» » Оценка эрозионной стойкости полимерных композиций лопаток

Оценка эрозионной стойкости полимерных композиций лопаток

31.08.2016

Одним из важнейших показателей, определяющих выбор материала для изготовления лопаток вентиляторов, является стойкость к эрозионному износу, который проявляется прежде всего в атаке поверхности лопаток скоростным напором взвешенных в шахтном воздухе частиц породы и угля. Приведем методику и результаты проведенных в ЦНИИТтяжмаше, испытаний некоторых композиционных материалов на эрозионную стойкость. Испытания проведены на разработанной Таллинским политехническим институтом установке ЦУК-3М, в которой испытываемые образцы материалов стационарно закрепляются на круговой орбите, а абразивные частицы бомбардируют их под некоторым углом атаки α со скоростью встречи vc. Установка предусматривает возможность регулирования как скорости потока vc, так и угла атаки α.
Оценка эрозионной стойкости полимерных композиций лопаток

Испытанные образцы размерами 20x15x4 изготавливались из различных пластмасс — полипропиленов, полистиролов, капролона, стеклонаполненных полиамидов, пресс-материалов и др. В качестве абразива использован кварцевый песок марки К-016 крупностью основной фракции 160—200 мкм. Фракции частиц абразивного материала определялись методом ситового анализа, чистота образцов соответствовала 6—7-му классу.
Испытания материалов на эрозионную стойкость проводили при скоростях полета абразивных частиц 25, 50, 70, 90 и 110 м/с и углах атаки 15, 30, 45, 60 и 90° к поверхности образца. Величину износа определяли по потере массы образца методом взвешивания до и после испытаний на аналитических весах с точностью до 0,002 г.
Весовую интенсивность износа определяли по формуле
iв = 43 Q1/Q2,

где Q1 — износ образца, г; Q2 — количество абразива в бункере, кг.
Испытания показали, что интенсивность износа всех материалов возрастает с увеличением скорости полета абразивных частиц. Для примера на рис. 12.10 показаны графики зависимости износа (iв) пресс-материала ДСВ-4Р-2М при различных углах (а) установки образцов от направления полета абразивных частиц (угла атаки) для различных скоростей полета частиц vc.
Влияние направления полета абразивных частиц к изнашиваемой поверхности разных материалов неоднозначно. Оно минимально при малых и больших углах наклона и достигает максимума при углах 30° для термопластичных материалов и 45—60° — для реактопластов.
Для повышения эрозионной стойкости пера лопатки, встречающего абразивные частицы под наиболее неблагоприятным углом, его ребро атаки защищено износостойким резиновым элементом 3. По мере износа элемент может заменяться новым, что значительно повышает срок службы лопаток вентилятора в целом. Конструктивно защитный элемент выполнен так, что за счет эластичности может натягиваться и защелкиваться на пере лопатки.
Ввиду того что максимальный износ при работе лопасти наблюдается в верхней зоне пера, защитный элемент в этой части выполнен более объемным. Защита лопаток износостойким резиновым элементом в 3—4 раза повышает их срок службы по сравнению с незащищенными, пластмассовыми, а по сравнению с металлическими лопатками — в 5—6 раз.
На шахте «Маканская» Башкирской АССР вентилятор ВОД-1611 с пластмассовыми лопатками из материала ДСВ-4Р-2М испытан в следующих условиях: запыленность воздуха до 730 мг/ /м3; влажность до 98%, содержание CO2 0,8; O2 20; CO 0,1; SO2 0,003% по объему. Режим работы вентилятора: скорость вращения ротора 980 об/мин, напор 2,1 кПа; производительность 48 м3/ч, угол атаки 40°.
За весь период промышленных испытаний пластмассовых лопаток лишь на передних гранях пера лопатки, не защищенных резиновыми элементами, были обнаружены следы эрозионного износа. На шахте «Нагорная» ПО «Кизелуголь» вентилятор ВОД-11П с пластмассовыми лопатками испытывался в течение более 25 000 ч. За этот период износ пластмассовых лопаток оказался также незначительным.
Для сравнения заметим, что лопатки из магниевых сплавов в этих условиях работают лишь 7000—8000 ч. Для магниевых лопаток характерно вообще, что уже после 1000—1500 ч работы в материале появляются поры глубиной до 3 мм. При дальнейшей работе вентилятора поры увеличиваются, появляются микротрещины, которые и приводят к разрушению лопаток.
Наблюдения за продолжительное время работающими стеклопластиковыми лопатками на вентиляторах других шахт и рудников также показали, что износ их пластмассовых лопаток незначителен. Например, за 7 лет работы стеклопластиковых лопаток конструкции ВИГМа (см. рис. 10.3а) на вентиляторе ВОКД-1,8 в условиях эксплуатации на донецкой шахте «10-Чекист» износ рабочей поверхности лопаток оказался не более 2— 3 мм на вогнутой (атакуемой абразивным потоком) поверхности.
Это объясняется тем, что уже через короткое время поверхность стеклопластика в связи со свойством его электризуемости покрывается слоем угольной пыли, которая служит подушкой для ударяющих лопатку абразивных частиц. Таким образом, с точки зрения эрозионной стойкости, выражающейся в сопротивлении абразивному воздействию взвешенных в шахтном воздухе твердых частиц, полимерные композиции могут с успехом применяться в качестве материала рабочих лопаток шахтных вентиляторов.