авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |

«А.Ю. АНДРЮШКИН ФОРМИРОВАНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ СВЕРХЗВУКОВЫМ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ РАСПЫЛЕНИЕМ Министерство образования и науки Российской Федерации ...»

-- [ Страница 8 ] --

Микрофотографирование капель. Микрофотографирование ка пель осуществлялось на экспериментальной установке для определения дисперсности капель (рис. 5.4). В эксперименте были использованы узлы распыления с осесимметричной кольцевой компоновкой и с асимметрич ной серповидной компоновкой. Сопла подачи газа на серповидной ком поновке были установлены снизу относительно канала подачи жидкости.

Действительное представление о форме, размерах и взаимном рас положении капель в различных местах факела распыления получают, используя метод микрофотографирования. С помощью микрофотографи рования исследуется лишь малый участок факела распыления, находящи еся в плоскости резкой наводки. Капли расположенные вне этой плоско сти, на микрофотографии получаются расплывчатыми, причем масштаб их изображения изменяется по мере удаления от объектива. Нечеткое изображение большинства капель на микрофотографиях затрудняет ве дение их подсчета и сильно увеличивает трудоемкость анализа размеров капель. Погрешность измерений при микрофотографировании составляет 15…25%.

В эксперименте для измерения размеров капель, образующихся в ре зультате распыления, были сделаны их микрофотографии. На микрофо тографиях квадратом показана часть основного участка факела распыле ния, где производилось микрофотографирование (рис. 5.26).

Рис. 5.26. Сверхзвуковой факел распыления: 9 сопел (фотография слева);

19 сопел (фотография справа);

Квадратом показана зона микрофотографирования Определение среднего диаметра капель, образовавшихся в результа те процесса распыления жидкости, проводилось по следующей методике.

Для определения диаметра капель по их изображению было принято до пущение, что капли представляют собой сферические или эллиптические тела вращения. На микрофотографиях были обведены кругами и эллип сами границы наиболее четко изображенных капель, так как при настро енной определенным образом подсветке четко на снимках получаются капли находящиеся приблизительно на одинаковом расстоянии от объек тива фотоаппарата. Далее подсчитывалось число кругов и эллипсов, вы числялась их суммарная площадь, а затем определялся средний диаметр капель по формуле:

nк 4 S к i dк, (5.3) nк где dк – средний диаметр капель, определенный опытным путем, м;

Sк – площадь круга или эллипса, охватывающих каплю, м2;

nк – число капель, взятых в расчет, шт.

Полученные опытные значения среднего диаметра капель сравнива лись со значениями, вычисленными по формулам (3.201) и (3.202), с соот ветствующими эмпирическими коэффициентами. Так как эти формулы наиболее полно учитывают свойства распыляемой жидкости, а так же рас ход жидкости и газа, характеризующий конструкцию узла распыления.

Предложенную автором формулу для расчета среднего диаметра ка пель, образовавшихся при распылении (3.202), перепишем для случая многоструйной подачи газа в факел распыления. Эмпирические коэффи циенты примем при распылении воды для кольцевой компоновки k20=50, k21=0,1, для серповидной компоновки k20=60, k21=0,1;

при распылении связующего для кольцевой компоновки k20=280, k21=0,1, для серповидной компоновки k20=310, k21=0,1. Таким образом, при распылении воды для кольцевой компоновки:

Q ж, 0,1 (5.4) d к d кж 50 An n Q с г для серповидной компоновки:

Q ж ;

0,1 (5.5) d к d кж 60 An n Q с г при распылении связующего для кольцевой компоновки:

Q ж, 0,1 (5.6) d к d кж 280 An n Q с г для серповидной компоновки:

Q ж. 0,1 (5.7) d к d кж 310 An n Q с г Выражение (3.201) для вычисления среднего диаметра капель, также перепишем для случая многоструйной подачи газа в факел распыления:

0, ж 102 1, 1000 Q ж 597, (5.8) dк 103 103 n Q ж Uг г с ж где dк – средний диаметр капель, мкм.

Отметим, что эмпирические коэффициенты в выражении (5.8) полу чены для низковязкой жидкости – воды.

5.5.1. Определение среднего диаметра капель при распылении воды Диаметр канала подачи жидкости dкж=1мм. При распылении во ды, подаваемой через канал dкж=1мм, из узлов распыления с кольцевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.27) (табл. 5.1). На фотографиях кругами и эллипсами обве дены капли, взятые для расчета среднего диаметра. Расчет среднего диа метра капель производился по выражению (5.3).

Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=1мм) Число со- Кольцевая компоновка Серповидная компоновка пел подачи Sк, nк, dк, Sк, nк, dк, Фото Фото мм2 мм газа пс шт мкм шт мкм nс=9 Ф1 0,527 76 Ф7 0,167 47 nс=11 Ф2 0,104 97 Ф8 0,149 37 nс=13 Ф3 0,069 97 Ф9 0,100 30 nс=15 Ф4 0,068 129 Ф10 0,094 26 nс=17 Ф5 0,051 123 Ф11 0,069 23 nс=19 Ф6 0,055 159 Ф12 0,076 21 Рис. 5.27 Микрофотографии капель с нанесенными на них кругами и эллипсами Значения средних диаметров капель воды, полученные в эксперименте и при расчете по выражениям (5.4), (5.5) (5.8) достаточно близки (рис. 5.28).

Необходимо, отметить, что для серповидной компоновки средний диаметр капель получается несколько больше чем для кольцевой компоновки.

Расчет среднего диаметра капель для каналов подачи жидкости большего диаметра проводится аналогично.

dк, мкм 3 4 nc, шт 9 10 13 15 16 17 11 12 Рис. 5.28. Зависимость среднего диаметра капель воды dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=1мм): 1 – расчет по выражению (5.4) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.5) для серповидной ком поновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные данные для коль цевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки Диаметр канала подачи жидкости dкж=2мм. При распылении во ды, подаваемой через канал dкж=2мм, из узлов распыления с кольцевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.29) (табл. 5.2).

Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=2мм) Кольцевая компоновка Серповидная компоновка Число сопел Sк, мм2 Sк, мм подачи газа пс nк, шт dк, мкм nк, шт dк, мкм nс=9 6,442 64 5,617 358 nс=11 4,326 75 4,358 271 nс=13 3,260 82 3,318 225 nс=15 3,010 93 3,007 203 nс=17 2,439 98 2,710 178 nс=19 2,155 102 2,473 164 к 2 nc, шт 9 10 13 15 16 17 11 12 Рис. 5.29. Зависимость среднего диаметра капель воды dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=2мм): 1 – расчет по выражению (5.4) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.5) для серповидной ком поновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные данные для коль цевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=3мм) Кольцевая компоновка Серповидная компоновка Число сопел Sк, мм2 nк, шт Sк, мм подачи газа пс dк, мкм nк, шт dк, мкм nс=9 54,196 48 49,009 1199 nс=11 42,973 59 39,390 963 nс=13 31,037 63 31,197 792 nс=15 26,589 73 28,274 681 nс=17 23,697 79 26,278 618 nс=19 22,117 84 24,376 579 Диаметр канала подачи жидкости dкж=3мм. При распылении во ды, подаваемой через канал dкж=3мм, из узлов распыления с кольцевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.30) (табл. 5.3).

к 2 nc, шт 9 10 13 15 16 17 11 12 Рис. 5.30. Зависимость среднего диаметра капель воды dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=3мм): 1 – расчет по выражению (5.5) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.5) для серповидной ком поновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные данные для коль цевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки Диаметр канала подачи жидкости dкж=4мм. При распылении во ды, подаваемой через канал dкж=4мм, из узлов распыления с кольцевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.31) (табл. 5.4).

Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=4мм) Число со- Кольцевая компоновка Серповидная компоновка пел подачи Sк, мм Sк, мм nк, шт dк, мкм nк, шт dк, мкм газа пс nс=9 231,801 41 245,664 2683 nс=11 158,970 50 150,642 2012 nс=13 129,950 58 122,483 1689 nс=15 115,478 65 108,302 1504 nс=17 107,276 71 105,605 1387 nс=19 94,926 74 107,895 1278 dк, мкм 2 nc, шт 9 10 13 15 16 11 12 Рис. 5.31. Зависимость среднего диаметра капель воды dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=4мм): 1 – расчет по выражению (5.4) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.5) для серповидной ком поновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные данные для коль цевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки Диаметр канала подачи жидкости dкж=5мм. При распылении во ды, подаваемой через канал dкж=5мм, из узлов распыления с кольцевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.32) (табл. 5.5).

Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=5мм) Кольцевая компоновка Серповидная компоновка Число сопел подачи газа пс Sк, мм Sк, мм nк, шт dк, мкм nк, шт dк, мкм nс=9 690,643 31 730,692 5326 nс=11 495,987 39 537,278 4024 nс=13 373,516 42 443,437 3365 nс=15 329,350 47 381,825 2987 nс=17 323,123 55 366,733 2735 nс=19 289,363 60 357,902 2478 dк, мкм 2 nc, шт 9 10 13 15 16 11 12 Рис. 5.32. Зависимость среднего диаметра капель воды dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=5мм): 1 – расчет по выражению (5.4) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.5) для серповидной ком поновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные данные для коль цевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки 5.5.2. Определение среднего диаметра капель при распылении связующего Диаметр канала подачи жидкости dкж=1мм. При распылении свя зующего, подаваемой через канал dкж=1мм, из узлов распыления с коль цевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.33) (табл. 5.6). На фотографиях кругами и эл липсами обведены капли, взятые для расчета среднего диаметра. Расчет среднего диаметра капель производился по выражению (5.3).

Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=1мм) Число Кольцевая компоновка Серповидная компоновка сопел пода- Sк, nк, dк, nк, dк, Sк, мм Фото Фото мм чи газа пс шт мкм шт мкм nс=9 Ф1 3,876 73 Ф7 3,428 260 nс=11 Ф2 3,377 82 Ф8 2,912 229 nс=13 Ф3 2,740 89 Ф9 2,541 198 nс=15 Ф4 2,128 96 Ф10 1,993 168 nс=17 Ф5 1,717 104 Ф11 1,723 145 nс=19 Ф6 1,546 113 Ф12 1,669 132 Рис. 5.33. Микрофотографии капель с нанесенными на них кругами и эллипсами Значения средних диаметров капель связующего, полученные в экс перименте и при расчете по выражениям (5.4), (5.5), (5.8) (рис. 5.34), пре восходят в несколько раз значения среднего диаметра капель воды. Рас пыление связующего из узла с серповидной компоновкой дает капли не сколько большего диаметра, чем распыление из узла с кольцевой компо новкой. Средний диаметр капель связующего, вычисленный по выраже нию (5.8), несколько меньше экспериментальных значений и значений, рассчитанных по выражениям (5.6) и (5.7). Это связано с тем, что в вы ражении (5.8) эмпирические коэффициенты взяты для низковязкой жид кости.

dк, мкм 1 nc, шт 9 10 13 15 16 11 12 Рис. 5.34. Зависимость среднего диаметра капель связующего dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=1мм): 1 – расчет по выраже нию (5.6) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.7) для серпо видной компоновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные дан ные для кольцевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки Расчет среднего диаметра капель для каналов подачи жидкости большего диаметра проводится аналогично.

Диаметр канала подачи жидкости dкж=2мм. При распылении свя зующего, подаваемого через канал dкж=2мм, из узлов распыления с коль цевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.35) (табл. 5.7).

Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=2мм) Кольцевая компоновка Серповидная компоновка Число со пел подачи dк, Sк, мм2 Sк, мм nк, шт nк, шт dк, мкм газа пс мкм nс=9 134,009 41 147,176 2040 nс=11 98,450 48 106,317 1616 nс=13 68,279 52 77,928 1293 nс=15 62,105 60 70,332 1148 nс=17 51,377 64 57,760 1011 nс=19 45,173 69 50,744 913 dк, мкм 5 3 nc, шт 9 10 13 15 16 17 11 12 Рис. 3.35. Зависимость среднего диаметра капель связующего dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=2мм): 1 – расчет по выраже нию (5.6) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.7) для серпо видной компоновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные дан ные для кольцевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки Диаметр канала подачи жидкости dкж=3мм. При распылении свя зующего, подаваемого через канал dкж=3мм, из узлов распыления с коль цевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.36) (табл. 5.8).

Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=3мм) Число Кольцевая компоновка Серповидная компоновка сопел Sк, мм2 Sк, мм подачи nк, шт dк, мкм nк, шт dк, мкм газа пс nс=9 1343,000 36 1198,000 6891 nс=11 945,797 43 833,539 5292 nс=13 620,123 46 597,935 4143 nс=15 537,738 51 526,996 3664 nс=17 472,126 55 474,475 3306 nс=19 413,44 59 417,827 2987 dк, мкм 2 nc, шт 9 10 13 15 16 17 11 12 Рис. 5.36. Зависимость среднего диаметра капель связующего dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=3мм): 1 – расчет по выраже нию (5.6) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.7) для серпо видной компоновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные дан ные для кольцевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки Диаметр канала подачи жидкости dкж=4мм. При распылении свя зующего, подаваемого через канал dкж=4мм, из узлов распыления с коль цевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.37) (табл. 5.9).

Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=4мм) Кольцевая компоновка Серповидная компоновка Число сопел Sк, мм2 Sк, мм подачи газа пс nк, шт dк, мкм nк, шт dк, мкм nс=9 6895,000 31 6306,000 16828 nс=11 4047,000 33 4180,000 12496 nс=13 2956,000 36 3620,000 10225 nс=15 2462,000 39 3030,000 8965 nс=17 2095,000 44 2581,000 7786 nс=19 1975,000 47 2326,000 7315 dк, мкм 3 4 nc, шт 9 10 13 15 16 17 11 12 Рис. 5.37. Зависимость среднего диаметра капель связующего dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=4мм): 1 – расчет по выраже нию (5.6) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.7) для серпо видной компоновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные дан ные для кольцевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки Диаметр канала подачи жидкости dкж=5мм. При распылении свя зующего, подаваемого через канал dкж=5мм, из узлов распыления с коль цевой и серповидной компоновкой были получены значения средних диаметров капель (рис. 5.38) (табл. 5.10).

Т а б л и ц а 5. Результаты обработки микрофотографий (диаметр канала подачи жидкости dкж=5мм) Кольцевая компоновка Серповидная компоновка Число сопел подачи газа пс Sк, мм Sк, мм nк, шт dк, мкм nк, шт dк, мкм nс=9 21370,000 25 21170,000 32987 nс=11 14410,000 29 14260,000 25154 nс=13 10070,000 32 11410,000 20013 nс=15 8049,000 35 8823,000 17112 nс=17 6970,000 37 7705,000 15487 nс=19 6233,000 40 7521,000 14086 dк, мкм 2 nc, шт 9 10 13 15 16 17 11 12 Рис. 5.38. Зависимость среднего диаметра капель связующего dк от числа сопел подачи газа nс (диаметр канала подачи жидкости dкж=5мм): 1 – расчет по выраже нию (5.6) для кольцевой компоновки;

2 – расчет по выражению (5.7) для серпо видной компоновки;

3 – расчет по выражению (5.8);

4 – экспериментальные дан ные для кольцевой компоновки;

5 – экспериментальные данные для серповидной компоновки Выводы. Результаты опытного определения среднего диаметра ка пель низковязкой и вязкой жидкости показывают, что при увеличении числа сопел подачи газа, то есть при росте расхода газа наблюдается зна чительное уменьшение среднего диаметра капель. При числе сопел пода чи газа nс21 не наблюдается существенного уменьшения размеров ка пель, то есть при данном соотношении расходов газа и жидкости даль нейшее увеличение числа сопел нецелесообразно. Повышение диаметра канала подачи жидкости dкж приводит к значительному росту среднего диаметра капель dк. При распылении вязкой жидкости (связующего) средний диаметр капель dк в несколько раз больше чем при распылении низковязкой жидкости (воды).

При одинаковом числе сопел подачи газа nс и одинаковом диаметре канала подачи жидкости dкж, круговая компоновка узла распыления дает самое маленькое значение среднего диаметра капель, более крупные кап ли получаются при использовании серповидной компоновки. Необходи мо заметить, что разница между размерами капель, полученных при рас пылении из узлов различных компоновок, незначительна.

Предложенные автором выражения для определения среднего диа метра капель низковязкой и вязкой жидкости (5.4-5.7) весьма точно опи сывают экспериментальные результаты, полученные методом микрофо тографирования. Сравнение экспериментальных и расчетных значений среднего диаметра капель с результатами расчета по выражению (5.8) [83] также близки.

5.6. Влияние расстояния между соплами подачи газа и каналом подачи жидкости на дисперсность капель жидкости Исследование влияния расстояния между каналом подачи жидкости и соплами подачи газа проводилось на узлах распыления с серповидной компоновкой. В опыте были использованы узлы распыления с 13-ю соп лами подачи газа, диаметр канала подачи жидкости dкж=1мм. Расстояние между соплами подачи газа и каналом подачи жидкости варьировалось при изменении диаметра расположения сопел подачи газа dсг=30;

40;

50;

60;

70мм (рис. 5.39).

а) б) 2 2 2 сг d 3 31 1 1 dсг Жидкость (композиция) Газ Рис. 5.39. Узлы распыления с серповидной компоновкой: а – dсг=40мм;

б – dсг=60мм;

1 – канал подачи газа;

2 – канал подачи жидкости;

3 – сопло При увеличении расстояния между каналом подачи жидкости и соп лами (диаметр расположения сопел подачи газа dсг) средний диаметр ка пель dк воды (рис.3.40, а) и связующего (рис. 3.40, б) увеличивается. Это связано с тем, что с ростом dсг струи газа оказывают менее интенсивное воздействие на струю жидкости, эжекционная способность струй умень шается. Образованная сверхзвуковыми струями газа система скачков уплотнения также отдалена от потока жидкости. Поэтому истекающая из канала струя жидкости распадается на более крупные капли, которые двигаясь по потоку не испытывают сильного аэродинамического воздей ствия.

а) б) dк, мкм dк, мкм 70 30 dсг, мм dсг, мм 30 40 50 60 30 40 50 Рис. 3.40. Зависимость среднего диаметра капель dк от диаметра расположения сопел подачи газа dсг (диаметр канала подачи жидкости dкж=1мм): а – вода;

б – связующее Выводы. Сопла подачи газа можно рекомендовать размещать ближе к каналу подачи жидкости. При таком близком расположении сопел по дачи газа формируется развитая система скачков уплотнения, охватыва ющая струю жидкости, что приводит к уменьшению среднего диаметра образующихся капель. Применение многоструйной подачи газа позволя ет минимизировать диаметр узла распыления, при высокой эффективно сти распыления.

5.7. Анализ результатов исследования узлов распыления с многоструйной подачей газа 1. Рассмотрены схемы узлов распыления различных компоновок с внутренним и с внешним перемешиванием жидкости и газа. Анализ про изводственных и эксплуатационных факторов показал, что узлы распы ления с внешним перемешиванием жидкости и газа имеют более широ кие технологические возможности, чем узлы распыления с внутренним перемешиванием. Узлы распыления с внешним перемешиванием при многоструйной подаче газа делают ГОС гибкой, такая компоновка позво ляет варьировать технологические параметры в широком диапазоне.

2. Проведено экспериментальное исследование узлов распыления раз личных компоновок с многоструйной подачей газа. В опытах распылялись низковязкая жидкость (окрашенная вода) и вязкая жидкость (подогретое связующее ЭДТ-10). Были испытаны осесимметричные компоновки узлов распыления: кольцевая, эллипсная, треугольная, квадратная;

асимметрич ные: серповидная, угловая, двухсерповидная, трехсерповидная.

3. Устойчивость процесса распыления зависит от соотношения рас ходов жидкости и газа. Для асимметричных компоновок важно положе ние сопел подачи газа относительно канала подачи жидкости.

4. При осесимметричной компоновке узла распыления жидкость распределяется симметрично относительно оси факела распыления, сов падающей с осью канала подачи жидкости. Поток капель в факеле рас пыления за счет эжекции отклоняется в сторону сосредоточения сверх звуковых сопел подачи газа. Конфигурация зоны орошения для всех осе симметричных компоновок представляет собой окружность, центр кото рой совпадает с осью канала подачи жидкости. Повышение вязкости рас пыляемой жидкости приводит к уменьшению диаметра зоны орошения.

5. При асимметричной компоновке (серповидная, угловая) узла рас пыления распределение жидкости неравномерно относительно оси кана ла подачи жидкости, что связано с наличием эксцентриситета eот. Поток капель за счет эжекции отклоняется в сторону расположения сопел пода чи газа. Зона орошения при асимметричной компоновке представляет собой окружность, центр которой не совпадает с осью канала подачи жидкости, что связано с наличием эксцентриситета.

6. Асимметричная компоновка узла распыления может включать не сколько групп сопел подачи газа (двухсерповидная, трехсерповидная).

Каждая из групп расположена с эксцентриситетом eот относительно оси канала подачи жидкости. Если эти группы симметричны относительно оси канала подачи жидкости, то центр диаграммы окружного распреде ления жидкости совпадает с осью канала подачи жидкости.

7. Экспериментальное определение среднего диаметра капель низко вязкой и вязкой жидкости методом микрофотографирования показывает, что при росте расхода газа наблюдается уменьшение среднего диаметра капель. Повышение диаметра канала подачи жидкости приводит к росту диаметра капель. При распылении вязкой жидкости (связующего) диа метр капель в несколько раз больше чем при распылении низковязкой жидкости (воды).

8. При равных условиях (одинаковое число сопел подачи газа, оди наковый диаметр канала подачи жидкости) осесимметричные компонов ки позволяют получить капли меньшего размера, чем асимметричные компоновки. Однако, разница между размерами капель, полученных при распылении из узлов различных компоновок, незначительна. Все компо новки узлов распыления показали высокую эффективность и устойчивую работу, как при распылении воды, так и при распылении вязкого связу ющего при достаточном числе сопел подачи газа.

9. Предложенные автором выражения для определения среднего диаметра капель низковязкой и вязкой жидкости (5.4-5.7) весьма точно описывают экспериментальные результаты, полученные методом микро фотографирования. Сравнение экспериментальных и расчетных значений среднего диаметра капель с результатами расчета по выражению (5.8) [83] также близки. Это подтверждает правильность выдвинутой теории СГР и адекватность полученных результатов.

10. Приближение сопел подачи газа к каналу подачи жидкости при водит к уменьшению среднего диаметра образующихся капель, что свя зано с формированием развитой системы скачков уплотнения, охватыва ющих струю жидкости. Значительно повышается дисперсность капель с уменьшением диаметра канала подачи жидкости, поэтому подача не сколькими струями жидкости значительно эффективнее, чем подача од ной эквивалентной струей.

11. Оригинальные компоновки узлов распыления позволяют легко получить образованный сверхзвуковыми струями факел распыления, позволяющий распылять вязкие и высоковязкие жидкости. Получение необходимого технологического режима обеспечивается установкой со ответствующего набора сопел подачи газа или соплового блока, что поз воляет изменять параметры процесса распыления в широком диапазоне.

Технологическая гибкость узлов распыления с многоструйной подачей газа обуславливает возможность их применения в различных процессах формирования дисперсных систем.

Выводы. Исследование узлов распыления с многоструйной подачей газа показало высокую эффективность диспергирования вязких жидко стей. Использование СГР расширяет область применения газодинамиче ского метода, открывает широкие технологические возможности по пе реработке вязких жидкостей, формированию смесей и покрытий на их основе. Диспергирование вязких жидкостей в сверхзвуковом потоке поз воляет совершенствовать существующие технологические процессы, по вышая их режимные параметры, и создавать новые технологии.

6. СОЗДАНИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА БАЗЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ 6.1. Формирование технологических смесей При распылении получают частицы с размерами 10-3..10-6м, при этом образуется максимальная поверхность раздела фаз, обеспечивающая вы сокую скорость протекания реакций и взаимодействий. Такая дисперсная система является основой для формирования технологических смесей высокого качества: связующих, клеев, герметиков, паст, суспензий, эмульсий. Перспективны конструкционные и функциональные материа лы, полученные на основе многокомпонентных смесей, так как они обла дают уникальными и специфическими свойствами, в том числе анизо тропией свойств.

Первой актуальной проблемой при формировании многокомпонент ных смесей является распределение компонентов смеси по ее объему.

Распределение компонентов по объему может быть равномерным, а мо жет изменяться по заданному закону. Второй важной проблемой, тесно связанной с первой, является проблема несовместимости компонентов между собой, например, несовместимость неорганических и органиче ских компонентов.

Процесс перемешивания должен быть построен так, чтобы компо ненты смеси вступали между собой во взаимодействие в строго опреде ленной последовательности и это взаимодействие, например, химические реакции, продолжалось определенное время. Очевидно, что сложность технологического процесса формирования смеси возрастает с числом компонентов, входящих в ее состав, а, следовательно, усложняется обо рудование, используемое для получения многокомпонентных смесей.

Поэтому СГМР эффективен по сравнению с традиционными методами получения смесей [9-35].

В зависимости от требуемого распределения свойств по объему ма териала или покрытия выбирается подход к организации ГОС. ГОС мо жет быть организована для формирования смесей, как с равномерным, так и с неравномерным, содержанием компонентов смеси по ее объему.

6.1.1. Формирование многокомпонентной смеси с равномерным распределением компонентов по ее объему Многокомпонентная смесь представляет собой сложный комплекс, чаще всего состоящий из полимерной основы (или смеси нескольких раз личных полимеров), отвердителя, пластификатора и других специальных добавок. Для повышения прочностных и функциональных характеристик готового материала в смесь вводят частицы металлических порошков, стеклянные или полимерные полые шарики, рубленое волокно, нитевид ные кристаллы, пигменты. Из компонентов смеси формируют имеющие необходимую вязкость композиции. Для придания полимерной основе требуемой вязкости в нее вводят соответствующие растворители или раз бавители. Для этой же цели широко используют расплавление полимер ных компонентов до нужной консистенции путем нагревания их до соот ветствующей температуры.

Компоненты и композиции из соответствующих емкостей 1…nик по трубопроводам 3 поступают в газодинамический смеситель 5 (рис. 6.1).

Расход каждого компонента и композиции задается дозатором 4, при этом в течение всего технологического процесса их расход поддерживается по стоянным. В газодинамическом смесителе 5 (рис. 6.2) компоненты и ком позиции распыляют сверхзвуковыми струями газа в мелкодисперсную ка пельную систему. В факеле распыления частицы перемешиваются между собой и напыляются на поверхность (зеркало) смеси, где компоненты сме си взаимодействуют между собой в тонком поверхностном слое. Формиро вание смеси происходит слоями. Так как расход компонентов смеси посто янен, то в каждом напыленном слое смеси содержание каждого компонен та неизменно, следовательно, каждый компонент смеси равномерно рас пределен по объему смеси, что гарантирует ее высокую однородность. Да лее смесь транспортируют в приемную емкость 6.

1 2 nик 3 Рис. 6.1. Принципиальная схема установки для приготовления смеси:

1,2…nик – емкости с исходными компонентами и композициями;

3 – трубопрово ды;

4 – дозаторы;

5 – газодинамический смеситель;

6 – емкость для приема смеси Подача компонентов Подача смеси и композиций газа Сверхзвуковое сопло Струя жидкости Струя газа или порошка Отвод газа Поверхность (зеркало) смеси Однородная смесь Вывод смеси Рис. 6.2. Газодинамический смеситель При такой организации технологического процесса формируемая смесь непрерывно отводится в контейнеры, предназначенные для хране ния, транспортировки или подается непосредственно по трубопроводам в смежное технологическое оборудование, обеспечивая автоматический непрерывный цикл его эксплуатации [11, 13-20, 27, 213-216, 222].

6.1.2. Формирование многокомпонентной смеси с неравномерным распределением компонентов по ее объему Для создания изделий, имеющих высокое конструктивно-технологи ческое совершенство, необходимо изготовление составных частей и эле ментов конструкций с анизотропными свойствами, изменяющимися по их объему. Чаще всего такие требования предъявляются к функциональ ным материалам и покрытиям, у которых свойства должны изменяться по толщине. Можно изменять свойства формируемых из смесей материалов и покрытий в желаемом направлении, варьируя состав компонентов сме си по ее объему.

Создание градиентных материалов и покрытий, у которых свойства (плотность, жесткость, прочность, электропроводность и прочие) изме няются по объему, возможно при послойном напылении смеси, при этом содержание компонентов изменяется по заранее заданному закону при переходе от одного слоя к другому. Варьирование содержания компонен та в каждом слое осуществляют изменением расхода данного компонента [22, 23, 25, 26, 29-31].

Напыление Отверждение Компоненты композиций дискретные армирующие элементы Н 1см 5 4 Н см 3 Н 1см 2 h1сл 1 hсл 0 V даэ, % Рис. 6.3. Схема послойного формирования покрытия: номер в кружке – номер слоя Рассмотрим процесс послойного формирования покрытия с дискрет ными армирующими элементами (ДАЭ), например, с рубленым стекло волокном (рис. 6.3). Перемешанные в факеле распыления компоненты композиций и ДАЭ напыляют слоями толщиной hсл (hсл – толщина эле ментарного жидкого слоя). При этом объемное содержание ДАЭ Vдаэ при переходе к очередному элементарному слою уменьшается, то есть со держание ДАЭ убывает от слоя 1 к слою 5 (номера слоев показаны в кружках). Содержание ДЭА в слое 1 максимально, а в слое 5 ДЭА отсут ствуют. В процессе послойного напыления образуется смесь толщиной Hсм, при этом каждый слой смеси находится на определенном этапе от верждения. Так элементарный слой 1 находится в твердом состоянии, а слой 5 - в жидком состоянии, слои 2, 3, 4 - в переходном состоянии. По сле того как в смеси пройдет взаимодействие компонентов композиций и отверждение образуется покрытие толщиной Н1см, состоящее из слоев толщиной h1сл с различным содержанием ДАЭ. Слой 1 будет иметь мак симальные прочностные параметры, а слой 5 – минимальные.

Послойное формирование градиентного покрытия открывает широ кие возможности по модификации его структуры и свойств путем изме нения содержания ДАЭ. Изменяя расход ДЭА в процессе напыления, можно получать покрытие с различным распределением ДЭА по тол щине, а, следовательно, варьировать механические свойства по толщине покрытия (рис. 6.4).

Н 1см Н 1см Н 1см Н 1см Н 1см Н 1см Н 1см 0 V даэ, % 0 0 0 V даэ, % V даэ, % V даэ, % V даэ, % V даэ, % Рис. 6.4. Различные законы изменения содержания ДАЭ по толщине покрытия При напылении изменять свойства материала или покрытия можно не только по толщине H1см при переходе от одного элементарного слоя к дру гому, но и по длине L1см (вдоль направления движения распылителя) и ши рине B1см (поперек направления движения распылителя) каждого элемен тарного слоя, варьируя содержание компонентов при каждом проходе рас пылителя над покрываемой поверхностью (рис. 6.5, а). При каждом прохо де наносится часть элементарного слоя, ширина которой равна диаметру пятна напыления dпн. Так как положение распылителя относительно по крываемой поверхности меняется в течение времени, то можно изменять расход ДАЭ во времени и, следовательно, варьировать содержание ДАЭ в каждой точке объема покрытия. В направлении движения распылителя в каждом элементарном слое изменять содержание ДАЭ можно непрерывно, варьируя расход ДАЭ (рис. 6.5, б). В направлении перпендикулярном дви жению распылителя содержание ДАЭ можно изменять дискретно, в зави симости от диаметра пятна напыления dпн (рис. 6.5, в).

Распылитель а) H 1см dпн А t ns co = п ас Uр Б Б А-А см L1 V даэ,% б) L1см А B1см Б-Б Б-Б V даэ,% V даэ,% в) г) В1см В1см 0 dпн dпн Рис. 6.5. Схема послойного формирования покрытия: а – схема напыления;

б – распределение ДАЭ вдоль направления движения распылителя;

в – распреде ление ДАЭ поперек направления движения распылителя (осесимметричный узел распыления);

г - распределение ДАЭ поперек направления движения распылителя (асимметричный узел распыления) Использование асимметричных узлов распыления открывает техно логическую возможность непрерывного варьирования содержания ДАЭ в направлении перпендикулярном движению распылителя. Как показало исследование асимметричных узлов распыления, окружное распределе ние жидкости вокруг оси факела распыления у них неравномерно. Это можно использовать для перераспределения ДАЭ по площади пятна напыления в желаемом направлении (рис. 6.5, г).

Необходимо отметить, что также как содержание ДАЭ в объеме ма териала или покрытия, может изменяться содержание любого компонен та смеси. Таким образом, варьируя состав смеси в определенном локаль ном объеме, можно изменять свойства готового материала или покрытия в желаемом направлении.

6.1.3. Армированные дискретными элементами композиты Армирование дискретными элементами (рублеными волокнами, ни тевидными кристаллами) полимерных матриц композитов позволяют повысить их прочностные и упругие характеристики при растяжении и сдвиге, направленно влиять на тепло- и электропроводность, диэлектри ческую проницаемость [15, 17, 27].

а) б) пр, ГПа пр, ГПа Е,ГПа G,ГПа 45 0,3 0, 0,2 30 0,08 0,1 15 0,04 0 0 5 10 15 20 V даэ,% 0 5 10 15 20 V даэ,% Рис. 6.6. Зависимость прочности пр, пр (1) и модуля упругости Е, G (2) при рас тяжении (а) и сдвиге (б) композитов на основе эпоксидного связующего от степе ни наполнения нитевидными кристаллами Si3N При увеличении степени наполнения ДАЭ полимерных матриц их прочностные и упругие свойства улучшаются (рис. 6.6) Особенно значи тельное повышение прочности и жесткости полимерных матриц достига ется путем их упрочнения нитевидными кристаллами. Введение ните видных кристаллов в полимерную матрицу в количестве 11…15% от объема композита приводит к резкому возрастанию показателей ее свойств. Так, модуль упругости при растяжении повышается в 5…7 раз, при сдвиге – в 5…6 раз, разрушающее напряжение при растяжении – в 3…4 раза. В то же время аналогичные характеристики для той же матри цы, упрочненной дискретными стеклянными волокнами, увеличиваются соответственно только в 3;

2,5 и 2 раза. Увеличение объемного содержа ния ДАЭ выше 20…25% нецелесообразно, так как повышается пори стость материала, которая приводит к снижению механических характе ристик композита.

Необходимо отметить, что на эффективность упрочнения влияют гео метрические размеры ДАЭ. Для эффективного упрочнения матрицы долж но быть выдержано соотношение laрм/daрм100 и laрм200мкм (daрм – диаметр ДАЭ;

lарм – длина ДАЭ). Следовательно, диаметр ДАЭ, используемых для упрочнения матрицы не должен превышать 2мкм. Поэтому наиболее при годны для этих целей тонкие фракции нитевидных кристаллов.

6.2. Технология получения порошков из расплавов Диспергирование расплавов сверхзвуковыми газовыми струями от носится к одному из перспективных методов получения металлических порошков и находит практическое применение в металлургии [37-39, 53, 126, 192, 239-242]. Сущность этой технологии заключается в интенсив ном силовом воздействии на струю расплава сверхзвукового потока газа источника растягивающих и сдвигающих сил. После распада струи рас плава формируются частицы различной формы. Размер частиц (застыв ших капель) лежит в интервале 10-3…10-5м, их размеры, как известно, зависят от поверхностного натяжения жидкости и ее вязкости. СГМР имеет существенные преимущества по сравнению с другими промыш ленными методами диспергирования расплавов, среди которых следует отметить малые энергозатраты, высокую производительность, возмож ность автоматизации процесса [24, 28].

Распыление струи расплава потоком газа относится к универсаль ным методам получения высококачественных порошков металлов, спла вов различного химического состава, композиционных порошков. Дис пергирование расплавов можно проводить инертными или активными газами в установках с контролируемой атмосферой. Изменяя ряд пара метров процесса, можно существенно влиять на свойства порошка, полу чать порошки с комплексом разнообразных свойств, заданной формы и дисперсности. Диспергирование расплавов инертными газами позволяет получать малоокисленные порошки, что устраняет значительную часть проблем, связанных с их компактированием.

Установка для получения порошков СГР в инертной атмосфере ра ботает следующим образом (рис. 6.7) [240]. Металл из печи 1 сливают в предварительно разогретый металлоприемник 2 и оттуда он поступает в виде струи в зону распыления. Из узла распыления 3 истекают под высо ким давлением сверхзвуковые газовые струи. Распыление осуществляет ся в камере 4, размеры которой обеспечивают кристаллизацию капель в условиях свободного полета. В нижней части камеры имеется устройство 5 для окончательного охлаждения порошка, после чего через шлюзовую камеру 6 порошок ссыпается в сборник 7.

10 12 9 11 Рис. 6.7. Схема установки для получения порошков в инертной атмосфере:

1 – плавильная печь;

2 – металлоприемник;

3 – узел распыления;

4 – камера рас пыления;

5 – устройство для охлаждения порошка;

6 – шлюзовая камера;

7 – сборник порошка;

8 – компрессоры;

9 – фильтр тонкой очистки;

10 – вакуум ный насос;

11 – фильтр для грубой очистки газов;

12 – т еплообменники;

13 – буферный баллон;

14 – вентили;

15 – регуляторы расхода 6.3. Технология напыления покрытий из композиционных порошков Для формирования покрытий применяют: плазменное напыление;

детонационное напыление, газотермическое напыление. Значительно повысить качество формируемых покрытий позволяет увеличение скоро сти напыляемых частиц – напыление сверхзвуковым газовым потоком (рис. 6.8). Основными способами формирования покрытий являются спо соб сверхзвукового газотермического (газопламенного) напыления и спо соб сверхзвукового холодного газодинамического напыления. Высоко скоростное напыление по праву считается наиболее современной из тех нологий напыления, которое практически вытеснило гальванику и мето ды вакуумного напыления во многих отраслях. Сочетание высокой ско рости и высокой температуры частиц позволяет получать покрытия вы сокого качества при значительной производительности технологического оборудования [22, 23, 25].

Температура частицы, К 200 400 600 800 Скорость частицы, м/с Рис. 6.8. Сравнение скоростей и температур частиц при различных процессах напы ления: 1 – область плазменного напыления;

2 – область газотермического (газопла менного) напыления;

3 – область холодного газодинамического напыления Существенной особенностью напыления является возможность управления составом, структурой и соответственно свойствами формиру емых покрытий. Получение покрытий с определенными свойствами воз можно за счет применения различных порошковых и жидких композиций с широким интервалом соотношения компонентов. В состав таких обла дающих текучестью композиций могут входить металлы, сплавы, окси ды, карбиды, бориды, нитриды, сульфиды, различные жидкие клеи, свя зующие составы. Эти композиции могут подаваться в факел распыления в виде механических смесей и композиционных порошков.

Применение для напыления механических смесей имеет ряд суще ственных недостатков, главным из которых является сегрегация (расслое ние) компонентов при перемешивании, транспортировании и подаче в фа кел распыления. Сегрегация приводит к неравномерности формирования структуры, пористости, снижению прочности и в ряде случаев к ухудше нию эксплуатационных характеристик покрытий. Кроме того, при напыле нии механических смесей происходит окисление некоторых компонентов.

Наличие в смеси порошков с различным гранулометрическим составом, формой, плотностью, теплопроводностью, температурой плавления приво дит к неравномерности нагрева отдельных частиц в полете, параметры за твердевания и кристаллизации у таких разных частиц резко отличаются, что может привести к появлению недопустимых дефектов в покрытии.

В связи с этими недостатками механических смесей начали разви ваться методы изготовления композиционных порошков, обеспечиваю щие наличие в каждой частице комплекса всех исходных компонентов.

При этом все частицы композиционного порошка имеют близкие друг к другу массу, размеры, химический состав, плотность, теплопроводность и другие свойства. В настоящее время для формирования многокомпо нентных покрытий используются композиционные порошки плакирован ного и конгломератного строения [28].

Частицы композиционного порошка в зависимости от способа их получения делятся на плакированные, конгломератные частицы и части цы смешанного типа, полученные с применением обоих способов. При плакировании исходной частицы (ядра) на ее поверхности формируются один или несколько слоев из других компонентов (рис. 6.9, а). Конгломе рированием можно достичь большего разнообразия в строении частиц (рис. 6.9,б,в). При использовании исходных порошков с частицами близких размеров образуются гомодисперсные конгломератные частицы (рис. 6.9, б). Если одна частица служит ядром, на поверхности которого размещены мелкодисперсные частицы остальных компонентов, то фор мируются гетеродисперсные конгломератные частицы (рис. 6.9, в). Ком бинации двух основных типов частиц (плакированных и конгломерат ных) позволяют получать композиционные порошки смешанного типа (рис. 6.9, г-е). Причем одни и те же компоненты могут присутствовать как в виде плакирующей оболочки, так и в составе конгломератов.

а) б) в) г) д) е) Рис. 6.9. Структура и состав частиц композиционных порошков: а – плакирован ная частица;

б – гомодисперсная конгломератная частица;

в – гетеродисперсная конгломератная частица;

г-е – частицы смешанного типа Композиционный порошковый материал – это порошок сложного со става, у которого каждая самостоятельная частица состоит из элементар ных частиц нескольких компонентов, отличающихся по химическому со ставу, и идентична по качественному составу всем остальным частицам.

В зависимости от характера взаимодействия компонентов при их нагреве порошки можно разделить на две большие группы: термоней тральные и экзотермически реагирующие. В последних при нагреве про текают химические реакции, обусловленные взаимодействием компонен тов, с образованием покрытий, состав которых резко отличается от ис ходного состава композиционного порошка. В термонейтральных компо зициях также возможно взаимодействие в результате плавления исход ных компонентов, но резкого отличия в свойствах полученного покрытия и исходного композиционного порошка не наблюдается.

Анализ особенностей процесса напыления композиционных порош ков, изучение их структуры и свойств покрытий свидетельствуют о воз можности направленного создания композиционных порошков для высо коскоростного напыления покрытий различного практического назначе ния с заранее заданным комплексом характеристик.

При выборе структуры и свойств композиционного порошка следует однозначно выбрать основной материал композиции, несущей эксплуа тационные нагрузки, и дополнительный (один или несколько), обеспечи вающий при напылении достижение комплекса необходимых характери стик покрытия. Основные металлические добавки, используемые в ком позиционных порошках, имеют несколько назначений, удовлетворяющих основным требованиям (табл. 6.1).

Т а б л и ц а 6. Основные виды металлических добавок, вводимых в порошок и их назначение Способы введения Назначение добавки добавок Увеличение средней ностного натяжения Конгломерирование Синтез износостой Пластификация по щихся компонентов Матрица покрытия Антифрикционные Снижение поверх Введение неплавя Экзотермичность взаимодействия Вид Плакирование Защита ядра и вязкости плотности добав свойства ких фаз крытия ки Al + + + + + B + + + Co + + + + + + Cr + + + Cu + + + + + + Mo + + + + + Ni + + + + + + + Si + + + Ti + + + Fe + + + + + 6.4. Технология пропитки арматуры композиционного материала связующим Пропитку арматуры (нитей, жгутов, тканей, предварительно отфор мованных заготовок) осуществляют введением связующего в ее волок нистую структуру и заполнением межволоконного пространства для последующего образования плотной, монолитной матрицы. Поэтому связующее должно быть жидким и иметь низкую технологическую вяз кость.

Пропитку арматуры осуществляют следующими методами [128, 269-256]:

– контактным роликом, купающимся в связующем (рис. 6.10, а);

– пористой шинкой капиллярного насыщения связующим (рис. 6.10, б);

– протягиванием арматуры через жидкую ванну связующего (рис. 6.10,в);

– центрифугированием (рис. 6.10, г);

– окунанием (всего рулона или катушки арматуры) (рис. 6.10, д);

– прокачкой связующего через волокнистую структуру под действи ем вакуума или нагнетания (рис. 6.10, е);

– напылением (рис. 6.11).

При пропитке арматуры композиционного материала методом напы ления связующее распыляется потоком газа на капли, которые напыля ются на арматуру (например, ткань), дробясь о волокна на еще более мелкие капли и проникая внутрь волокнистой структуры (рис. 6.11). Осе дая на волокнах, капли образуют точечные жидкие резервуары, из кото рых начинают развиваться капиллярные токи, пропитывающие всю во локнистую структуру арматуры.

Основное условие качественной пропитки методом напыления – равномерное нанесение связующего по всей поверхности ткани обеспе чивает равномерный нанос связующего по всему объему. Для этого ре комендуется последовательная установка нескольких распылителей на пути протягивания арматуры (рис. 6.11). Более высокое качество пропит ки получается, если вначале напыление осуществлять более мелкими каплями, а далее постепенно увеличивать размеры капель. Например, при пропитке ткани распылители первого ряда настроены на напыление свя зующего мелкими каплями, а распылители второго ряда – крупными кап лями. Кроме того, равномерность нанесения связующего на поверхность ткани обеспечивается оптимальным расположением пятен напыления факелов распыления в каждом ряду распылителей. Таким образом, опти мальная расстановка распылителей по ходу движения арматуры позволя ет существенно повысить качество пропитки [14-16, 19, 210, 220].

а) б) Uарм Uарм в) Uарм Uарм Uарм Uарм 1 г) д) е) К вакуум-насосу Uарм Uарм 1 2 Рис. 6.10. Методы пропитки арматуры связующим: а – пропитка контактным роликом, купающимся в связующем;

б – про питка пористой шинкой капиллярного насыщения связующим;

в – протягивание арматуры через жидкую ванну связующе го;

г – центрифугирование;

д – окунание;

е – прокачка связующего через арматуру вакуумированием или нагнетанием;

1 – арматура;

2 – связующее;

3 – купающийся ролик;

4 – пористая шинка;

5 – резиновая рубашка;

6 – металлическая сетка;

Uарм– скорость протяжки арматуры Распылители второго ряда Подача газа и связующего Направление движения ткани Распылители первого ряда Факел распыления Пятно напыления Рис. 6.11. Пропитка ткани связующим методом напыления На поверхности ткани площадь поверхностных волокон по сравне нию с площадью пор невелика, поэтому большинство капель связующего через поры проникают в глубь арматуры. Капли рикошетируют от воло кон и теряют при этом свою кинетическую энергию, затем капли застре вают в щелях между соседними волокнами или оседают прямо на встреч ное волокно (рис. 6.12). Возможны три варианта оседания капель в во локнистой арматуре:


1. оседание на волокне (рис. 6.12, а);

2. оседание в щели между двумя волокнами (рис. 6.12, б);

3. оседание в капилляре между тремя или четырьмя волокнами (рис. 6.12, в).

Многократное проникновение капель в волокнистую структуру ар матуры приводит к их слиянию в более крупные капли, образующие ка пиллярные мостики между соседними волокнами. Так как силы поверх ностного натяжения в капиллярах стремятся уравновеситься, то капил лярный мостик перемещается до его симметричного расположения отно сительно соединяемых волокон. Под действием сил поверхностного натяжения мостика волокна притягиваются друг к другу. Это приводит к увеличению поперечного сечения капиллярного мостика и, следователь но, снижению стягивающих усилий в плоскости поперечного сечения.

Зато в продольном направлении капиллярные силы остаются прежними и даже увеличиваются при сближении волокон, благодаря чему мостик растекается вдоль волокон, уменьшая толщину своего сечения. Это, в свою очередь, еще больше увеличивает силы, стремящиеся сблизить во локна и так далее, пока, наконец, не иссякнет объем жидкости, а капил ляр не уменьшится до предельных размеров.

капля а) б) капля волокно волокно в) капля волокно Рис. 6.12. Варианты оседания капель связующего в волокнистой арматуре:

а – на волокне;

б – в щели между двумя волокнами;

в – в капилляре между тремя или четырьмя волокнами Поступление новых капель в капиллярный мостик будет питать про дольные капиллярные токи. Если приток массы превышает ее капилляр ный отвод, то капиллярный мостик набухает, заполняя межволоконный капиллярный канал, смыкая вместе три или четыре волокна. С помощью продольных токов по капиллярам волокнистой системы происходит про питка арматуры. При этом в объеме волокнистой системы возникает множество питающих центров, вследствие чего образуются встречные капиллярные токи, которые могут привести к замыканию в каналах воз душных пузырей. Капли малых размеров не закупоривают поперечные каналы в арматуре, и воздух может свободно выдавливаться по ним.

6.5. Технология формирования радиопоглощающих покрытий Современные радиопоглощающие покрытия имеют переменную по профилю толщину, сложную структуру с меняющимися значениями ди электрической и магнитной проницаемости как по толщине (нормально к поверхности), так и вдоль поверхности. Радиопоглощающие покрытия обеспечивают поглощение электромагнитного излучения в диапазоне 105…1012Гц при минимальном его отражении. Электромагнитное излуче ние, проникая в покрытие, создает переменное электрическое поле, энер гия которого практически полностью преобразуется в другой вид энер гии, например, в тепловую энергию. В радиопоглощающих покрытиях наряду с диэлектрическими и магнитными потерями имеют место дис персия, дифракция, интерференция и полное внутреннее отражение ра диоволн, что приводит к дополнительному уменьшению энергии элек тромагнитного излучения. Можно выделить следующие типы радиопо глощающих покрытий.

Градиентные радиопоглощающие покрытия имеют многослойную структуру, обеспечивающую заданное изменение диэлектрической про ницаемости по его толщине. Покрытие состоит из связующего вещества и наполнителя, изменяющего электрическую и магнитную проницае мость. Наружный слой состоит из твердого диэлектрика с диэлектриче ской и магнитной проницаемостью примерно равной единице. Следую щие слои состоят из диэлектриков и порошка-поглотителя. В этих слоях используются диэлектрики, имеющие возрастающее вглубь покрытия значение диэлектрической и магнитной проницаемости. В качестве по рошка-поглотителя может быть применена графитовая пыль, порошки железа. Такая слоистая структура позволяет минимизировать отражение радиоволн от покрытия и увеличить их поглощение по мере проникнове ния в глубь покрытия.

Интерференционные радиопоглощающие покрытия состоят из под ложки и чередующихся диэлектрических и проводящих слоев и гасят отраженную волну за счет интерференции волн отраженных от разных слоев покрытия. Диэлектрический слой представляет собой связующее вещество, которое содержит в себе порошок-поглотитель (например, ча стицы оксида железа). Проводящий слой может быть выполнен в виде металлизированных волокон. Такая структура обеспечивает сдвиг фазы отраженной волны почти на 180 и ее гашение.

Рассеивающие радиопоглощающие покрытия обеспечивают много кратное отражение и рассеивание волн. Изделия из них представляют собой полые пирамидальные конструкции из пеноматериалов (например, пенополистирола или пенополиуретана), внутренние стенки которых по крыты графитом. Также рассеивающее радиопоглощающее покрытие конструктивно может быть выполнено из стеклопластиковых трубок, покрытых снаружи слоем карбида кремния (SiC).

Керамические радиопоглощающие покрытия представляют собой, как правило, плотноспеченные материалы из оксидов металлов с низким электрическим сопротивлением (например, оксиды титана) или оксидов и нитридов бора, нитридов алюминия с добавкой металлов (вольфрама, молибдена, титана, циркония, гафния). Такие покрытия обладают высо кой теплопроводностью и термостойкостью (до 1200С), имеют высокие механические свойства.

Ферритовые радиопоглощающие покрытия, обладающие большими магнитными потерями, характеризуются высокой поглощающей способ ностью. Ферритовые покрытия формируются из частиц оксида железа (FeO, Fe2O3) и связующей основы, например, эпоксидного связующего.

Обычно радиопоглощающее покрытие состоит из нескольких слоев (рис. 6.13). На защищаемую металлическую поверхность 1 наносят слой 2 из диэлектрической связующей основы, например, эпоксидного связу ющего, в его объеме может содержаться 5…25% гранул 3, поглощающих электромагнитные волны. Слой 2 покрывают слоем 4 из синтетических волокон, пропитанных связующим. На слой 4 из синтетических волокон наносится слой 5 из диэлектрической связующей основы, в объеме кото рой может также содержаться от 25…40% гранул 6. Наружный слой может быть выполнен из синтетического эластомера, из эпоксидного или фенольного связующего. Наружный слой 7 должен обеспечивать согла сование диэлектрических свойств покрытия и окружающего простран ства. Для изготовления гранул 3 и 6 используется углерод, карбонильное железо, ферриты, металлизированные микросферы. Состав слоев и их оптимальные параметры подбирают или рассчитывают исходя из кон кретных условий эксплуатации. Энергия электромагнитных волн погло щается в значительной мере в слое 4 из синтетических волокон и в гра нулах 3 и 6. Слои покрытия имеют определенную толщину, что позволя ет использовать интерференционный механизм гашения энергии элек тромагнитных волн, отразившихся от синтетических волокон слоя 4 и металлической поверхности 1 [23, 26].

Рис. 6.13. Многослойное радиопоглощающее покрытие: 1 – защищаемая металлическая поверхность;

2 – диэлектрическая связующая основа;

3 – гранулы;

4 – слой синтетических волокон;

5 – диэлектрическая связующая основа;

6 – гранулы;

7 – наружный слой Перспективно многослойные радиопоглощающие покрытия форми ровать посредством сверхзвукового напыления. Рационально перед напылением покрытия подготовить из исходных компонентов компози ции, в состав которых могут входить различные твердые (порошки) или жидкие компоненты. Композиция должна представлять собой дисперс ный сыпучий порошок или текучую жидкость и обладать однородно стью, физической и химической стабильностью, неизменностью состава при хранении, транспортировке.

6.6. Технология формирования звукопоглощающих покрытий Звукопоглощающие покрытия применяются в основном в облицов ках производственных помещений и технических устройств, требующих снижения уровня шумов (промышленные цехи, установки вентиляции и кондиционирования воздуха), а также для создания оптимальных усло вий слышимости и улучшения акустических свойств помещений жилых и общественных зданий. Звукопоглощающая способность материалов обу словлена их пористой структурой и наличием большого числа открытых сообщающихся между собой пор, максимальный диаметр которых обыч но не превышает 2мм (общая пористость должна составлять не менее 75% по объёму). Большая удельная поверхность материалов, создаваемая стенками открытых пор, способствует активному преобразованию энер гии звуковых колебаний в тепловую энергию вследствие потерь на тре ние. Эффективность звукопоглощающих материалов оценивается коэф фициентом звукопоглощения, равным отношению количества поглощён ной энергии к общему количеству падающей на материал энергии звуко вых волн [29, 30, 33].

Перспективно создание звукопоглощающих покрытий на основе вспененных пластмасс, что вызвано их ценными свойствами по сравне нию с другими материалами. Вспененные пластмассы трудногорючи, обеспечивают хорошую тепло- и звукоизоляцию, вибродемпфирование, имеют низкий коэффициент теплопроводности, легкий вес, высокую ад гезионную прочность, высокую экологичность получаемого материала.

Вспененные пластмассы могут наноситься, например, напылением прак тически на любые материалы: дерево, стекло, металл, бетон, кирпич, краску. Качество покрытия не зависит от конфигурации поверхности, также отсутствует необходимость в специальном крепеже покрытия.

Звукопоглощательная способность пено- и поропластов определяет ся степенью поглощения звуковой энергии частицами воздуха внутри ячеек и работой трения при движении частиц газа между сообщающими ся ячейками, а также жесткостью ячеистого каркаса или частотой воз бужденных колебаний. У поропластов звукопоглощающие свойства вы ше, чем у пенопластов, в связи с тем, что ячейки у них сообщаются и ра бота внутреннего трения находящегося в них газа больше. В этом отно шении лучшими свойствами обладают поропласты малой плотности.

Экспериментально установлено, что наибольшее звукопоглощение обес печивают полуэластичные пено- и поропласты.


Экспериментально проведено сравнение звукоизоляционных свойств ограждения в виде листа из материала АМг6 (100010003)мм со слоем звукопоглощающего покрытия из полиуретанового поропласта нанесен ного дозвуковым и сверхзвуковым газодинамическим распылением. Зву коизоляция ограждения [30]:

Rогр = Rл+Rзп, (6.1) где Rл – звукоизоляция ограждения без слоя звукопоглощающего покры тия, дБ;

Rзп – звукоизоляция слоя звукопоглощающего покрытия, дБ;

Rогр – звукоизоляция ограждения со слоем звукопоглощающего покрытия, дБ.

moгр mзп Rзп 8,7 зат зп 20 lg, (6.2) m oгр где зат – коэффициент затухания, 1/м (табл. 6.2);

зп – толщина слоя зву копоглощающего покрытия, м;

moгр – поверхностная плотность огражде ния без звукопоглощающего покрытия (лист АМг6), кг/м2;

mзп – поверх ностная плотность звукопоглощающего покрытия, кг/м2.

Т а б л и ц а 6. Коэффициент затухания зат (1/м) для различных покрытий Среднегеометрическая частота октавной полосы f, Гц Звукопоглощающее покрытие 63 125 250 500 1000 2000 4000 Плита минераловатная на фенольном связую- 1,8 6,1 10,4 15,0 18,0 32,0 45,0 47, щем Холст из супертонкого стекловолокна 3,0 5,0 6,0 9,0 14,0 24,0 34,0 45, (зп=20кг/м3) Холст из супертонкого базальтового волокна 3,0 6,0 8,0 11,0 25,0 34,0 37,0 38, (зп=20кг/м3) Мат из скрепленного связующим стеклово- 1,4 2,0 3,5 8,0 14,0 20,0 22,0 22, локна, АТМ- Полиуретановый эла стичный поропласт 5,0 8,0 12,0 19,0 30,0 37,0 42,0 50, марки ППУ-ЭТ Формирование покрытия на листе АМг6 проводилось газодинамиче ским распылением, скорость истечения струй воздуха из распылителя в первом случае дозвуковая (80м/с), а во втором случае сверхзвуковая (370м/с). В результате процесса напыления в первом и во втором случаи было получено по три образца звукопоглощающего покрытия толщиной 20, 45 и 70мм. Влияние толщины звукопоглощающего покрытия получен ного дозвуковым и сверхзвуковым газодинамическим распылением на зву коизоляцию ограждения существенно (рис. 6.14). Полученные результаты говорят о том, что звукопоглощающая способность покрытия сформиро ванного СГР на 5…7% выше, чем при формировании звукопоглощающего покрытия такой же толщины дозвуковым газодинамическим распылением.

Это увеличение звукопоглощающей способности обусловлено более одно родной и упорядоченной структурой покрытия, полученного СГР.

Rогр, дБ 7 64 2 630 1250 2500 5000 f, Гц Рис. 6.14. Влияние толщины звукопоглощающего покрытия зп на звукоизоляцию ограждения: Rогр – звукоизоляция ограждения, дБ;

f – частота, Гц;

1 – ограждение без покрытия;

2, 3, 4 – звукопоглощающее покрытие толщиной 20, 45, 70мм, нанесено дозвуковым газодинамическим распылением;

5, 6, 7 – звукопоглощаю щее покрытие толщиной 20, 45, 70мм, нанесено СГР 6.7. Технология формирования элементов конструкций из газонаполненных пластмасс Конструкции с заполнителями состоят из тонких силовых элементов (внешних слоев), изготовленных из прочного материала и скрепленных между собой слоем сравнительно непрочного, но легкого заполнителя (рис. 6.15).

Рис. 6.15. Структура слоев трехслойной панели: 1 – верхняя обшивка;

2 – клеевые пленки;

3 – нижняя обшивка;

4 – заполнитель;

5 – трехслойная панель в сборе Скрепляя между собой внешние слои, заполнитель обеспечивает их совместную работу, тем самым увеличивает жесткостные параметры конструкции. Силовые элементы изготавливают из металлических (сталь, алюминий) и неметаллических (фанера, стеклотекстолит) материалов. В качестве заполнителей используются не армированные и армированные ГНПМ.

ДАЭ могут быть распределены по объему заполнителя трехслойной панели неравномерно. Например, содержащие ДАЭ области заполнителя могут быть выполнены в сечении в виде двутавров (рис. 6.16) [221].

Рис. 6.16. Трехслойная панель с заполнителем: 1 – верхняя обшивка;

2 – нижняя обшивка;

3 – клеевые пленки;

4 – заполнитель;

5 – область заполнителя с ДАЭ;

6 – область заполнителя без ДАЭ;

7 – ДАЭ Структуры ГНПМ. ГНПМ получают путем вспенивания жидкого полимера и последующего отверждения. Газ диспергируют в полимерном полуфабрикате (растворе, расплаве, жидком олигомере) или создают условия для выделения газа непосредственно в объеме полимера. ГНПМ представляют собой структурированную систему, отдельные ячейки которой связаны своими пленкообразными оболочками в общий каркас, придающий системе определенную жесткость. ГНПМ выпускают на основе полистирола, поливинилхлорида, полиуретанов, полиэтилена, фенольных, эпоксидных, карбамидных и кремнийорганических смол.

ГНПМ – это геторогенные полимерные материалы, содержащие дисперсную или частично непрерывную газообразную фазу в полимерной матрице. Изменяя рецептуру и технологию можно получать жесткие, полужесткие и эластичные ГНПМ. В зависимости от структуры материала и входящих в него компонентов ГНПМ можно разделить на пенопласты, поропласты, интегральные и синтактные ГНПМ (рис. 6.17).

а) б) в) 4 г) 1 2 1 2 1 3 2 1 д) 6 е) 6 2 6 з) 2 ж) 1 2 1 1 3 1 Рис. 6.17. Структуры ГНПМ: а – пенопласт;

б – поропласт;

в – интегральные ГНПМ;

г – синтактные ГНПМ;

д – пенопласт с дискретной арматурой;

е – поро пласт с дискретной арматурой;

ж – интегральная ГНПМ с дискретной арматурой;

з – синтактная ГНПМ с дискретной арматурой;

1 – полимерный каркас (основа);

2 – заполненная газом ячейка;

3 – наружные слои интегрального ГНПМ;

4 – внут ренний ячеистый слой интегрального ГНПМ;

5 – стеклянный или полимерный полый шарик;

6 – дискретный армирующий элемент ГНПМ, в которых ячейки изолированы друг от друга, называют пенопластами (рис. 6.17, а), если ячейки сообщается друг с другом, то – поропластами (рис. 6.17, б). У интегральных ГНПМ внутренняя структу ра изменяется от сердцевины к периферии, то есть наружные слои мате риала являются монолитными, а внутренние имеют ячеистую структуру (рис. 6.17, в). От обычных изотропных ГНПМ их отличает неравномер ность распределения плотности по сечению, плотность постепенно воз растает от внутренних слоев к наружным. Синтактные ГНПМ имеют за крытопористую структуру, но ячейки созданы не путем вспенивания по лимера газом, а с помощью мелких полых шариков (стеклянных или по лимерных), которые смешиваются с жидкой полимерной композицией, сохраняя свои форму и размеры в процессе вспенивания и отверждения (рис.6.17, г).

При необходимости для повышения механических характеристик или создания специфических функциональных свойств в состав поли мерной основы в момент перемешивания могут вводиться различные ДАЭ, такие как металлические или неметаллические частицы, рубленые волокна или проволока, например, стекловолокно (рис. 6.17, д-з).

Таким образом, изменяя соотношения компонентов полимерной ос новы, вводя различные ДАЭ, и корректируя технологические режимы формирования ГНПМ, можно получать материал с заранее заданным комплексом свойств.

Конструкции с заполнителями, содержащими непрерывные ар мирующие элементы. Возможности армированных ГНПМ как заполни телей значительно расширяются по сравнению с неармированными за полнителями. Армированные ГНПМ представляют собой заполнитель с прослойками конструкционных материалов (металла, фанеры, стеклотек столита). Чаще всего используют непрерывные армирующие элементы в виде листов, полос (рис. 6.18, а), стержней, проволок, жгутов, нитей (рис. 6.18, б).

А-А Б-Б а) б) А Б 1 2 31 2 3 2 1 2 А Б Рис. 6.18. Трехслойные панели, содержащие непрерывные армирующие элемен ты: а – армирование листами;

б – армирование стержнями;

1 – обшивка;

2 – непрерывные армирующие элементы;

3 – ГНПМ При правильном выборе параметров армирующих элементов и их рациональном расположении по отношению к нагрузке и к основным силовым элементам конструкции, ее прочность и жесткость могут быть в отдельных направлениях увеличены по сравнению с неармированной конструкцией в несколько раз. В комбинации с непрерывными армиру ющими элементами можно брать самую легкую ГНПМ, например, с плотностью 0,05г/см3.

Конструкции с заполнителями, содержащими дискретные арми рующие элементы. Армирование ГНПМ дискретными элементами вы полняют для дополнительного увеличения прочности и жесткости кон струкции (рис. 6.17, д-з). Рекомендуется вводить в жидкую полимерную композицию не более 20% ДАЭ, так как частички арматуры препятству ют образованию ГНПМ с однородной мелкоячеистой структурой, обла дающей высокими механическими параметрами. Желательно армировать наиболее нагруженные участки конструкции, а на других участках уменьшить содержание ДАЭ. Отношение жесткостей армированных и неармированных, участков можно с требуемой точностью рассчитать заранее, в зависимости от величины и направления действия нагрузки на конструкцию (рис. 6.19). При равномерном распределении ДАЭ по объе му заполнителя его прочностные и жесткостные характеристики увели чиваются во всех направлениях, то есть заполнитель с ДАЭ можно рас сматривать как изотропный материал.

А-А Б-Б а) б) А Б 1 2 31 2 3 2 1 2 4 4 4 А Б Рис. 6.19. Трехслойные панели, содержащие непрерывные и дискретные армиру ющие элементы: а – армирование листами;

б – армирование стержнями;

1 – обшивка;

2 –непрерывные армирующие элементы;

3 – ГНПМ;

4 – дискретные армирующие элементы Для создания наиболее совершенных и рациональных конструкций необходимо распределять ДАЭ в заполнителе так, чтобы конструкция вос принимала приложенные к ней нагрузки и при этом имела минимальную массу. Формирование заполнителя с заранее заданным распределением ДАЭ по его объему возможно путем организации рассмотренного выше послойного напыления полимерной композиции с ДАЭ в форму или на поверхность.

Свойства полученных напылением ГНПМ. Влияние расхода газа (воздуха) и скорости его истечения из сопел узла распыления на теплоизо ляционные и прочностные характеристики ГНПМ исследовалось на пено полиуретановых образцах. Образцы вырезались из полученных при разных режимах сверхзвукового напыления плит. Определение коэффициента теплопроводности проводилось методом неограниченного плоского слоя, для чего использовались диски толщиной 10мм и диаметром 140мм, а для прочностных испытаний на растяжение – параллелепипеды 1205050мм.

В эксперименте расход воздуха варьировался путем изменения ко личества сопел подачи газа пс=6…12шт, установленных в осесимметрич ный узел распыления с кольцевой компоновкой, скорость истечения воз духа Uг=350…500м/с. Давление в магистрали подачи воздуха поддержи валось равным ро=0,8МПа (8,0атм.). Полиэфирная и изоционатная компо зиции подавались в соотношении 1:1 под давлением 0,2МПа (2,0атм).

Изменение режимов формирования ППУ приводит к трансформации структуры материала, с ростом расхода воздуха и скорости его истечения наблюдается уменьшение размеров пор в образцах, то есть пористость уменьшается, а плотность увеличивается.

Повышение расхода воздуха при одинаковой скорости истечения га за из сопел, то есть увеличение числа сопел от 6 до 12, приводит к уменьшению размеров пор и росту плотности ППУ на 2…3%. С ростом плотности ППУ наблюдается увеличение коэффициента теплопроводно сти на 2…4%, также возрастает прочность образцов при растяжении на 6…9%. Повышение скорости истечения воздуха из сопел от 350м/с до 500м/с, при одинаковом числе сопел, так же приводит к росту плотности ППУ примерно на 3…5%, коэффициента теплопроводности – на 4…6%, прочности образцов при растяжении – на 10…15% (рис. 6.20, 6.21, 6.22).

ппу, кг/м nc= nc= nc= nc= 350 375 400 425 450 475 U г,м/с Рис. 6.20. Зависимость плотности ППУ ппу от скорости Uг истечения воздуха из сопел узла распыления, при различном числе сопел пс=6… ппу, Вт/(м°С) 0, nс= 0, nс= nс= 0, nс= 0, 0, 0, 350 375 400 425 450 475 Uг,м/с Рис. 6.21. Зависимость коэффициента теплопроводности ппу ППУ от скорости Uг истечения воздуха из сопел узла распыления, при различном числе сопел пс =6… раст.ппу, МПа 0, nс=12 nс= 0, nс= 0, nс= 0, 0, 350 375 400 425 450 475 Uг,м/с Рис. 6.22. Зависимость прочности раст.ппу образцов из ППУ при растяжении от скорости Uг истечения воздуха из сопел узла распыления, при различном числе сопел пс=6… Полученные результаты вполне согласуются с теоретическими по ложениями и экспериментальными данными. Существенное улучшение прочностных свойств ППУ с ростом расхода газа и скорости его истече ния из сопел связано с повышением дисперсности образующихся при распылении капель композиций. Особенно эффективно повышение ско рости истечения газа, что приводит к уменьшению размеров капель при мерно на 30%, увеличение расхода газа – на 20%. Высокодисперсные капли при напылении формируют однородную реакционную смесь, после вспенивания и отверждения которой, образуется ППУ с однородной по ристостью по всему его объему. Необходимо отметить, что рост расхода воздуха и скорости его истечения из сопел приводит к уменьшению пор в ППУ и утонению стенок между ними [20, 29-31, 33].

6.8. Анализ технологий, базирующихся на газодинамической операционной системе В зависимости от требований к однородности смеси и анизотропии формируемого из нее материала к организации ГОС возможны два под хода.

1. Организация ГОС для формирования многокомпонентной смеси с равномерным распределением компонентов по ее объему. В процессе напыления расход компонентов смеси постоянен, поэтому содержание (концентрация) компонентов смеси по объему смеси одинаково. Такая смесь пригодна для формирования изотропных материалов.

2. Организация ГОС для формирования многокомпонентной смеси с неравномерным распределением компонентов по ее объему. В процессе напыления расход каждого компонента смеси изменяется по определен ному закону, поэтому содержание (концентрация) компонентов смеси в каждой точке (локальном объеме) индивидуально. Такая смесь пригодна для формирования анизотропных материалов.

3. Введение в технологические смеси ДАЭ повышает механические свойства сформированных из них материалов и покрытий.

Предложены основанные на СГМР технологии формирования по рошков, многокомпонентных смесей, из которых формируют материалы и покрытия с заранее заданными свойствами.

1. Технология получения порошков из расплавов.

2. Технология напыления покрытий из композиционных порошков.

3. Технология пропитки арматуры композиционного материала свя зующим.

4. Технология формирования радиопоглощающих покрытий.

5. Технология формирования звукопоглощающих покрытий.

6. Технология формирования элементов конструкций из ГНПМ.

Вывод. На базе представленных технологий можно изготавливать изделия с уникальными свойствами, их структура наилучшим образом приспособлена к восприятию действующих на изделие нагрузок, при этом изделие имеет высокое конструктивное совершенство, минималь ные массу и габариты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В монографии проведен анализ дисперсных систем и методов их формирования. Диспергирование является значимой операцией многих современных технологических процессов. Эффективность диспергирова ния определяет качество формируемых смесей, в том числе их однород ность. Высокая дисперсность частиц обеспечивает максимальную по верхность раздела фаз, обуславливает высокую скорость и полноту про текания реакций и взаимодействий. Современные конструкционные и функциональные материалы на этапе формирования представляют собой технологические смеси, являющиеся дисперсными системами. Эти мате риалы имеют определенную структуру на микро- и макроуровне, опреде ляющую их уникальные и специфические свойства. Дисперсные системы характеризуются гетерогенностью и дисперсностью. Основными техно логическими параметрами, влияющими на процесс формирования смеси, являются вязкость и поверхностное натяжение.

Реологические свойства смесей также определяются дисперсной структурой. Взаимодействие элементов структуры дисперсной системы обуславливает явления в смесях – тиксотропию, дилатансию, синерезис.

Смеси представляют собой ньютоновские и неньютоновские жидкости различной вязкости. Выделяют следующие разновидности течений этих жидкостей: ньютоновское, дилатантное, псевдопластическое, пластиче ское. Рассмотрены свойства различных технологических смесей: раство ры, расплавы, связующие, клеи, герметики, газонаполненные пластмас сы, суспензии, эмульсии, пены, аэрозоли, гели, растворы высокомолеку лярных веществ, студни.

Методы диспергирования основаны на процессах измельчения твер дых материалов;

распылении жидкостей и сыпучих материалов газом;

перемешивании жидкостей, сыпучих материалов, газов.

Измельчение твердых материалов осуществляют раздавливанием, раскалыванием, истиранием и ударом.

Распыление жидкостей проводят чаще всего гидравлическим или га зодинамическим распылением, другие методы распыления (акустиче ский, ультразвуковой, механический, электростатический) применяют в специфических технологических процессах. Газодинамическое распыле ние универсально, его эффективность значительно возрастает при при менении сверхзвукового потока газа, что позволяет диспергировать нью тоновские и неньютоновские жидкости средней и высокой вязкости.

Перемешивание компонентов смесей осуществляют механическим, пневматическим и гидравлическим методами. С помощью механического перемешивания перерабатывают жидкости высокой и сверхвысокой вяз кости, гидравлическим и пневматическим методами перемешивания – жидкости низкой вязкости. Традиционные методы перемешивания имеет низкую эффективность диспергирования, однородность получаемой сме си остается низкой. Перемешивание жидких компонентов смеси в сверх звуковом факеле распыления расширяет технологические возможности пневматического метода перемешивания, позволяет диспергировать жид кости низкой, средней и даже высокой вязкости.

Автором разработана теория сверхзвукового газодинамического распыления. Анализ состояния вопроса диспергирования жидкостей в потоке газа показал, что проведено большое число экспериментальных работ по распылению низковязких жидкостей сверхзвуковым газовым потоком, предложены эмпирические выражения для определения диа метра образующихся при этом капель. Недостаточно исследований, по священных распылению вязких жидкостей в сверхзвуковом потоке газа, хотя многие авторы говорят о его перспективности. Сверхзвуковой газо динамический метод распыления наиболее эффективен при формирова нии многокомпонентных смесей. Проведен анализ оборудования для распыления, принципиальных схем газодинамических систем. Разработа на классификация способов газодинамического метода распыления, в которой выделены конструктивно-технологические элементы, повыша ющие эффективность распыления жидкости.

Автором предложена газодинамическая операционная система, в со став которой входят подсистема подготовки и подачи газа и подсистема подготовки и подачи компонентов смеси в факел распыления. Основное внимание в теории сверхзвукового газодинамического распыления уде лено анализу структур и свойств одиночной сверхзвуковой струи и со ставных сверхзвуковых струй газа, рассмотрены закономерности их рас пространения в технологическом оборудовании, взаимодействие струй между собой, с преградами, с окружающей средой. Для создания эффек тивных газодинамических операционных систем важно управление па раметрами струй в газовых трактах технологических устройств. Выделе ны следующие виды воздействия для управления параметрами струй:

геометрическое, расходное, акустическое, тепловое, комбинированное.

Для управления параметрами газового потока предложены различные конструкции модульных генераторов. Рассмотрено влияние цилиндриче ских, конических, коноидальных, щелевых каналов на параметры потока жидкости, подаваемой в факел распыления.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.