диплом теор
.docx
Заменитель |
|||||||||
сталь 40Х13 |
|||||||||
Вид поставки |
|||||||||
Круг 30х13, лист 30х13, лента 30х13, сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 5949-75, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 18907-73. Лист тонкий ГОСТ 5582-75. Лента ГОСТ 4986-79. Проволока ГОСТ 18143-72. Полоса ГОСТ 4405-75. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71, ГОСТ 25054-81. |
|||||||||
Назначение |
|||||||||
режущий, мерительный инструмент, пружины, карбюраторные иглы, штоки поршневых компрессоров, детали внутренних устройств аппаратов и другие различные детали, работающие на износ в слабоагрессивных средах до 450°С. |
|||||||||
Химический элемент |
% |
||||||||
Кремний (Si), не более |
0.8 |
||||||||
Марганец (Mn), не более |
0.8 |
||||||||
Медь (Cu), не более |
0.30 |
||||||||
Никель (Ni), не более |
0.6 |
||||||||
Сера (S), не более |
0.025 |
||||||||
Титан (Ti), не более |
0.2 |
||||||||
Углерод (C) |
0.26-0.35 |
||||||||
Фосфор (P), не более |
0.030 |
||||||||
Хром (Cr) |
12.0-14.0 |
||||||||
Термообработка, состояние поставки |
Сечение, мм |
σ0,2, МПа |
σB, МПа |
δ5, % |
ψ, % |
KCU, Дж/м2 |
HB |
HRCэ |
|
Закалка 950-1020°С, масло. Отпуск 200-300°С, воздух или масло |
Образцы |
|
|
|
|
|
|
50 |
|
Прутки шлифованные, обработанные на заданную прочность |
1-30 |
|
530-780 |
12 |
|
|
|
|
|
Поковки. Закалка 1000-1050°С, масло Отпуск 700-750°С, воздух. |
<1000 |
588 |
735 |
14 |
40 |
29 |
235-277 |
|
|
Проволока термообработанная |
1-6 |
|
490-830 |
12 |
|
|
|
|
Механические свойства при повышенных температурах
t испытания,°C |
σ0,2, МПа |
σB, МПа |
δ5, % |
ψ, % |
KCU, Дж/м2 |
|||||||||
Прокат. Нормализация 1000°С, воздух. Отпуск 650°С, 2-3 ч. |
||||||||||||||
20 |
700 |
940 |
16 |
52 |
54 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
660 |
820 |
14 |
58 |
127 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
630 |
770 |
13 |
53 |
122 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
570 |
710 |
13 |
53 |
157 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500 |
530 |
610 |
14 |
55 |
162 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
410 |
450 |
21 |
81 |
157 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, деформированный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с. |
||||||||||||||
800 |
77 |
89 |
67 |
98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
900 |
93 |
130 |
82 |
82 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
50 |
76 |
70 |
97 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1100 |
37 |
43 |
71 |
98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1200 |
26 |
29 |
74 |
98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Механические свойства в зависимости от тепловой выдержки
Термообработка, состояние поставки |
σ0,2, МПа |
σB, МПа |
δ5, % |
KCU, Дж/м2 |
||||||||||
Прутки при 20°С. Закалка 1000°С, воздух. Отпуск 650°С, воздух. |
||||||||||||||
Тепловая выдержка 550°С, 3000 ч |
670 |
860 |
16 |
44 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тепловая выдержка 600°С, 3000 ч |
620 |
800 |
20 |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тепловая выдержка 550°С, 7000 ч |
610 |
800 |
18 |
49 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тепловая выдержка 600°С, 10000 ч |
420-450 |
670 |
23-26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Механические свойства при испытании на длительную прочность
Предел ползучести, МПа |
Скорость ползучести, %/ч |
t испытания,°С |
Предел длительной прочности, МПа |
Длит. испытания, ч |
t испытания, ч |
|
131 |
1/100000 |
400 |
|
|
|
|
82 |
1/100000 |
450 |
|
|
|
|
Температура ковки |
||||||
Начала 1250, конца 850. Сечения до 400 мм подвергаются низкотемпературному отжигу с одним переохлаждением. |
||||||
Свариваемость |
||||||
не применяется для сварных конструкций. |
||||||
Обрабатываемость резанием |
||||||
В закаленном и отпущенном состоянии при НВ 241 и σB = 730 МПа Kυ тв.спл. = 0,70, Kυ б.ст. = 0,45. |
||||||
Склонность к отпускной способности |
||||||
малосклонна |
||||||
Флокеночувствительность |
||||||
не чувствительна |
||||||
Критическая точка |
°С |
|||||
Ac1 |
810 |
|||||
Ac3 |
860 |
|||||
Ar3 |
660 |
|||||
Ar1 |
710 |
|||||
Mn |
240 |
Предел выносливости стали 30Х13
σ-1, МПа |
n |
372 |
1Е+7 |
Коррозийнные свойства стали 30Х13
Среда |
Температура испытания,°С |
Длительность испытания, ч |
Глубина, мм/год |
Морская вода |
100 |
93 |
0,01 |
63,4 % раствор H2SO4 |
15 |
24 |
2,1 |
Пар-воздух |
100 |
50 |
0,018 |
Физические свойства стали 30Х13
Температура испытания,°С |
20 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа |
216 |
212 |
206 |
196 |
187 |
177 |
166 |
|
|
|
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа |
86 |
84 |
81 |
77 |
74 |
69 |
64 |
|
|
|
Плотность стали, pn, кг/м3 |
7670 |
7650 |
7620 |
7600 |
7570 |
7540 |
7510 |
7480 |
7450 |
7460 |
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С) |
|
26 |
27 |
28 |
28 |
27 |
27 |
27 |
25 |
27 |
Уд. электросопротивление (p, НОм · м) |
522 |
595 |
684 |
769 |
858 |
935 |
1015 |
1099 |
|
|
Температура испытания,°С |
20-100 |
20-200 |
20-300 |
20-400 |
20-500 |
20-600 |
20-700 |
20-800 |
20-900 |
20-1000 |
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С) |
10.2 |
10.9 |
11.1 |
11.7 |
12.0 |
12.3 |
12.5 |
12.6 |
10.6 |
12.2 |
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг ·°С)) |
473 |
486 |
504 |
525 |
532 |
586 |
641 |
679 |
691 |
682 |
Плавающее уплотнительное кольцо щелевого уплотнения имеет на внутренней поверхности участок с равномерно расположенными по периметру наклонными канавками. Канавки выполнены со стороны уплотнительной полости и сообщены с ней. Кольцо имеет гладкий участок. Канавки выполнены под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения вала. Между участком с наклонными канавками и выходной кромкой кольца выполнена кольцевая канавка. 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, например турбомашиностроению, и касается герметизации газовых полостей в местах выхода валов при помощи плавающих колец.
Известны уплотнения вращающихся валов турбокомпрессоров радиально-щелевого типа с плавающими кольцами, имеющие кольцевые канавки на внутренней поверхности и подвод затворной жидкости. [1].
Недостатком этих уплотнений является недостаточная герметичность уплотнения, коксование затворной жидкости (масла) в уплотнительном зазоре, внедрение абразивных частиц в материал плавающего уплотнительного кольца, что приводит к износу вала и выходу уплотнения из строя.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является уплотнение [2], содержащее установленное на вращающемся валу плавающее кольцо зафиксированное от вращения в корпусе и имеющее на внутренней поверхности микроканавки, сообщенные с уплотнительной полостью и расположенные под углом к входной кромке кольца.
Недостатком такого уплотнения является повышенная утечка затворной жидкости и износ вала абразивными частицами, внедряющимися в уплотнительное кольцо. Недостатки обусловлены тем, что канавки, выполненные на внутренней стороне уплотнительного кольца, расположены под острым углом к входной кромке кольца и направлены в сторону, противоположную вращению вала. Затворная жидкость, стремящаяся к вращению вместе с валом, взаимодействует с канавками и благодаря их наклону в зазоре возникает нагнетательный эффект, повышающий перепад давления в уплотнении, а также сепарирование абразивных частиц в канавках и перемещение их внутрь кольца, где они скапливаются, внедряются в материал втулки и образуют задиры вала.
Задачей создания изобретения является разработка конструкции кольца, позволяющей уменьшить утечки затворной жидкости, повысить эффективность уплотнения за счет уменьшения износа плавающих колец и шейки вала.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом (плавающее уплотнительное кольцо щелевого уплотнения, на внутренней поверхности которого имеется участок с равномерно расположенными по периметру наклонными канавками, выполненными со стороны уплотнительной полости и сообщенные с ней, и гладкий участок) и существенных отличительных признаков (канавки выполнены под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения вала, причем между участком с наклонными канавками и выходной кромкой уплотнительного кольца выполнена кольцевая канавка).
Вышеуказанная совокупность существенных признаков позволяет увеличить ресурс работы уплотнительного кольца примерно в 2 раза за счет уменьшения закоксовывания масла (затворной жидкости) из-за локализации зоны контактов масла и газа, а также из-за удаления абразивных частиц из зазора; уменьшить утечки затворной жидкости в газовую полость.
На фиг. 1 изображен продольный разрез уплотнения вала турбокомпрессора, на фиг 2 - вид А на фиг. 1.
Уплотнение вала, например, турбокомпрессора содержит корпус 1 с запрессованным штифтом 2, фиксирующим от поворота кольцо 3, установленное на вращающемся валу 4. На внутренней поверхности кольца 3 со стороны уплотнительной полости 5 равномерно по периметру выполнены канавки 6, сообщенные с уплотнительной полостью 5.
При этом канавки ориентированы под острым углом (предпочтительно 5-30o) к входной кроме 7 кольца 3 в направлении вращения вала.
Между участком, охватываемым наклонными канавками и выходной кромкой уплотнительного кольца, расположена кольцевая канавка 8.
Плавающее уплотнительное кольцо работает следующим образом.
Под действием перепада давления затворная жидкость из уплотнительной полости проходит по зазору между валом 4 и кольцом 3, зафиксированным от вращения штифтом 2, запрессованным в корпусе 1. Наклонные канавки 6, выполненные на внутренней поверхности кольца 3, сообщенные с уплотнительной полостью 5, взаимодействуя с валом 4, образуют зону уплотнения, при этом разбивают ее на два участка.
На участке, охватываемом наклонными канавками, осуществляется надежная смазка уплотняемой поверхности за счет циркуляции жидкости по канавкам 6.
В то же время благодаря их наклонной ориентировке под острым углом по направлению вращения вала 4 жидкость, находящаяся в зазоре и стремящаяся к вращению вместе с валом, получает составляющую, направленную против потока затворной жидкости, что снижает ее утечки и повышает качество уплотнения.
Абразивные частицы, находящиеся в любой затворной жидкости, попадая в уплотняющий зазор, сепарируются в канавках 6 и благодаря из наклону в сторону вращения выводятся из зазора, вследствие чего устраняется шаржирование рабочей поверхности кольца 2 и, как следствие, износ вала 4.
Наличие наклонных канавок 6 на внутренней поверхности кольца 3 препятствует вращению затворной жидкости в зазоре, чреватому ее перегревом, потерей ею смазывающих свойств, коксованием, что уменьшает вероятность задира уплотнительных колец 3 и вала 4.
Наличие на части уплотнительного кольца 3 равномерно по периметру расположенных канавок 6 позволяет гарантировать подвод затворной жидкости для смазки в уплотняющий зазор гладкого участка уплотнительного кольца, благодаря чему возможно общее уменьшение зазора в уплотняющей паре и, как следствие, повышение качества уплотнения и ресурса.
Кольцевая канавка 8, выполненная на гладком участке кольца 6, собирает прошедшую по зазору затворную жидкость и образует по периметру вала уплотняющую пленку затворной жидкости, препятствующую прорыву газа в полость затворной жидкости.
Величина гладкой части уплотнительного кольца 3 определяет утечки затворной жидкости.
Кольцевая канавка 8 локализует зону воздействия коксообразующих частиц или других веществ, имеющихся в сжимаемой среде или образующихся от контакта горячей затворной жидкости (масла) и сжимаемой среды.
Предлагаемая конструкция уплотнительного кольца позволяет увеличить в 2 раза межремонтный цикл уплотнения и повысить качество продукта за счет уменьшения содержания масла, например, для установок по производству аммиака.
Формула изобретения
Плавающее уплотнительное кольцо щелевого уплотнения, на внутренней поверхности которого имеется участок с равномерно расположенными по периметру наклонными канавками, выполненными со стороны уплотнительной полости и сообщенными с ней, и гладкий участок, отличающееся тем, что канавки выполнены под острым углом к входной кромке кольца по направлению вращения вала, причем между участком с наклонными канавками и выходной кромкой кольца выполнена кольцевая канавка.
Распознанный текст
Класс 18с, 2зт ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Подписная группа М б8 В. ф. Лысенко, Е. И. Натанзон, А, С. Кадяева и Г. М, Тельнов СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ КОЛЬЦА ИЛИ ВТУЛКИ
Заявлено 15 мая 1959 г. за № 62815022 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 13 за 1961 г. Известны способы термической обработки изделий с применением токарных станков с устройством на них индуктора для закалки деталей. Особенность описываемого способа заключается в том, что термическую обработку колец и втулок осуществляют непосредственно на токарном автомате с помощью токов повышенной и высокой частоты до отрезки деталей от трубы или прутка, причем совмещение механической и термической обработки не снижает производительности. Такое совмещение обработки достигается путем подбора кулачков, их соответствующей расстановки на распределительном валу и наладки автомата, Такой способ сокращает производственный цикл изготовления изделий и уменьшает производственные площади. Для осуществления описываемого способа на продольном суппорте автомата (см. чертеж) неподвижно закреплен малогабаритный трансформатор 1 с индуктором 2, а для охлаждения детали и инструмента используется спреер с конденсаторной батареей 8, смонтированной в верхней передней части станка. Когда обматываемая деталь 4 занимает позицию отрезки, трансформатор 1 и индуктор автоматически подаются вперед. Деталь входит в индуктор и производятся ее нагрев и охлаждение. Нагретую деталь и режущий инструмент охлаждают эмульсией, залитой в систему охлаждения станка. Затем трансформатор с индуктором возвращаются в исходное положение, производятся отрезка детали и подача прутка или трубы до упора. Закалку деталей как поверхностную, так и объемную осуществляют с уменьшением длины закаленного слоя на 1 — 2, цм со стороны обрезаемого края. Предмет изобретения Способ термоооработки кольца или втулки при помощи индуктора токов высокой частоты и спреера для охлаждения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью ускорения изготовления кольца или втулки, изделие подвергается нагреву и охлаждению непосредственно на токарном автомате до отрезки от трубы или прутка.