Moduł komory pomiarowej

Komora pomiarowa jest istotnym modułem urządzenia do badania zużycia erozyjnego, w którym kształtowane są główne parametry procesu zużywania erozyjnego, m.in.:

mieszanina ścierniwa i powietrza, temperatura próbek oraz kąt natarcia strugi ścierniwa.

Zespół komory składa się z trzech modułów funkcjonalnych: przygotowania mieszaniny, modułu nagrzewania oraz pomiarowego (rys. 73).

wymiennik I wymiennik II

179

Rys. 73. Schemat blokowy komory pomiarowej urządzenia do badania zużycia erozyjnego Źródło: opracowanie własne.

Konstrukcja komory posiada budowę modułową, w skład której wchodzą: komora termiczna wyposażona w zestaw grzałek, termoelement, pozycjoner oraz przyłącza dozownika i wymienników (rys. 74–76). Wnętrze komory pomiarowej wykonane jest ze stali żaroodpornej pokrytej z zewnątrz 140 mm warstwą izolacji i zabezpieczonej płaszczem ze stali nierdzewnej. Proces nagrzewania próbek realizowany jest przez zestaw dziewięciu grzałek oporowych rozmieszczonych na trzech ścianach komory.

Rys. 74. Model wirtualny komory pomiarowej urządzenia do badania zużycia erozyjnego Źródło: opracowanie własne.

Podczas procesu nagrzewania pozycjoner z próbkami obraca się dla uzyskania jednakowej temperatury wszystkich próbek. W trakcie obrotu pozycjonera masy gorącego

Komora pomiarowa

Moduł pomiarowy Moduł przygotowania

mieszaniny Moduł nagrzewania

Dysza

Zespół grzałek Termoelement

Pozycjoner próbek Komora mieszania

Zespół stolików pomiarowych

przyłącza wymienników oraz dozownika termoelement

drzwi komory

napęd pozycjonera

pozycjoner próbek obudowa termiczna

komory moduł grzałki

180

i chłodnego powietrza mieszają się ze sobą, czego efektem jest równomierne nagrzanie masy powietrza oraz próbek zawartych w komorze. Centralnie w osi komory umieszczony jest termoelement, który kontroluje temperaturę we wnętrzu komory.

Rys. 75. Wnętrze komory pomiarowej Źródło: opracowanie własne.

W górnej części komory pomiarowej znajduje się moduł przygotowania mieszaniny ścierniwa i powietrza. Moduł wyposażony jest w przyłącza doprowadzające gorące powietrze z wymienników oraz materiał ścierny z dozownika do komory mieszania.

Z dyszy podawana jest do komory pomiarowej mieszanina materiału ściernego i powietrza, wykorzystywana do erodowania badanych materiałów.

Rys. 76. Widok ogólny wnętrza komory pomiarowej Źródło: opracowanie własne.

komora mieszania dysza

grzałki grzałki

pozycjoner próbek stolik kątowy

komora mieszania dysza

stolik pomiarowy pozycjoner grzałki

181

Ogrzane powietrze z wymienników łączy się ze ścierniwem z dozownika, a następnie mieszanina wypływa przez dyszę i eroduje próbkę. Istotne jest precyzyjne sterowanie strumieniem powietrza. Na kształt strugi mieszaniny wpływa geometria dyszy, średnica oraz długość. W opracowanym urządzeniu zainstalowano dyszę o średnicy wewnętrznej 1,5 mm i długości 50 mm (rys. 77). W odległości 10 mm od powierzchni czołowej dyszy zamocowana jest erodowana próbka. Zastosowana dysza umożliwia realizację badań normatywnych wg ASTM G 76. W celu ograniczenia negatywnego oddziaływania materiału ściernego w dyszy zastosowano wkładkę z węglika wolframu. Dysza oraz wkładka są elementami wymiennymi. Do realizacji badań nienormatywnych stosowany jest typoszereg dysz o zmiennej długości i średnicy. W zależności od rodzaju zastosowanej dyszy, ze względu na zmianę wymiarów wewnętrznych, konieczna jest kalibracja systemu do wyznaczenia prędkości mieszaniny wypływającej z dyszy.

Rys. 77. Moduł przygotowania mieszaniny ścierniwa i powietrza Źródło: opracowanie własne.

Głównym elementem modułu pomiarowego jest pozycjoner, na którym zainstalowano zestaw ośmiu stolików pomiarowych (rys. 78). Stoliki wyposażone są w dwa zestawy wymiennych gniazd osadczych do mocowania próbek. Gniazda umożliwiają umieszczenie w komorze pomiarowej próbek o wymiarach 40x25x5 mm, wykorzystywanych do badań normatywnych wg ASTM G 76. W celu realizacji badań zużycia erozyjnego

182

opracowane gniazda dla próbek o średnicy 25,4 mm. Gniazda osadcze są elementami wymiennymi, dlatego możliwe jest opracowanie otworów dostosowanych do próbek o różnych kształtach i maksymalnych wymiarach 30x50 mm. Stoliki pomiarowe umożliwiają zmianę kąta pochylenia próbki względem strugi ścierniwa wypływającej z dyszy, skokowo co 2,5° w zakresie 0÷90°. Pozycja kątowa stolika ustalana jest za pomocą śruby blokującej.

Rys. 78. Model wirtualny modułu pomiarowego Źródło: opracowanie własne.

Pozycjoner umieszczony jest centralnie w osi komory. W automatycznym cyklu badań na kilku próbkach kratery wykonywane są po kolei na próbkach od 1÷8, pozycjoner obraca się co 45°, po zmianie pozycji oś dyszy pokrywa się z osią próbki. W manualnym trybie testów kolejność erodowania próbek jest dowolna. Istotną zaletą jest możliwość precyzyjnego sterowania zmianą położenia kątowego pozycjonera o zadaną wartość. Opracowane rozwiązanie umożliwia wykonanie na próbce kilku kraterów erozyjnych. Dotyczy to zwłaszcza próbek pokrytych twardymi powłokami, ponieważ kratery posiadają wówczas maksymalną średnicę do kilku milimetrów.

Pozycjoner zapewnia zainstalowanie w komorze pomiarowej ośmiu próbek z różnych materiałów. Każda próbka może być pochylona pod innym kątem w stosunku do osi strugi

183

poprzez obrót pozycjonera. Moduł napędowy pozycjonera zainstalowany jest poniżej komory pomiarowej, poza strefą oddziaływania wysokiej temperatury.

Podczas realizacji testów temperaturowych wał pozycjonera narażony jest na długotrwałe oddziaływanie wysokiej temperatury, maksymalnie do 600°C.

W celu zabezpieczenia modułu łożyskowania przed uszkodzeniem na skutek nagrzewania, wał wyposażono w zespół chłodzenia. We wnętrzu wału wykonano nieprzelotowy otwór, do którego wprowadzono rurkę z cieczą chłodzącą. W dolnej części wału zainstalowane zostało złącze obrotowe z osadzoną w nim rurką. Złącze wyposażone jest w moduł, który zapewnia nieruchomą pozycję złącza i rurki, przy jednoczesnym obrocie wału. Medium chłodzące przepływa przez rurkę, następnie przez wolną przestrzeń pomiędzy ściankami rurki i wału, po czym powraca do złącza i wypływa na zewnątrz modułu chłodzącego. Temperatura modułu łożyskowania kontrolowana jest przez czujnik, gdy przekroczy 130°C, system sterownia automatycznie otwiera elektrozawór i ciecz chłodząca przepływa przez moduł chłodzenia wału.

Opracowane autorskie rozwiązanie pozycjonera próbek zostało ujęte w zgłoszeniu patentowym P.408560 „Pozycjoner próbek zwłaszcza w urządzeniu do badania zużycia erozyjnego”²⁵⁴.