Главная » 2014 » Июнь » 27 » Скачать Разработка системы автоматического управления расходом рабочих газов в технологическом процессе сверхзвуковой газопорошковой бесплатно
04:55
Скачать Разработка системы автоматического управления расходом рабочих газов в технологическом процессе сверхзвуковой газопорошковой бесплатно
Разработка системы автоматического управления расходом рабочих газов в технологическом процессе сверхзвуковой газопорошковой наплавки защитных покрытий на элементы теплоэнергетических установок
Диссертация
Автор: Черемисин, Павел Сергеевич
Название: Разработка системы автоматического управления расходом рабочих газов в технологическом процессе сверхзвуковой газопорошковой наплавки защитных покрытий на элементы теплоэнергетических установок
Справка: Черемисин, Павел Сергеевич. Разработка системы автоматического управления расходом рабочих газов в технологическом процессе сверхзвуковой газопорошковой наплавки защитных покрытий на элементы теплоэнергетических установок : диссертация кандидата технических наук : 05.03.06 / Черемисин Павел Сергеевич; [Место защиты: ГОУВПО "Алтайский государственный технический университет"] - Барнаул, 2008 - Количество страниц: 128 с. 8 ил. Барнаул, 2008 136 c. :
Объем: 136 стр.
Информация: Барнаул, 2008
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОПЛАМЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ
НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
11 Анализ проблемы износа поверхности деталей и способов повышения ее износостойкости
12 Оборудование и системы управления газопламенными установками
2 МАТЕРИАЛЫ, АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
21 Материалы и технологическая аппаратура для реализации процесса сверхзвуковой газопорошковой наплавки
22 Методика и оборудование для исследования влияния управляемых технологических параметров на свойства наносимого покрытия
23 Методы и средства проектирования и конструирования систем автоматического управления
24 Методики выполнения технологических экспериментов по наплавке защитных покрытий
25 Методы исследования механических свойств и структуры защитных покрытий
3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ РАСХОДА РАБОЧИХ ГАЗОВ
ПРИ СВЕРХЗВУКОВОЙ ГАЗОПОРОШКОКВОЙ НАПЛАВКЕ
31 Анализ технологических параметров, влияющих на свойства покрытия, полученного при помощи сверхзвуковой газопорошковой наплавки
32 Выбор основных технологических параметров управления
33 Разработка алгоритма работы системы автоматического управления процессом сверхзвуковой газопорошковой наплавки
34 Анализ основных технических характеристик газопламенной аппаратуры и разработка алгоритма работы системы автоматического управления параметрами расхода рабочих газов
35 Разработка структурной схемы системы автоматического управления параметрами расхода газов и определение ее аппаратного состава
36 Описание принципиальной схемы системы автоматического управления параметрами расхода газа
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСХОДА ГАЗОВ НА СВОЙСТВА ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
41 Исследование зависимости расхода рабочих газов от параметров работы блока системы автоматического управления параметрами расхода газов
42 Исследование зависимости удельной мощности газопламенной струи от параметров расхода рабочих газов
43 Исследование зависимости свойств защитного покрытия от режимов работы разработанного блока системы автоматического управления параметрами расхода газов
Введение:
Механическая прочность детали, как известно, гарантируется за счет применения основного материала, а специальные свойства поверхности обеспечиваются сплошным или локальным формированием на ней тонких слоев других материалов — покрытий. В результате обеспечивается повышенная долговечность детали, сочетающаяся с экономией легирующих элементов, удешевлением изделий.
В теплоэнергетике одной из основных проблем является поверхностный износ, где твердые частицы топлива и золы нередко очень быстро разрушают системы топливоподачи, трубы и стенки газоходов, лотки и трубы гидрозолоудаления котлоагрегатов. Примером тому является интенсивный абразивный износ участков трубных панелей котлоагрегатов с «кипящим» слоем (ККС). Котельные установки данного типа имеют широкое распространение, так как обладают рядом преимуществ по сравнению с иными типами котельных установок, что делает их использование экономически целесообразным. При этом основным недостатком является небольшой срок межремонтного периода (1,5.2,5 месяца), из-за того, что влияние абразивных потоков при высоких температурах и окислительное воздействие воздуха с продуктами горения на рабочие поверхности приводят к их активному изнашиванию, потере работоспособности и выходу из строя. Поэтому задача продления срока службы элементов котлоагрегатов, подверженных износу является актуальной.
Анализ способов для создания покрытий, показал, что среди существующих технологических процессов для создания защитных покрытий все более заметную роль приобретают процессы газопорошкового напыления и наплавки сверхзвуковым газовым пламенем. Они сочетают преимущества концентрированных источников нагрева и достоинства высоколегированных порошковых материалов. Но, несмотря на технологические и экономические преимущества процессов газопорошкового напыления и наплавки, свойства покрытий, полученных при помощи сверхзвуковых способов, еще мало изучены и описаны в научно-технической литературе.
Предварительные исследования свойств покрытий, полученных с помощью нового метода сверхзвуковой газопорошковой паплавки (СГП-наплавки), разработанного коллективом ООО «НИИ Высоких Технологий», показали, что свойства покрытий на порядок выше покрытий, полученных при помощи традиционных способов, к которым, прежде всего, относятся дозвуковые газопламенные способы напыления и наплавки. Однако данная технология требует дальнейшего развития, особенно в части совершенствования технологического оборудования.
Естественно, что развитие и широкое использование метода СГП-наплавки невозможно без специального технологического оборудования. Это связано, в первую очередь, с требованием нанесения защитных покрытий на поверхности изделий различной формы, а также с получением стабильных характеристик защитного слоя. Качество получаемого защитного покрытия зависит от многих параметров, основным из которых является мощность в пятне нагрева и распределение температуры по поверхности изделия. Эти параметры определяют температуру в пятне нагрева, скорости охлаждения точек в пятне, а таюке возможное и нежелательное образование трещин и несплавлений, что, в итоге, предопределяет структуру покрытия.
Как показывает практика, управление параметрами процесса СГП-наплавки вручную не может обеспечить должного качества защитного слоя на всем его протяжении из-за влияния так называемого «человеческого» фактора. Поэтому для получения более качественных покрытий и повышения производительности метода СГП-наплавки необходимо создание системы автоматического управления (САУ) технологическим процессом.
Целью данной работы является повышение качества защитных покрытий в технологическом процессе сверхзвуковой газопорошковой наплавки износостойких самофлюсующихся сплавов на элементы теплоэнергетических установок путем автоматического управления технологическими параметрами.
Для достижения поставленной цели в диссертации были определены и решены следующие задачи'.
1. На основании анализа существующих способов нанесения защитных покрытий и систем управления выделить основные управляемые технологические параметры, изучить влияние этих параметров на процесс формирования покрытия и обосновать способ управления газопламенными установками.
2. Разработать методику управления и алгоритм функционирования системы автоматического управления.
3. Разработать и реализовать опытно-промышленное устройство управления.
4. Выполнить экспериментальные исследования свойств покрытий, полученных с помощью разработанного устройства управления.
5. На основании проведенных исследований разработать технологические рекомендации по применению созданной системы автоматического управления в процессе СГП-наплавки на элементы теплоэнергетических установок.
Методы исследования. Основные результаты выполненной работы получены с использованием как стандартных, так и оригинальных методик экспериментальных исследований процессов наплавки и наплавленных слоев.
Наплавку производили с помощью разработанного и запатентованного авторским коллективом ООО «НИИ Высоких Технологий» устройства для СГП-наплавки.
Процессы нагрева и охлаждения исследовались при помощи оригинальной методики, которая обеспечивает сбор данных и их обработку с использованием компьютерной техники.
Исследования микроструктуры покрытий проводились с помощью метода световой микроскопии.
Исследование свойств наплавленного покрытия проводились с помощью определения микротвердости и испытаний на сопротивление механическому изнашиванию о жестко закрепленные частицы.
Достоверность полученных результатов при решении поставленных в диссертационной работе задач обеспечивалась использованием современных серийных приборов, технологического оборудования, компьютерной техники, достаточным количеством повторений опытно-экспериментальных исследований, а также получением адекватных практических результатов.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней:
1. Определены основные управляемые технологические параметры процесса сверхзвуковой газопорошковой наплавки самофлюсующихся сплавов, отвечающие за качество покрытий (расход рабочих газов Упр0п и Укисл и их соотношение (3=Укисл/Упроп), и обоснованы способы управления указанными параметрами.
2. Разработана оригинальная методика управления расходом газов и их соотношением на базе созданного алгоритма работы системы автоматического управления процессом сверхзвуковой газопорошковой наплавки в целом и интегрированного в него алгоритма работы системы автоматического управления подачей рабочих газов, как определяющей части технологического процесса наплавки.
3. Установлена область эффективной работы системы автоматического управления подачей рабочих газов и определены рациональные режимы технологического процесса сверхзвуковой газопорошковой наплавки покрытий для теплоэнергетического оборудования (общий расход газов (Упроп+Укисл)=7,6.9Д л/мин, их соотношение (3=1,62. 1,97).
Практическая значимость работы:
1. Разработаны структурная и электрическая схемы системы автоматического управления и изготовлен блок автоматического управления расходом рабочих газов при нанесении защитных покрытий методом сверхзвуковой газопорошковой наплавки на элементы теплоэнергетического оборудования.
2. Разработан и изготовлен оригинальный регулятор расхода газа с сервоприводом, обеспечивающий возможность плавного регулирования параметров для достижения рациональных режимов наплавки.
3. Выполнена апробация разработанной системы автоматического управления в опытно-экспериментальном режиме на устройстве для сверхзвуковой газопорошковой наплавки износостойких покрытий на базе ООО «НИИ Высоких Технологий», подтвердившая работоспособность системы автоматического управления в области рекомендуемых режимов наплавки.
Представленный проект «Разработка системы автоматического управления процессом газопламенной наплавки» стал призером на Всероссийском конкурсе инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Энергетика и энергосбережение» (2005 г.).
Кроме того, в 2007 году на Федеральной школе-семинаре по обучению коммерциализации проектов участников программы "УМНИК" проект «Разработка системы автоматического управления быстротекущими процессами на основе промышленных микроконтроллерных систем для сверхзвуковой газопорошковой наплавки наноматериалов» также вошел в число призеров.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Концепция построения системы автоматического управления сверхзвуковой газопорошковой наплавкой защитных покрытий.
2. Оригинальная методика управления технологическими параметрами в процессе сверхзвуковой газопорошковой наплавки.
3. Алгоритмы работы системы автоматического управления технологическим процессом сверхзвуковой газопорошковой наплавки в целом и системы автоматического управления расходом рабочих газов, как основной составляющей системы автоматического управления технологическим процессом наплавки в целом.
4. Совокупность результатов экспериментальных исследований и обобщений о связи эксплуатационных свойств покрытий и параметров регулирования, полученных при использовании разработанного блока системы автоматического управления расходом рабочих газов и их соотношением.
5. Рациональные технологические режимы работы блока системы автоматического управления расходом рабочих газов для процесса сверхзвуковой газопорошковой наплавки покрытий на элементы теплоэнергетических установок.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и доложены на региональных и международных конференциях по вопросам современных технологий и автоматизации управления.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК и сборниках докладов на международных конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 123 страницах, содержит 41 рисунок, 7 таблиц и 2 приложения.
