CC BY
19влияние оказывает вид микроструктуры материала. Наибольшая износостойкость наблюдается у наплавки с мелкоигольчатой структурой, включающей первичные карбиды [2].
4. Получены значения параметра интегральной износостойкости металла наплавки Кинт [5].
• Для исходного состояния Кинт = (1,05 ± 0,04) г/см2 • час.
• После отжига Кинт = 1,45 до 2,89 г/см2 • час.
• Закалка от 900 0С не только благоприятно сказывается на структуре материала и его твердости, но и способствует существенному увеличению параметра интегральной износостойкости до уровня Кинт = 0,58 г/см2 • час.
Библиографический список
1. Кусков В. Н., Мамадалиев Р. А., Обухов А. Г. Переход легирующих элементов в наплавленный металл при сварке стали 12Х18Н10Т // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 11-9. - С. 1794-1797.
2. Cтруктура и свойства высоколегированного наплавочного сплава, работающего в условиях термоциклирова-ния / Д. М. Левин [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Серия: Физика. - 2004. - С. 1-15.
3. Ремонт изношенных изделий с применением порошковых лент / В. Н. Кусков [и др.] // Научный альманах. -2014. - № 1 (1). - С. 211-214.
4. Мамадалиев Р. А., Кусков В. Н., Галинский А. А. Влияние источника нагрева на легирование наплавленного металла при получении соединений высоколегированных сталей // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 11-3. - С. 515-518.
5. Прогнозирование химического состава металла, наплавленного электродами с рутиловым и ильменитовым покрытиями / И. К. Походня [и др.] // Автоматическая сварка. - 1976. - № 7. - С. 1^.
Сведения об авторах
Галинский Андрей Александрович, ассистент кафедры технологии машиностроения, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 89199486170, e-mail: Don-Andre-1990@yandex.ru
Прошин Владимир Спартакович, студент кафедры технологии машиностроения, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 89324782388, e-mail: v. s.proshin@gmail. com
Кусков Виктор Николаевич, д. т. н., профессор кафедры технологии машиностроения, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 89129239950, e-mail:vnkuskov@yandex. ru
Information about the authors
Galinsky A. A., Assistant at the Department of Technology of Mechanical Engineering, Industrial University of Tyumen, phone: 89199486170, e-mail: Don-Andre-1990@yandex. ru
Proshin V. S., Student at the Department of Technology of Mechanical Engineering, Industrial University of Tyumen, phone: 89324782388, e-mail: v.s.proshin@gmail.com
Kuskov V. N., Doctor of Engineering, Professor at the Department of Technology of Mechanical Engineering, Industrial University of Tyumen, phone: 89129239950, e-mail: vnkuskov@yandex. ru
УДК 621.438:622.691.4.052.006
АДАПТИВНАЯ ПРИВЕДЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ ПРИРОДНОГО ГАЗА
ADAPTIVE REDUCED CHARACTERISTIC OF CENTRIFUGAL BLOWERS OF NATURAL GAS
С. И. Перевощиков
S. I. Perevoschikov
Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
Ключевые слова: центробежные нагнетатели; приведенные характеристики; параметрическая диагностика Key words: centrifugal blowers; reduced characteristic; parametric diagnostics
Центробежные нагнетатели являются основным средством доставки природного газа его многочисленным потребителям, и от эффективности их эксплуатации существенно зависят надежность и результативность работы как отдельных газовых магистралей, так и газотранспортных систем в целом.
Эффективность работы данных машин достигается различными средствами, но главным образом эксплуатацией в соответствии с их техническими характеристиками. Для этого используются приведенные характеристики нагнетателей, пред-
ставляющие зависимость основных эксплуатационных показателей машин, какими являются их степень сжатия ен, относительная приведенная внутренняя мощность [М(/рго]пр и политропический КПД ^пол, от параметров, определяющих режимы работы нагнетателей, — приведенной производительности [^]пр и приведенного числа оборотов роторов нагнетателей [пн/пно]пр.
Используемые в настоящее время приведенные характеристики в полной мере отвечают только потребностям проектной практики, применение их в эксплуатационной сфере связано с рядом сложностей. Сложности вызывает в первую очередь их «статичность», то есть соответствие только определенному техническому состоянию машин, а именно исходному, новому состоянию, при котором их получают. Ориентация на такие характеристики при эксплуатации нагнетателей, в ходе которой машины подвергаются износу, и их характеристики изменяются, что делает управление транспортом газа достаточно проблематичным. Другой, также существенный недостаток приведенных характеристик — их графический вид. Он не допускает использование характеристик в автоматических системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) газотранспортных систем, несмотря на значимость содержащейся в них информации для управленческого процесса. Для АСУ ТП, базирующихся на цифровых технологиях, требуется аналитическая версия характеристик.
Таким образом, для более полного использования приведенных характеристик, особенно в эксплуатационной сфере, необходимо решить две задачи. Первая заключается в переводе характеристик из их исходного графического вида в вид аналитический, вторая — в придании аналитической форме адаптивных свойств, то есть способности изменяться в зависимости от износа машин. Данные задачи в некоторой степени решены в работах [1, 2], где рассматриваемым характеристикам придается адаптивный вид. При этом в первой работе перевод основной зависимости ен = /([@]пр; [пн/пно]пр из графического вида в аналитический производится с погрешностью в 1,48 % для неполнонапорных нагнетателей и 2,00 % — для полнонапорных машин. В работе [2] перевод £н = f ([0]пр;[пн/пно]пр) уточняется с достижением погрешности 0,9 и 1,5 % для указанных типов нагнетателей при одном способе уточнения и до десятых долей процента для обеих разновидностей машин — при другом, также рассмотренном в работе [2].
Согласно исследованиям [4], степень сжатия неполнонапорных нагнетателей в ходе эксплуатации машин может изменяться на 0,79 %, а полнонапорных — на 1,55 % (при снижении политропического КПД машин в результате их износа на 3 %). Полученные в работах [1, 2] аналитические выражения для характеристик £н = /([@]пр; [пн/пно]пр) имеют погрешность, соизмеримую с отмеченными цифрами. Это обстоятельство делает выражения [1, 2] малопригодными для АСУ ТП газотранспортных систем в связи с приблизительным отражением ими текущих значений степени сжатия нагнетателей. Необходимо получение более точной аналитической зависимости ен = /([@]пр; [^н/^но]пр). Для этого следует обратиться к теории компрессорных машин. В частности, к выражению (1) для определения внутренней мощности нагнетателя Л^ и к методике1 для расчета этого же параметра с использованием приведенной внутренней мощности [Л^/рго]пр.
= (1)
ч пол
1 = |-г)"2н1 -ЯН1 ■ тН1 -(екнл"°л - 1),
1 ОНТП 51-1-85. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Магистральные трубопроводы: Часть 1. Газопроводы. — Введ. 1986-01-01. — М., 1986. — 222 с.
где М — массовый расход газа через нагнетатель; Ь — удельные затраты энергии на сжатие 1 кг газа; Тн1 — абсолютная температура газа на входе нагнетателя, гн1 — коэффициент сжимаемости газа при условиях на входе в нагнетатель; Ян1 — газовая постоянная компримируемого газа; к — показатель адиабаты ком-примируемого газа.
По методике2 внутренняя мощность нагнетателя N1 находится с использованием приведенной внутренней мощности [^1/ргс]пр.
^ = И!, (2)
где рн1 — плотность компримируемого газа при условиях на входе нагнетателя; [пн/пно]пр — приведенное число оборотов ротора нагнетателя; пн и пно — текущее и номинальное число оборотов ротора нагнетателя.
Подставим в (2) вместо [^1/рг0\пр значение данного параметра по зависимости (3) [1, 2], аппроксимирующей кривую [Ы{/рго]пр = [^пр) приведенной характеристики нагнетателя, а плотность газа рн1 раскроем через уравнение состояния газа. В результате получим (4).
М =[а„-д2Пр + Ьи^пр + ], (3)
'-гго-'пр
где Qпр — приведенная производительность нагнетателя; ам, Ьм и Си — коэффициенты аппроксимации.
N. = + Ък-апр + с» V ^ ■ Ы. (4)
По (1) мощность N1 равна
(к-1)
Ъ =11-7)' Рн1 • (£пЛ пол - 1). (5)
При получении (5) массовый расход газа М, содержащийся в (1), представлялся произведением (рн1 • Qv), где Qv — объемная производительность нагнетателя при условиях на его входе, а плотность рн1 раскрывалась с использованием уравнения состояния газа.
Зависимости (4) и (5) дают определение одной и той же величины, поэтому их правые части равны
3 (к-1) К • д2Пр + • Qпр + с» ] • —-Р-] = --- • Рн1 • (¡у • (екн*пол - 1). (6)
Решение (6) относительно £н дает искомый аналитический вид характеристики ен = /([@]пр; [пн/пно]пр). При этом данная характеристика может быть представлена в нескольких вариантах.
(к-1) г 2 1 3
£к-лпол =1, (к-1) , _ К"]3 . (7)
но пр
(к-1) 2 2 31
к-цпол _1 1 1аЫ-ПнVV-+СМ-Пн \, ,„ч
£н = 1+Кнк о,--Ян-Тнг)25 ; (8)
2 Там же.
(fc-1) r 7 l 7 „Мпол =1, (k-1) iaN-Qiip+bN-Qnp+CN\ (n£\7
Ь» 1 к n (z н1 -Ru-ThI)25 \пно) ' (9)
(Z np 'Rnp 'T np)
„ = (k—l)_ (7 R T )1,5;
Лнк fo V пр 1 пр1) >
Пн = ■
где Znp,Rnp и Тпр1 — приведенные значения коэффициента сжимаемости газа, газовой постоянной и температуры газа на входе нагнетателя (даются на приведенных характеристиках).
Все варианты характеристики £н = /([Ç]np; [пн/пно]пр), то есть (7)-(9), обладают адаптивными свойствами — изменяются адекватно износу нагнетателей. Эти свойства придаются присутствующему в них политропическому КПД цпол, который зависит от износа машин [3], и его текущие значения поддаются оценке по методике [4].
На основе совокупных сведений по цпол, содержащихся в работах [3, 4], получается зависимость (10) для расчета ^пол по результатам параметрической диагностики нагнетателей [1, 2].
Лпол = &Т] • Qnp + Ьц • Qnp + Cf] — (Лпол.о — Лпол), (10)
где а^, Ъп и сп — коэффициенты аппроксимации зависимости цпол = f(Qnp) приведенной характеристики нагнетателя; цполл и цПол — паспортное и оценочное значения политропического КПД нагнетателя.
Оценочное значение КПД цПол находится по результатам параметрической диагностики нагнетателя, методика которой изложена в работе [4].
Приведенные характеристики нагнетателей в их адаптивном аналитическом виде представляют зависимости (3), (7)-(9) и (10), из которых (3) и (10) можно получить с помощью программного продукта Microsoft Excel.
Как показывают расчеты, выполненные для нагнетателей 370-14-1/370-15-1, 520-12-1, PCL-1002 и 235-21-1, представляющих почти все разновидности используемых в газовой промышленности технологических компрессорных машин, выражения (3) и (10) полностью соответствуют их графическим прототипам. Более сложные зависимости (7)-(9) также обладают этим качеством. Оно достигается за счет регулируемости погрешности (7)-(9). Необходимая точность этих выражений достигается за счет аппроксимирования зависимостей [Nt/рго]пр = f(Qnp) с требуемой достоверностью. Для этого достаточно оперировать возможно большим количеством данных по [Ni/pzc]np и Qnp.
Таким образом, практическая идентичность зависимостей (3), (7)-(9) и (10) по количественным показателям приведенным характеристикам нагнетателей позволяет использовать эти зависимости в АСУ ТП газотранспортных систем.
Для соблюдения в (7)-(9) единства размерности всех содержащихся в них величин характеристики [—1 = f(Qnp) и цпол = f(Qnp) должны аппроксимироваться
LРгоJ
с использованием Ц—| и Qпр в размерностях, отличных от тех, в которых они присутствуют на исходных приведенных характеристиках: отношение I— I — в раз-
¡-Рго*
мерности Вт/(кг/м3), производительность Qпр — в м3/с. Остальные параметры в (7)-(9) имеют следующие размерности: объемная производительность нагнетателя при условиях на его входе Qv — м3/с; газовая постоянная компримируемого газа и ее приведенное значение Ян1 и Япр — Дж/(кгК); давление газа на входе нагнетателя Рн1 — Н/м2; температура компримируемого газа на входе нагнетателя и ее приведенное значение Тн1 и Тпр — К; комплексный показатель адиабаты компримируемого газа (к - 1)/к согласно данным 3 равен 0,235.
3 ОНТП 51-1-85.
Библиографический список
1. Перевощиков С. И. Адаптация приведенных характеристик нагнетателей природного газа к техническому состоянию машин // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2018. - № 1. - С. 100-105.
2. Перевощиков С. И. Уточнение приведенных характеристик центробежных нагнетателей в их аналитическом виде // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2018. - № 2. - С. 94-100.
3. Перевощиков С. И. Коррекция приведенных характеристик центробежных нагнетателей по результатам параметрической диагностики машин // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2015. - № 6. - С. 78-83.
4. Перевощиков С. И. Параметрическая диагностика технического состояния центробежных нагнетателей природного газа // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2011. - № 3 - С. 97-104.
Сведения об авторе
Перевощиков Сергей Иванович, д. т. н., консультант кафедры прикладной механики, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)467480, е-таИ: рег^еуозсН1коуз1@^уи1и. ги
Information about the author
Perevoschikov S. I., Doctor of Engineering, Consultant at the Department of Applied Mechanics, Industrial University of Tyumen, phone: 8(3452)467480, e-mail: perevoschikov-si@tyuiu. ru
Материаловедение и технологии конструкционных материалов
УДК 669
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ КАРБИДООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОТПУСКЕ ВАНАДИЕВЫХ СТАЛЕЙ
THERMODYNAMIC CONDITIONS OF CARBIDE FORMING DURING TEMPERING OF VANADIUM STEELS
А. В. Афонаскин, А. Н. Венедиктов, И. М. Ковенский
A. V. Afonaskin, A. N. Venediktov, I. M. Kovenskiy
Курганский государственный университет, г. Курган
Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень
Ключевые слова: термодинамика; кинетика; отпуск; ванадиевая сталь; карбид ванадия Key words: thermodynamics; kinetics; temper; vanadium steel; vanadium carbide
Ванадий широко используется для легирования стали. Он оказывает существенное влияние на ее свойства, образуя специальный карбид VC0,88, который обеспечивает вторичную твердость в улучшаемых ванадиевых сталях. В связи с этим представляет значительный интерес рассмотрение термодинамических условий выделения карбида VC0,88 при отпуске закаленной стали (0,85 ат.% C и 0,65 ат.% V).
Исследуемую сталь закаливали с 1 260 0С 5 часов и подвергали изотермическому отпуску (700 0С) различной длительности. Преципитаты, выделяющиеся в процессе отпуска, идентифицировали с помощью электронно-графического и рентгенографического анализа карбидных осадков и с помощью электронной микроскопии тонких фольг. Результаты показывают, что в начале отпуска выделяется цементит, затем цементит растворяется, и на электронно-микроскопических снимках тонких фольг видны выделения, разрешаемые только по деформационному контрасту ферритной матрицы. Рефлексов, отвечающих каким-либо карбидным фазам, не обнаружено. Эти факты свидетельствуют о том, что в рассматриваемый период отпуска в стали образуются зоны атомов ванадия типа зон Гинье — Престона (зон ГП). При длительности отпуска 1,25 часа зоны ГП не фиксируются, и обнаруживаются тонкодисперсные карбиды ванадия VC0 88. По-видимому, углерод, поступающий из растворяющегося цементита, насыщает зоны ГП, и последние превращаются в карбиды VC0 88.
