэнергетических установок: Автореферат диссертации. М., 2001. 23 С.

35. Переход хлорида натрия из кипящей воды в генерируемый пар при давлении 16 МПа / Гаджиев К.Г., Мартынова О.И., Самойлов Ю.Ф. и др. //Теплоэнергетика. 1990. №12. С. 70-71.

36. Мартынова О.И., Петров А.Ю. Влияние водно-химических режимов на поведение органических соединений (ацетатов, формиатов) в зоне фазового перехода паровых турбин // Теплоэнергетика. 1997. №12. С.62-65.

37. Ivo Jiricek Organics in Water/Stem Cycle Three Case Studies // Power Plant Chemistry. 2000. Volume 2. №10. P. 591-594.

38. Cycle Chemistry Guidelines for Fossil Plats: Phosphate Treatment for Drum Units. EPRI TR-103665. EPRI. Palo Alto. Ca. USA. 1994.

39. Sodium Hydroxide for Conditioning the Boiler Water of Drum-Type Boilers. EPRI TR-104007. EPRI. Palo Alto. Ca. USA. 1995.

40. Cycle Chemistry Guidelines for Fossil Plats: All-Volatile Treatment. EPRI TR-105041. EPRI. Palo Alto. Ca. USA. 1996.

41. Cycle Chemistry Guidelines for Fossil Plats: Oxygenated Treatment. EPRI TR-102285. EPRI. Palo Alto. Ca. USA. 1994.

42. Petrova T.I., Furunzhieva A.V. Effect of Acetid on Mass Transfer of Copper Corrosion Products in Fossil Power Plant Cycle // Proceeding of 14th International Conference of japan. 100k. C.1£4.

43. Петрова Т.И., Фурунжиева A.B. Использование хеламина на тепловых электростанциях с барабанными котлами // Энергосбережение и водоподготовка. 2004. №1. С. 3-8.

44. Сирота A.M., Латунин В.И. Исследование коррозии углеродистой стали в потоке обессоленной воды при температурах 100 и 150°С с дозированием кислорода, хлористого натрия, уксусных соединений и гумусов // Теплоэнергетика. 2002. №4. С. 47-50.

45. Мартынова О.И., Вайман А.Б. Некоторые проблемы при использовании на блоках СКД кислородных водных режимов // Теплоэнергетика. 1994. №7. С.2-9.

46. О проблемах коррозионных и коррозионно-механических повреждений металла пароводяного тракта блоков СКД / Вайман А.Б., Яцкевич C.B., Мухопад Г.В. и др. // Энергетика и электрификация. 1995. №4. С.1-10.

47. Продукты термолиза органических соединений и их сорбция ионитами БОУ / Ходырев Б.Н., Федосеев Б.С., Коровин В.А. и др. // Теплоэнергетика. 1998. №7. С. 20-23.

48. Водный режим тепловых электростанций. Ред. Маргулова Т.Х. M.-JL: Энергия. 1965.

49. Зенкевич Ю.В., Секретарь В.Э. Образование отложений из окислов железа в трубах парогенераторов сверхкритического давления // Теплоэнергетика. 1976. №11. С.66-69.

50. Кинетика образования внутренних железоокисных отложений в трубах высокотеплонапряженных поверхностей нагрева котлов / Глебов В.П., Антикайн П.А., Зусман В.М. и др. // Электрические станции. 1975. №8. С. 1923.

51. Манькина H.A., Кокотов Б.Л. К вопросу о механизме железоокисного накипеобразования//Теплоэнергетика. 1973. №9. С. 15-17.

52. Отложения продуктов коррозии на обогреваемых и необогреваемых поверхностях из нержавеющей стали / Резников М.И.,

53. Меньшикова B.JI., Кобяков И.Ф. и др. // Труды МЭИ. 1975. Выпуск 238. С. 27-32.

54. Глебов В.П., Эскин Н.Б., Зусман В.М. Влияние внутренних железоокисных отложений на температурный режим работы труб радиационных поверхностей нагрева парогенераторов сверхкритического давления // Теплоэнергетика. 1975. №11. С. 51-55.

55. Калужская Г.М., Мейер P.A., Манькина H.A. Условия попадания окислов железа в котлы и методы предотвращения процессов накипеобразования//Электрические станции. 1960. №9. С. 6-10.

56. Манькина H.A., Ткаченко А.Г., Бубновская Л.Г. Способы выявления процесса железоокисных отложений на внутренних поверхносях нагрева котлов высокого давления // Теплоэнергетика. 1960. №9. С. 30-34.

57. Манькина H.A. Условия образования отложений в присутствии ряда накипеобразователей и способы их предотвращения // Электрические станции. 1962. №2. С. 13-16.

58. Манькина H.A. Накипеобразование в паровых котлах с многократной циркуляцией //Теплоэнергетика. 1958. №12. С. 12—18.

59. Беляков И.И., Красякова Л.Ю., Белоконова А.Ф. Отложения магнетита в экранах котла ТГМП-114 и опыт их удаления // Теплоэнергетика. 1974. №2. С.49-53.

60. Маргулова Т.Х., Беляев A.A. Причины железоокисных отложений в котлах типа ТП-170 и меры по их устранению // Теплоэнергетика. 1964. №9. С. 45-51.

61. Красякова Л.Ю., Беляков И.И. Отложения окислов железа в НРЧ котла закритического давления с мазутной топкой // Теплоэнергетика. 1970. №1. С. 28-32.

62. Чудновская И.И. Структура и фазовый состав внутритрубных образований в НРЧ//Теплоэнергетика. 1979. №11. С. 68-70.

63. Чудновская И.И. Штерн З.Ю. Структурное состояние и теплопроводность внутренних отложений парогенераторов //

64. Водоподготовка. Водный режим и химконтроль на паросиловых установках. 1978. Выпуск 6. С. 55-60.

65. Чудновская И.И., Штерн З.Ю., Брук М.Д. Результаты исследования структуры внутритрубных образований при четырех водно-химических режимах // Труды ЦКТИ. 1978. №158. С. 55-59.

66. Чудновская И.И., Штерн З.Ю. Исследование теплофизических свойств ферритовых (магнетитовых) отложений на трубах парогенераторов // Труды ЦКТИ. 1976. №139. С. 81-85.

67. Василенко Г.В. Закономерности осаждения соединений железа в парогенераторах с.к.д. при различных водных режимах // Теплоэнергетика. 1978. №3. С. 43-47.

68. Маргулова Т.Х. Применение комплексонов в теплоэнергетике. М.: Энергия, 1973. 264 С.

69. Шицман М.Е., Гурьев М.В., Тимофеев Ю.И., Мидлер Л.С. Водый режим и проблема надежности нижней радиационной части мазутных парогенераторов сверхкритического давления // Теплоэнергетика. 1977. №5. С. 30-33.

70. Справочник химика, том 2. М., Госхимиздат. 1963.

71. Вынос и отложения продуктов коррозии реакторных материалов / Морозова И.К., Громова А.И., Герасимов В.В. и др. М.: Атомиздат, 1975.

72. Неницеску К. Общая химия: Пер. с румын. М.: Мир. 1968.

73. Пирогов Б.И., Пирогова В.В. Минералогическое исследование железных и марганцевых руд. М.: Недра, 1973.

74. Глебов В.М., Эскин И.Б., Трубачев В.М. Внутритрубные образования в паровых котлах сверхкритического давления. М.: Энергия, 1983.

75. Манькина H.H., Соболев Б.Н. Механизм влияния гидразина на процесс железоокисного накипеобразования // Теплоэнергетика. 1962. №3. С. 48-50.

76. Образование железоокисных накипей в паровых котлах с многократной циркуляцией / Манькина H.H., Пржляковский М.М., Булавицкий Ю.И. и др. // Теплоэнергетика. 1959. №2. С. 79-83.

77. Дули Р.Б. Значение защитной оксидной плёнки для предотвращения повреждений котельных труб на тепловых электростанциях: Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. М., 1996. 43 С.

78. Исследование влияния температуры на электрофоретическую подвижность частиц продуктов коррозии / Мартынова О.И., Громогласов A.A., Михайлов А.Ю и др. // Теплоэнергетика 1977. №2. С. 70-73.

79. Фракционный состав частиц продуктов коррозии и его влияние на процесс образования железоокисных отложений на парогенерирующих поверхностях / Резников М.И., Меньшикова В.Л., Лысков М.Г. и др. // Труды МЭИ. 1980. Выпуск 466. С. 10-17.

80. Некоторые закономерности отложения продуктов коррозии железа на парогенерирующих поверхностях из нержавеющей стали / Мартынова О.И., Резников М.И., Меньшикова В.Л. и др. // Труды МЭИ. 1974. Выпуск 200. С. 133-140.

81. Экспериментальное исследование закономерностей образования железоокисных отложений на парогенерирующей поверхности из углеродистой стали (сталь 20) / Протопопов B.C., Резников М.И., Меньшикова В.Л. и др. // Труды МЭИ. 1979. Выпуск 405. С. 7-13.

82. Исследование образования продуктов коррозии железа на поверхностях парогенерирующих каналов / Мартынова О.И., Резников М.И., Меньшикова В.Л. и др. // Теплоэнергетика. 1977. №6. С. 49-52.

83. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. СПО ОРГРЭС. АО «Энергосервис». М. 1996.

84. Счетчик-расходомер электромагнитный РМ-5. ТБН Энергосервис. Руководство по эксплуатации. 2001.

85. Mark 18. Ultra pure Water Quality Monitoring System Operation Manual Martex Instrument. Inc. 1993.

86. Low-Level Sodium Monitor. Model 1811 EL. Instruction Manual Orion Research. 1993.

87. Анализатор растворенного кислорода MAPK-301T. Руководство по эксплуатации ВР11.00.000РЭ. г. Нижний Новгород. 1999.82. рН-метр-милливольтметр МАРК-901. Руководство по эксплуатации ВР24.00.000РЭ. г. Нижний Новгород. 2002.

88. Измерение величины окислительного потенциала водных растворов / Петрова Т.И., Самойлов Ю.Ф., Мамет В.А. и др. // Труды МЭИ. 1975. Выпуск 238.

89. Кострикин Ю.М. Инструкция по анализу воды, пара и отложений в теплосиловом хозяйстве. М.: Энергия, 1967. С. 296.

90. Zeiss AAS 3. Computer Coupling. Gebrauchsanleitung. Operating instructions. DDR-6900. 1987.

91. Ионных хроматограф Dionex 400i. Инструкция по эксплуатации. Martek Instruments. Inc. USA. Ca. 1998.

92. Руководство по эксплуатации. Весы лабораторные электронные Adventure OHAUS’. Switzerland. 2002.

93. Растворимость магнетита в кипящей воде высокой температуры / Стырикович М.А., Мартынова О.И., Меньшикова B.JI. и др. // Теплоэнергетика. 1971. № 7.

94. Растворимость магнетита в воде высокой температуры в восстановительной среде / Стырикович М.А., Мартынова О.И., Меньшикова В.Л. и др. // Теплоэнергетика. 1972. № 9.

95. Izumi J., Morimoto Т., Ishibashi М. Measurement of Mental Oxide Layers in Hot Water at Supercritical Conditions // Proceeding of the 11 International Conference on the Properties of Water and Steam. Sept. 4-8. 1989. Prague. Czechoslovakia. P. 485 492.

96. Sweeton F.H., Baes C.F. The Solubility of Magnetite and Hydrolysis of Ferrous Ion in Aqueous Solutions at Elevated Temperatures // J. Chem. Thermodynamics. 1970. vol. 2. P. 479.

97. Tremaine P.R., LeBlanc J.C. The Solubility of Magnetite and Hydrolysis and Oxidation of Fe2+ in Water to 300°C //J. Solution Chem. 1980. vol. 9. P. 415

98. Drummond S.E., Palmer D.A. The Solubility of Magnetite in Aqueous Acetic Acid Solutions at High Temperatures and Pressures // Geochim. Cosmochim. Acta., submitted for publication.

Похожие работы

• Создание математической модели образования отложений продуктов коррозии на теплопередающих поверхностях
• Изучение влияния пленкообразующего амина на коррозию сталей в жидкой среде при высоких температурах и в зоне фазового перехода паровых турбин
• Разработка, исследование и внедрение процессов и схем воздушной консервации теплоэнергетического оборудования
• Образование продуктов коррозии перлитных сталей при комплексонном и нейтрально-кислородном водных режимах и отложение их в тракте энергетической установки
• Комплексно-щелочной водный режим барабанных котлов высоких давлений

• Энергетические системы и комплексы
• Электростанции и электроэнергетические системы
• Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации
• Промышленная теплоэнергетика
• Теоретические основы теплотехники
• Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии
• Гидравлика и инженерная гидрология
• Гидроэлектростанции и гидроэнергетические установки
• Техника высоких напряжений
• Комплексное энерготехнологическое использование топлива
• Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты
• Электрохимические энергоустановки
• Технические средства и методы защиты окружающей среды (по отраслям)
• Безопасность сложных энергетических систем и комплексов (по отраслям)

Применение метода корреляции цифровых изображений для построения диаграмм деформирования в истинных координатах

Приведены особенности определения диаграмм деформирования в координатах «истинное напряжение – истинная деформация» на образцах круглого сечения из алюминиевого сплава системы Al–Cu–Mg–Zn. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных методов определения истинных напряжений и деформаций. Расчетные методы, основанные на применении условия постоянства объема, могут не отражать действительных закономерностей деформирования на этапе локализации деформации в материале исследуемого образца, в то время как использование систем корреляции цифровых изображений (КЦИ) позволяет проводить измерения как геометрических размеров деформируемого образца, так и полей деформаций на его поверхности, в том числе непосредственно в шейке образца. Показано, что ошибка измерения диаметра образца по полю координат в момент разрушения составила 0,02 мм. С целью повышения точности измерения предложено увеличение частоты съемки пропорционально возрастанию скорости деформирования, а также проведение измерения координат поверхности с двух сторон образца. Также возможно дополнять полученные с помощью оптических систем КЦИ кривые деформирования результатами измерения истинного разрушающего напряжения и истинной разрушающей деформацией, определенными расчетным способом по разрушенному образцу. Представленные способы исследования пластического течения материала непосредственным измерением полей перемещений и деформаций позволяют устанавливать действительные закономерности между истинными напряжениями и деформациями на участке неравномерного пластического деформирования, чего достичь аналитическим пересчетом условной диаграммы невозможно. Полученные коэффициенты упрочения и кривые деформирования могут быть использованы при моделировании и проектировании конструкций и деталей машин.

Ключевые слова

Об авторах

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия

Антон Дмитриевич Монахов – инженер лаборатории прочности и надежности материалов воздушного судна

105005, г. Москва, ул. Радио, 17

АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»
Россия

Максим Михайлович Гуляев – начальник отдела

300004, г. Тула, ул. Щегловская Засека, 59

АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»
Россия

Наталья Евгеньевна Гладышева – начальник сектора

300004, г. Тула, ул. Щегловская Засека, 59

АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова»
Россия

Ольга Юрьевна Коптельцева – ведущий инженер-исследователь

300004, г. Тула, ул. Щегловская Засека, 59

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия

Виталий Васильевич Автаев – ведущий инженер лаборатории прочности и надежности материалов воздушного судна

105005, г. Москва, ул. Радио, 17

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия

Николай Олегович Яковлев – к.т.н., начальник лаборатории прочности и надежности материалов воздушного судна

105005, г. Москва, ул. Радио, 17

Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»
Россия

Ирина Владимировна Гулина – заместитель начальника лаборатории прочности и надежности материалов воздушного судна

105005, г. Москва, ул. Радио, 17

Список литературы

1. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Гриневич Д.В., Шершак П.В. Обзор критериев прочности материалов. Труды ВИАМ. 2019;(9(81)):108—126.

2. Яковлев Н.О., Гриневич Д.В., Мазалов П.Б. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при сжатии сетчатой конструкции, синтезированной методом селективного лазерного сплавления. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки. 2018;(6(81)):113—127.

3. Каблов Е.Н., Подживотов Н.Ю., Луценко А.Н. О необходимости создания единого информационно-аналитического центра авиационных материалов РФ. Проблемы машиностроения и автоматизации. 2019;(3):28—34.

4. Гриневич А.В., Славин А.В., Яковлев Н.О., Монахов А.Д., Гулина И.В. К вопросу откольного разрушения высокопрочной стали при квазистатическом растяжении. Деформация и разрушение материалов. 2021;(8): 2—7.

5. Каблов Е.Н. Становление отечественного космического материаловедения. Вестник РФФИ. 2017;(3):97—105.

6. Dowling N. Mechanical behavior of materials: Engineering methods for deformation, fracture and fatigue. 4 ed. Essex: Pearson, 2013. 977 p.

7. Орешко Е.И., Ерасов В.С., Крылов В.Д. Построение трехмерных диаграмм деформирования для анализа механического поведения материала, испытанного при различных скоростях нагружения. Авиационные материалы и технологии. 2018;(2(51)):59—66.

8. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. 311 с.

9. Petrík A., Ároch R. Usage of true stress-strain curve for FE simulation and the influencing parameters. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;566:012025. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/566/1/012025

10. Terhorst M., Ozhoga-Maslovskaja O., Trauth D., Mattfeld P., Klocke F. Finite element-based modeling of strain hardening in metal forming. Steel Research International. 2016;87(10):1323—1332. https://doi.org/10.1002/srin.201500375

11. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986. 561 c.

12. Osintsev A.V., Plotnikov A.S., Morozov E.M., Lubkova E.Yu. On the location of a neck formation during the tension of cylindrical specimens. Letters on Materials. 2017;7(3):260—265. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2017-3-260-265

13. Junfu Chen, Zhiping Guan, Pinkui Ma, Zhigang Li, Xiangrui Meng. The improvement of stress correction in post-necking tension of cylindrical specimen. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. 2019;54(3): 209—222. http://dx.doi.org/10.1177/0309324719852875

14. Монахов А.Д., Яковлев Н.О., Автаев В.В., Котова Е.А. Разрушающие методы определения остаточных напряжений (обзор). Труды ВИАМ. 2021;(9(103)): 95—104.

15. Huang L., Korhonen R.K., Turunen M.J., Finnilä M.A.J.Experimental mechanical strain measurement of tissues. Peer J. 2019;7:e6545. https://doi.org/10.7717%2Fpeerj.6545

16. Sutton M.A., Orteu J.-J., Schreier H.W. Image correlation for shape, motion and deformation measurements. Columbia, SC, USA: University of South Carolina, 2009. 322 p.

17. Yang L., Smith L. Measure strain distribution using digital image correlation (DIC) for tensile tests. Final Report. Auto/Steel Partnership. 2010. 26 p.

18. Junrui L., Guobiao Y., Thorsten S. A method of the direct measurement of the true stress—strain curve over a large strain range using multi-camera digital image correlation. Optics and Lasers in Engineering. 2018;(107):194—201. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2018.03.029

19. Щетинина Н.Д., Рудченко А.С., Селиванов А.А. Применение методов математического моделирования при разработке режимов деформации алюминий-литиевых сплавов (обзор). Труды ВИАМ. 2019;(8(90)):20—34.

Система автоматического управления термосиловой обработкой маложестких длинномерных валов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

коробление / маложесткий вал (МЖД) / система автоматизированного управления (САУ) / термосиловая обработка (ТСО) / thermo-power processing (TPP) / non-rigid shaft / automated control system (ACS) / warping

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Д. Ю. Воронов, О. И. Драчев, К. А. Репин

Представлена система автоматического управления термосиловой обработки многоступенча-тых маложестких валов, построенная по принципу многоканальной системы управления. Приведен алгоритм работы системы автоматического управления операцией термосиловой обработки, учитывающий характерные изменения параметров в функции температуры. Описан процесс термосиловой обработки с использованием ав-томатизированной системы управления по предлагаемому способу, при котором заготовка получает заданные физико-механические свойства и равно напряжённое состояние материала по сечению к длине детали. Описан процесс пластической деформации при термосиловой обработке, позволяющий устранить напряжения, получен-ные заготовкой на предыдущих операциях, то есть исключить технологическую наследственность, в то же время управляемый процесс охлаждения, когда температура стабильна по всей длине, способствующий формированию равномерных остаточных напряжений по всему объёму детали. Описаны режимы и параметры управления си-стемой автоматического управления термосиловым воздействием на предполагаемую обрабатываемую деталь с учетом получения заданных параметров обрабатываемого образца и следствия обработки с использованием предлагаемой системы автоматического управления термосиловой обработки, при которых предполагаемая дальнейшая механическая обработка при равномерном снятии металла относительно оси вала также не приведёт к короблению последнего. Выводом к этому может послужить то, что представленная схема автоматического управления позволяет исключить из технологического процесса изготовления маложесткого длинномерного вала все промежуточные стабилизирующие отпуски, а термосиловую обработку проводить при стандартной термооб-работке (закалке, отпуске), а также позволяет в несколько раз повысить производительность изготовления мало-жестких длинномерных валов, исключить коробление , существенно повысить точность и снизить себестоимость обработки.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Д. Ю. Воронов, О. И. Драчев, К. А. Репин

Преимущества термосиловой обработки при изготовлении маложестких деталей типа «Вал» над существующими технологиями

Повышение эффективности обработки маложестких валов при комбинированном термосиловом нагружении
Современное состояние науки в развитии технологий термосиловой обработки маложестких деталей

Аналитический расчет основных параметров процесса правки маложестких цилиндрических деталей поперечной обкаткой плоскими плитами

О свойствах параметрического рассеивателя, необходимых для решения задач маркировки
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SYSTEM OF AUTOMATIC CONTROL OF THERMOPOWER EDIT OF LONG NON-RIGID SHAFTS

The system of automatic control of thermopower processing of multistage non-rigid shafts, built on the principle of multi-channel management system. The algorithm of work of system of automatic control of the operation of thermopower handling, taking into account the characteristic changes of the parameters as a function of temperature. The described process of thermal processing using an automated control system according to the inventive method, in which the workpiece gets the specified physical and mechanical properties and is equal to stress state of the material in the cross section to the length of the part. Describes the process of plastic deformation during thermal processing, allowing to elim-inate the voltage received by the workpiece in the previous operations, that is to exclude technological heredity, at the same time, the controlled cooling process when the temperature is stable throughout its length, contributing to the for-mation of uniform residual stresses throughout the volume of the part. Describes the modes and parameters of the control system of automatic control of thermal effects on the workpiece the alleged taking into account of obtaining the specified parameters of the processed sample and the investigation of processing using the proposed system of automatic control of thermal power processing, in which the projected future machining uniform material removal relative to the axis of the shaft and will not lead to the warping of the latter. The conclusion can be that a scheme of automatic control allows to exclude from a technological process of manufacturing milostraga long shaft all intermediate stabilizing releases, and thermal treatment is carried out under standard heat treatment (hardening, tempering), and allows several times to im-prove the performance of manufacturing Malaiesti long shafts, to eliminate deformation, significantly improve the accu-racy and reduce the cost of treatment.

Текст научной работы на тему «Система автоматического управления термосиловой обработкой маложестких длинномерных валов»

problems of search/detection radiomarkers — PR in the search area, characterized by some maximum range Rmax search, you must define the required parameters of elements of the search system (KM and OL). A critical impact on the solution of the problem search also can create an environment of proliferation of CS and OS (total area search). It should be noted that the elements of the search system developers can have an impact, while environment settings, General, random, can only be approximately determined by the researchers and cannot be changed latter.

Keywords: amplitude parameter generation, wavelength, signal power, passive reflection of the parametric scatter-er, flow, frequency.

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕРМОСИЛОВОЙ ОБРАБОТКОЙ МАЛОЖЕСТКИХ ДЛИННОМЕРНЫХ ВАЛОВ

Д. Ю. Воронов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Оборудование и технологии машиностроительного производства»

О. И. Драчев, доктор технических наук, профессор кафедры «Оборудование и технологии машиностроительного производства»

К. А. Репин, аспирант кафедры

«Оборудование и технологии машиностроительного производства»

Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

Аннотация. Представлена система автоматического управления термосиловой обработки многоступенчатых маложестких валов, построенная по принципу многоканальной системы управления. Приведен алгоритм работы системы автоматического управления операцией термосиловой обработки, учитывающий характерные изменения параметров в функции температуры. Описан процесс термосиловой обработки с использованием автоматизированной системы управления по предлагаемому способу, при котором заготовка получает заданные физико-механические свойства и равно напряжённое состояние материала по сечению к длине детали. Описан процесс пластической деформации при термосиловой обработке, позволяющий устранить напряжения, полученные заготовкой на предыдущих операциях, то есть исключить технологическую наследственность, в то же время управляемый процесс охлаждения, когда температура стабильна по всей длине, способствующий формированию равномерных остаточных напряжений по всему объёму детали. Описаны режимы и параметры управления системой автоматического управления термосиловым воздействием на предполагаемую обрабатываемую деталь с учетом получения заданных параметров обрабатываемого образца и следствия обработки с использованием предлагаемой системы автоматического управления термосиловой обработки, при которых предполагаемая дальнейшая механическая обработка при равномерном снятии металла относительно оси вала также не приведёт к короблению последнего. Выводом к этому может послужить то, что представленная схема автоматического управления позволяет исключить из технологического процесса изготовления маложесткого длинномерного вала все промежуточные стабилизирующие отпуски, а термосиловую обработку проводить при стандартной термообработке (закалке, отпуске), а также позволяет в несколько раз повысить производительность изготовления маложестких длинномерных валов, исключить коробление, существенно повысить точность и снизить себестоимость обработки.

Ключевые слова: коробление, маложесткий вал (МЖД), система автоматизированного управления (САУ), термосиловая обработка (ТСО).

В современном машиностроении, при обработке маложестких деталей (МЖД) типа «Вал», все чаще находит применение операция термосиловой обработки (ТСО). Данная операция заключается в создании осевой пластической деформации при термообработке (закалке, отпуске) МЖД. Существенным преимуществом применения операции ТСО является снижение уровня и равномерное распределение внутренних напряжений в материале маложесткого вала, причем зачастую наблюдается осевая ориентация внутренней структуры заготовки. Такой эффект при-

менения ТСО позволяет повысить точность МЖД и увеличить в несколько раз производительность ее изготовления, за счет замены 5-6 промежуточных отпусков при существующей технологии, одной ТСО по новой технологии.

Для достижения данного эффекта, необходимо управлять параметрами ТСО непосредственно в ходе обработки. В процессе проведения операции ТСО изменяются следующие параметры: температура, величина продольной и поперечной деформации. Данное изменение связано с изменением физико-

механических свойств материала заготовки, при изменении температуры в ходе обработки. Кроме этого, величина изменения продольной и поперечной деформаций напрямую связана с геометрическими параметрами МЖД — длинной и площадью поперечного сечения. При этом следует учитывать данные изменения для каждой ступени маложесткого вала в отдельности. Поэтому управление данным комплексом взаимосвязанных параметров в ходе ТСО возможно только с применением САУ данным процессом.

Процесс пластической деформации, лежащий в основе термосиловой обработки (ТСО) имеет ряд особенностей [1, 2, 5, 10-20]. Одна из них — это зависимость сопротивления деформации в данный момент времени от истории деформации — технологической наследственности, т. е. от закона развития деформации во времени. Сопротивление пластической деформации нельзя задать в виде с=/(е), т. е. как функцию от степени деформации при данной фиксированной температуре. Если достичь заданной о = 0,2 % и далее обеспечить е = const, то напряжение будет уменьшаться, хотя степень деформации останется неизменной. Это свидетельствует о том, что единой формулы типа с=/ (е, е ) не существует. Существующие уравнения моделей неупругих тел и их решения показывают, что напряжение с не определяется значением е в данный момент времени, а зависит от функции скорости деформации E(t). Допущение, что время релаксации постоянно для металлов, не соответствует экспериментальным данным. Нельзя считать известной функцию с=/(е, е ,t) , если в заданный момент времени известны величина е и скорость s деформации, и температура Т0. Деформация до определенной величины может быть осуществлена различными путями, т. е. при одной и той же величине деформаций напряжения имеют существенно иные величины.

Сами факты ползучести и релаксации показывают, что нет единой функции с = / (е, Е ,t), а попытки получить такого рода формулы обречены на неудачу. В чем тут суть вопроса. На участке установившейся податливости при е = const степень деформации возрастает, а с остается постоянным. Если бы при е = const напряжение с было бы функцией е, то была бы достигнута величина е, соответствующая данному с, и податливость не происходила. Однако это не верно. При релаксации е = const и Е = const = 0, а с, тем не менее, изменяется, от начальной может быть очень большой величины до весьма малых величин. Понятно, что если бы имело место с=/( е , е ), то при е = const получили бы и с = const, т. е. релаксация не происходила бы. Если за время t произошла деформация е0, то с не определяется ни величиной е; ни вели-

чиной е0, так как И не является функцией двух и более переменных, а зависит от всей функции s(t).

Целесообразно остановиться на технологических проблемах, связанных с управлением ТСО (отпуск, нормализация и т. д.) с учетом прочностных характеристик и физмехсвойств обрабатываемого материала [7, 8]. Для минимизации уровня остаточных напряжений необходимо управлять текущими параметрами процесса ТСО. Трудность в выборе управляемых параметров состоит в том, что нет однозначных зависимостей между текущими и конечными параметрами в процессе ТСО. За основные (доминирующие) параметры управления были приняты — температура (Т), продольная деформация (е1), поперечная деформация (s2), скорость деформации (Е ).

Процесс термосиловой обработки необходимо разбить на три этапа — нагрузки, выстоя и разгрузки. Каждый из этапов требует своего технологического приема, в зависимости от прочностных характеристик металла. Так, существует стандартная технология таких операции как отпуск и т. д., температурный режим таких операции известен, но как правило этот режим назначается из задач металловедения, а не технологии обработки маложестких деталей, связанных с короблением. Снижение уровня остаточных напряжений, как правило, приводит к короблению деталей в процессе отпуска или отжига, а дальнейшее исправление криволинейности вводит свои неоднородные остаточные напряжения и т. д.

Целью данной ТСО является минимизация и стабилизация остаточных напряжений в продольном и поперечном направлениях длинномерной детали. Для достижения данной цели необходимо решить один из главных вопросов, при какой температуре проводить термосиловую обработку [6, 9]. Для конструкционных сталей характерно наличие участков со слабой зависимостью предела текучести от температуры, причем такие участки лежат в интервале (0,15-0,25) Tra или проходит через него, а некоторые стали (40Х), имеют участки повышенного значения предела текучести при нагреве. Для изделии из таких сталей требуется особо тщательно выбирать ту величину пластической де формации, на которую скачкообразно и локально деформируются микрообъемы металла при выходе за предел упругости, т.е. критическая деформация для различных материалов разная, но не превышает 4 %. При переходе за предел текучести одновременного охвата пластической деформацией всего объема металла не происходит, это происходит до тех пор, пока в с е микрообъемы металла не окажутся охваченными пластической деформацией критической величины. Только после этого возможна одновременная деформация всего объема материала. Данная величина зави-

сит от размера зерна, термической обработки, скорости и величины деформирования и т. д.

Были проведены экспериментальные исследования, в результате которых были определены оптимальные с точки зрения равномерности протекания пластической деформации технологические режимы для основных видов конструкционных материалов [3]. В результате проведенных исследований выявлена существенная зависимость равномерности деформации от степени и скорости деформации. Заметное повыешение равномерности деформирования отмечено при степенях деформации более 0,8 %. Скорости деформации более 40 мм/мин. Влияние температуры на величину равномерности деформации, помимо существенного изменения физико-механических свойств материала, обусловлено диффузионными процессами, влияние которых становится значимым при Т > 400 0С.

Процесс равномерной деформации справедлив при условии В1=цв2 , контроль же за локализацией деформации на определенном участке вала (например, в зонах и узлах пучности высших гармоник) при нагреве возможен только в поперечном сечении, т. к. измерение относительной осевой продольной деформации при ТСО невозможно из-за отсутствия технических средств измерений. Согласно разработанной технологии ТСО изделие растягивают (например, при температуре со слабо выраженной зависимостью упругости от температуры) до желаемой степени деформации с высокой скоростью, затем, если равномерность пластической деформации неудовлетворительна, участки с высокой степенью деформации быстро охлаждают, а слабо деформированные нагревают и с получением заданной деформации температуру снова повышают до прежнего значения и так повторяют до тех пор, пока не обеспечат равномерное деформирование всего объема металла по всей длине изделия, при этом скорость деформации во время охлаждения и нагрева снижают 2-3 раза. Таким образом, рассмотренный этап ТСО позволяет устранить технологическую наследственность от предыдущих операций, стабилизировать уровень остаточных напряжений в сечении и по длине изделия, создавая при этом остаточные напряжения одного знака, одновременно провести правку длинномерных заготовок, если в процессе предыдущих операции изделие покоробилось.

На втором, а особенно третьем этапе ТСО -разгрузке, могут появиться новые остаточные напряжения за счёт несовместимости упругих и пластических деформаций. Пределы текучести с понижением температуры резко возрастают, особенно в интервалах Т = (250-20)°С, а следовательно, единственно приемлемым технологическим приёмом является автоматическое управление термосиловой разгрузкой,

когда контролируется и управляется внешняя нагрузка, возникавшая, при охлаждении изделия, скорость охлаждения.

Разгрузка производится при переменном значении температуры, поэтому величина осевого усилия с целью минимизации времени релаксации и уровня остаточных напряжений изменяются в функции изменения температуры.

В соответствии с ранее сказанным был разработан алгоритм работы САУ ТСО, который представлен на рисунке 1. Данный алгоритм описывает изменение управляемых параметров температуры (Т), продольной деформации (sO, поперечной деформации (s2), скорости деформации (s ) в процессе ТСО.

САУ начинает свою работу при достижении температуры Ть что соответствует приблизительно 150-200 0С. При данной температуре система включает в работу привод осевой деформации и переходит на функционирование в режиме нагрева. В начальный момент времени происходит деформация маложесткой детали с высокой скоростью на величину 70-80 % от требуемой величины деформации. Скорость деформирования для каждого материала различна и соответствует зоне скоростей деформаций множественного скольжения. Как правило, данная зона скоростей деформации превышает 40 мм/мин. Далее САУ переключается на работу в области малых скоростей деформации, а после выхода на режим выстоя, на работу в режиме «ползучести».

При достижении температуры Т2 САУ переключается на функционирование в режиме выстоя. На данном режиме наблюдается стабилизация температуры, величины продольной и поперечной деформации, при практически нулевой скорости деформации. После равномерной деформации в осевом и поперечном направлениях маложесткого вала система переключается в режим охлаждения. Происходят изменения величин деформации в функции изменения температуры. При достижении температуры Т3, что приблизительно соответствует 100-150 0С, система останавливает свою работу.

На рисунке 2 представлена функциональная схема САУ ТСО, позволяющая управлять параметрами процесса в ходе обработки. Представленная САУ построена по принципу многоканальной системы управления с обратной связью по температуре и поперечной деформации [4]. Количество каналов может быть различным и зависит от числа ступеней маложесткого вала. Кроме этого, имеется канал управления с обратной связью общей величиной и скоростью продольной деформации.

Рассмотрим устройство и работу САУ ТСО более подробно. Базовым элементами данной функциональной схемы процесса ТСО являются многосекци-

онная печь 1 и стапель 2 (показан условно). Размеры секции печи 1 не одинаковы и изменяются в зависимости от длины ступеней обрабатываемого вала 3. Внутри каждой секции для контроля температуры установлены термопары 4, 5, 6. Каждая секция имеет независимый нагревательный элемент 7, 8, 9, которые создают и поддерживают необходимую температуру в каждой из секций. Для контроля величины поперечной деформации в каждой секции установлены пневмоизмерители 10, 12, 14 на опорах-призмах 11, 13, 15. Давление воздуха в пневмоизмерителях поддерживается компрессором 17, который постоянно нагнетает давление в пневмораспределительной магистрали 16, по которой оно передается пневмоизмерителям. Общее осевое усилие создает привод 18.

параметров в процессе ТСО

На рисунке 2 представлена функциональная схема САУ ТСО, позволяющая управлять параметрами процесса в ходе обработки. Представленная САУ

построена по принципу многоканальной системы управления с обратной связью по температуре и поперечной деформации [4]. Количество каналов может быть различным и зависит от числа ступеней маложесткого вала. Кроме этого, имеется канал управления с обратной связью общей величиной и скоростью продольной деформации.

Рассмотрим устройство и работу САУ ТСО более подробно. Базовым элементами данной функциональной схемы процесса ТСО являются многосекционная печь 1 и стапель 2 (показан условно). Размеры секции печи 1 не одинаковы и изменяются в зависимости от длины ступеней обрабатываемого вала 3. Внутри каждой секции для контроля температуры установлены термопары 4, 5, 6. Каждая секция имеет независимый нагревательный элемент 7, 8, 9, которые создают и поддерживают необходимую температуру в каждой из секций. Для контроля величины поперечной деформации в каждой секции установлены пневмоизмерители 10, 12, 14 на опорах-призмах 11, 13,

15. Давление воздуха в пневмоизмерителях поддерживается компрессором 17, который постоянно нагнетает давление в пневмораспределительной магистрали 16, по которой оно передается пневмоизмерителям. Общее осевое усилие создает привод 18.

В качестве осевого привода целесообразнее всего использовать гидравлический привод, так как он способен обеспечивать быстрое и бесступенчатое регулирование величины осевого усилия, способен обеспечить требуемое усилие, является компактным. Контроль величины осевой деформации осуществляется бесконтактным токовихревым датчиком линейных перемещений 19.

Работой САУ управляют многовходовые усилители-преобразователи 20, 21, программное обеспечение, установленное на персональном компьютере 22, блок управления приводом осевой деформации 26, блоки управления нагревательными элементами 23, 24, 25.

Многовходовый усилитель-преобразователь 20 представляет собой многовходовый дифференциальный усилитель и аналогово-цифровой преобразователь, выполненные в едином блоке. Его функция заключается в усилении аналоговых сигналов, поступающих каждый на соответствующий вход от термопар 4, 5, 6, пневмоизмерителей 10, 12, 14 и датчика линейных перемещений 19, и преобразовании их в цифровую форму. Выходной канал усилителя-преобразователя 20 связан с USB1 портом персонального компьютера 22.

Рисунок 2 — Функциональная схема САУ ТСО

Многовыходной усилитель-преобразователь 21 представляет собой цифро-аналоговый преобразователь и многовыходной дифференциальный усилитель, выполненные в едином блоке. Входной канал усилителя-преобразователя 21 связан с USB2 портом персонального компьютера 22. Его функция заключается в преобразовании цифрового сигнала управления, поступающего с персонального компьютера 22 в аналоговый сигнал, его усиление и передача с соответствующего выхода либо на блоки управления нагревательными элементами 23, 24, 25, либо на блок управления проводом осевой деформации 26.

Работой персонального компьютера 22 управляет специальное программное обеспечение, содержащее необходимое математическое обеспечение, базы данных и т. д., позволяющее реализовать алгоритм проведения ТСО, для МЖД различных конфигураций и геометрических размеров, выполненных из различных материалов, с учетом постоянного изменения их свойств, при изменении температуры обработки. По сути, программное обеспечение в данном случае заменяет собой функции контроллера, задатчиков и сравнивающих устройств, необходимых для нормального функционирования САУ с обратной свя-

зью. Подробнее данный вопрос будет рассмотрен в последующих публикациях.

Блоки управления нагревательными элементами 23, 24, 25 представляют собой автоматические реостаты, позволяющие изменять нагрузку в цепи соответствующего нагревательного элемента 7, 8, 9, а соответственно, регулировать силу тока в нагревательном элементе и температуру в секции печи.

Блок управления приводом осевой деформации 26 представляет собой комплекс электрогидравлических устройств, преобразующих управляющий электрический сигнал в изменение давления в приводе осевой деформации 18, и как следствие в изменение осевого усилия.

Рассмотрим работу управляющих контуров САУ ТСО. Первый управляющий контур — контур управления температурой в секциях печи 1. В процессе обработки ТСО имеются три стадии обработки: нагрев, выстой и охлаждение.

В процессе нагрева МЖД 3 нагревается от температуры окружающей среды (Т0) до температуры закалки или отпуска (Tj) при помощи нагревательных элементов 7, 8, 9. При этом различные ступени вала, вследствие их различных геометрических параметров,

требуют их нагрева до температуры Т за различное время. Для реализации данного требования все нагревательные элементы имеют независимые цепи управления. Требуемая температура нагрева каждой ступени, в каждый конкретный момент времени задается программным обеспечением персонального компьютера (ПК) 22. Термопары 4, 5, 6 контролируют температуру, каждая в соответствующей секции печи, и передают сигнал, каждая на соответствующий вход многовходового усилителя-преобразователя 20. Который, усиливая и преобразовывая сигнал в цифровую форму, через порт USB1 передает его на ПК. При помощи программного обеспечения принятый сигнал сравнивается с заданным по алгоритму работы.

Полученная разность данных сигналов является управляющим сигналом, который через USB2 ПК поступает на вход многовыходного усилителя-преобразователя 21. Данный блок преобразует цифровой сигнал в аналоговый, усиливает и передает через соответствующий выход на вход соответствующего блока управления нагревательными элементами 23, 24 или 25. Данные блоки, преобразуя управляющий сигнал в изменение силы тока в нагревательном элементе 7, 8, 9, изменяют температуру в соответствующей секции. В процессе работы контура управления температурой нагрева ПК 22 осуществляет последовательный опрос каждого входа многовходового усилителя-преобразователя 20 в соответствии с алгоритмом, и соответственно последовательно выдает управляющие сигналы для исполнительных устройств. Другими словами в каждый конкретный момент времени управление производится только для одной из секций и только по одному из параметров, например — температуре. Можно сказать, что быстродействие такой системы невелико, однако процессы, происходящие при ТСО, достаточно инерционны, и время изменения параметров обработки почти на два порядка медленнее, поэтому функционирование САУ по данному алгоритму вполне оправдано, так как позволяет существенно упростить ее устройство и сделать более дешевой. При достижении каждой из секций температуры Т САУ переходит на функционирование по режиму выстоя. На данном режиме происходит выдержка МЖД при постоянной температуре в течение определенного времени. По его окончании система переходит в режим охлаждения. Работа САУ на режимах выстоя и охлаждения аналогична работе на режиме нагрева.

Второй управляющий контур — контур управления величиной поперечной деформации функционирует следующим образом.

Количество пневмоизмерителей 10, 12, 14

определяется количеством нагревательных элементов. Пневмоизмерители вмонтированы в опоры-призмы

11, 13, 15, в глубине угловой впадины, которая служит одновременно как измерительная база и как направляющая для загрузки заготовки, длина её определяется длиной секций. Опора-призма имеет в своём корпусе обитую магистраль 16 питания пневмоизмерителей воздухом, который нагнетается с определённым, заранее заданным, давлением, компрессором 17. В зависимости от изменения зазора d (между торцем бесконтактного пневмоизмерителя и наружной поверхностью заготовки 3) изменяется и расход воздуха в канале пневмоизмерителя. С изменением зазора линейно меняется и расход воздуха. Сигнал об изменении расхода поступает на соответствующий вход многовходового усилителя-преобразователя 20, который передаёт преобразованные сигналы на ПК 22. Последний формирует сигналы управления на нагревательные элементы 7, 8 ,9, аналогично контуру управления температурой, что позволяет контролировать приращение диаметров ступеней заготовки 3 на контролируемых участках с учётом знака. Программа отключает нагрев в случае утонения контролируемого участка и поддерживает температуру нагрева в тех участках, где не произошло пластической деформации всего объёма материала на одну и ту же величину, т. е., когда утонения всех контролируемых участках не будет одинаковым. После этого вся система переходит в режим выстоя, а затем охлаждения. После окончания работы при достижении наперёд заданной минимальной температуры (например, 100 °С), САУ отключается.

Третий контур управления — контур управления величиной и скоростью осевой деформации.

Величину осевого пластического деформирования заготовки, относительно стапеля, контролирует измеритель линейных осевых перемещений 19, который представляет собой токовихревой датчик и жёстко крепится на стапеле 2. Величина осевого пластического деформирования, преобразованная в электрический сигнал измерителем 19, передается на соответствующий вход многовходового усилителя-преобразователя 20. Который, усиливая и преобразовывая сигнал в цифровую форму, через порт USB1 передает его на ПК. При помощи программного обеспечения принятый сигнал сравнивается с заданным по алгоритму работы. Полученная разность данных сигналов является управляющим сигналом, который через USB2 ПК поступает на вход многовыходного усилителя-преобразователя 21. Данный блок преобразует цифровой сигнал в аналоговый, усиливает и передает через соответствующий выход на вход соответствующего блока управления приводом осевой деформации 26, провод 18 изменяет величину и скорость продольной деформации в соответствие с величиной управляющего сигнала. На режиме выстоя

происходит отключение контура осевого деформирования, силовой привод 18 приходит в режим торможения, замыкая механизм захвата 27 на стапель 2. В этом режиме обеспечивает равенство температуры нагрева заготовки по её всей длине в течение заданного времени выдержки, что обеспечивает осевую деформацию в материале и ориентацию зёрен в направлении силового поля. При остывании принцип работы системы аналогичен режиму нагрева. После достижения заданной температуры данный контур также отключается.

В процессе термосиловой обработки с использованием автоматизированной системы управления по предлагаемому способу заготовка получает заданные физико-механические свойства и равнонапряжённое состояние материала по сечению и длине детали.

Одновременно процесс пластической деформации при термосиловой обработке позволяет устранить напряжения, полученные заготовкой на предыдущих операциях, т. е. исключить технологическую наследственность.

В то же время управляемый процесс охлаждения, когда температура стабильна по всей длине, способствует формированию равномерных остаточных напряжений по всему объёму.

1. Воронов Д. Ю., Шевелев И. В., Логинов Н. Ю. Обзор существующих и перспективные тенденции развития технологий изготовления маложестких валов. Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития 2012». Выпуск 3. Том 8. Одесса : КУПРИЕНКО, 2012. 96 с.

2. Воронов Д. Ю., Репин К. А., Шевелев И. В. Обзор существующих и перспективные тенденции развития технологий изготовления ходовых винтов. Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2013». Выпуск 1. Том 2. Одесса : КУПРИЕНКО, 2013. 4 с.

3. Воронов Д. Ю., Репин К. А., Шевелев И. В. Описание конструкции и принципа работы лабораторной установки для проведения экспериментальных исследований по термосиловой обработке длинномерных маложестких деталей. Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научнопрактической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2013». Выпуск 1. Том 2. Одесса : КУПРИЕНКО, 2013. 5 с.

4. Воронов Д. Ю., Репин К. А., Шевелев И. В. Разработка функциональной схемы системы автоматизированного управления ТСО многоступенчатых маложестких валов. Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2013». Выпуск 1. Том 2. Одесса : КУПРИЕНКО, 2013. 4 с.

5. Воронов Д. Ю., Репин К. А., Шевелев И. В. Анализ существующих технологий изготовления стальных фасонных профилей высокой точности и направления их совершенствования. Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2013». Выпуск 1. Том 2. Одесса : КУПРИЕНКО, 2013.4 с.

6. Манило И. И., Городских А. А., Клочков А. С., Андрюкова Н. А. Адаптивное управление процессом холодной правки торсионных валов. Сборник: Достижения науки — агропромышленному производству. Материалы LIII международной научнотехнической конференции. под редакцией П. Г. Свеч-никова. Челябинск, 2014. С. 58-64.

7. Асланян И. Р., Бубнов А. С., Емельянов В. Н., Исаев А. Н., Зайдес С. А., Копылов Ю. Р., Кропоткина Е. Ю., Лебский С. Л., Матлин М. М., Мозгунова А. И., Попов М. Е., Шустер Л. Ш. Обработка деталей поверхностным пластическим деформированием. Иркутский государственный технический университет. Иркутск, 2014.

8. Зайдес С. А., Емельянов В. Н., Попов М. Е., Кропоткина Е. Ю., Бубнов А. С. Деформирующая обработка валов. Монография / под ред. С. А. Зайдеса; Иркутский государственный технический университет; Рос. инженер. акад.. Иркутск, 2013.

9. Куличкин Н. В., Чеботарёв Ю. В. Влияние поверхностного пластического деформирования на характеристики усталости круглых образцов подвергнутых термомехнической правке. Вестник Астраханского государственного технического университета. 2007. № 2. С. 61-63.

10. Левашкин Д. Г. Методологические аспекты обеспечения точности и жесткости реконфигурируемых производственных систем с применением автоматически сменных узлов. Вектор науки Тольяттин-ского государственного университета. 2014. № 4 (30). С.30-36.

11. Remi Husson, Cyrille Baudouin, Regis Bigot, Edoardo Sura. Consideration of residual stress and geometry during heat treatment to decrease shaft bending. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. June 2014, Volume 72, Issue 9, pp.1455-1463.

12. Yong-Jin Choi, Sang-Kon Lee, In-Kyu Lee, Yong-Jae Cho, Jae-Wook Lee, Jung-Woo Cho, Myeong-Sik Jeong. Multi-stage forging process design of steering system output shaft for reduction of energy consumption. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. June 2015, Volume 16, Issue 7, pp. 1455-1460.

13. Eraslan A. N., Mack W. A computational procedure for estimating residual stresses and secondary plastic flow limits in nonlinearly strain hardening rotating shafts. Forschung im Ingenieurwesen. March 2005, Volume 69, Issue 2, pp. 65-75.

14. Tolga Akis, Ahmet N. Eraslan. Exact solution of rotating FGM shaft problem in the elastoplastic state of stress. Archive of Applied Mechanics. October 2007, Volume 77, Issue 10, pp. 745-765.

15. Pantazopoulos G., Papaefthymiou S. Failure and Fracture Analysis of Austenitic Stainless Steel Marine Propeller Shaft. 30 September 2015, Journal of Failure Analysis and Prevention, pp. 1-6.

16. Gruening A., Lebsanft M., Scholtes B.. Residual Stress State in Tools Used for Thermo-mechanical Metal Forming Processes. Engineering Applications of Residual Stress, Volume 8. Part of the series Conference

Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series, pp. 39-45, 25 May 2011.

17. Wei-jian Yu, Yan Zhang. Analysis on damage and rheological characteristics of deep surrounding rock of shaft engineering. Journal of Coal Science and Engineering (China). March 2010, Volume 16, Issue 1, pp. 29-34.

18. Le Qin, HuiMin Xie, RongHua Zhu, Dan Wu, ZhiGang Che, ShiKun Zou. Study of the location of testing area in residual stress measurement by Moire interferometry combined with hole-drilling method. Science China Physics, Mechanics and Astronomy, April 2014, Volume 57, Issue 4, pp. 708-715.

19. Juan Dong, Jeremy Epp, Alexandre da Silva Rocha, Rafael Menezes Nunes, Hans Werner Zoch. Investigation of the Influence Factors on Distortion in Induction-Hardened Steel Shafts Manufactured from Cold-Drawn Rod. Metallurgical and Materials Transactions A, pp. 1-12, 25 November 2015.

20. Thomas Georg Karl Hirsch, Alexandre da Silva Rocha, Rafael Menezes Nunes.Distortion Analysis in the Manufacturing of Cold-Drawn and Induction-Hardened Components. Metallurgical and Materials Transactions A. December 2013, Volume 44, Issue 13, pp. 5806-5816.

SYSTEM OF AUTOMATIC CONTROL OF THERMOPOWER EDIT OF LONG NON-RIGID SHAFTS

D. Y. Voronov, сandidate of the technical sciences, docent of «Equipment and technology of engineering production»

O. I. Drachev, doctor of engineering, professor of «Equipment and technology of engineering production»

K. A. Repin, post-graduate student of «Equipment and technology of engineering production»

Togliatti State University, Togliatti (Russia)

Annotation. The system of automatic control of thermopower processing of multistage non-rigid shafts, built on the principle of multi-channel management system. The algorithm of work of system of automatic control of the operation of thermopower handling, taking into account the characteristic changes of the parameters as a function of temperature. The described process of thermal processing using an automated control system according to the inventive method, in which the workpiece gets the specified physical and mechanical properties and is equal to stress state of the material in the cross section to the length of the part. Describes the process of plastic deformation during thermal processing, allowing to eliminate the voltage received by the workpiece in the previous operations, that is to exclude technological heredity, at the same time, the controlled cooling process when the temperature is stable throughout its length, contributing to the formation of uniform residual stresses throughout the volume of the part. Describes the modes and parameters of the control system of automatic control of thermal effects on the workpiece the alleged taking into account of obtaining the specified parameters of the processed sample and the investigation of processing using the proposed system of automatic control of thermal power processing, in which the projected future machining uniform material removal relative to the axis of the shaft and will not lead to the warping of the latter. The conclusion can be that a scheme of automatic control allows to exclude from a technological process of manufacturing milostraga long shaft all intermediate stabilizing releases, and thermal treatment is carried out under standard heat treatment (hardening, tempering), and allows several times to improve the performance of manufacturing Malaiesti long shafts, to eliminate deformation, significantly improve the accuracy and reduce the cost of treatment.

Key words: thermo-power processing (TPP), non-rigid shaft, automated control system (ACS), warping.