Гидроабразивный износ форсунок струйного насоса

Выполнен сравнительный анализ результатов измерений гидроабразивного износа форсунок струйных насосов, используемых на гидроперегружателях, задействованных на перекачке суспензии воды с песком, и результатов моделирования потока в камере всасывания насоса в районе форсунок. Моделирование осуществлялось с использованием программного комплекса Fluent в составе программного продукта Ansys. При этом вместо пульпы во всасывающем патрубке смоделирована чистая вода с учетом того, что концентрация песка в суспензии составляет примерно 10 % по объему, поэтому траектории движения частиц песка совпадают с линиями тока воды. Результаты моделирования показали, что углы атаки на ближнюю к пульпопроводу поверхность форсунки, примыкающую к ее выходному отверстию, близки к нулю, тогда как углы атаки на поверхность форсунки, дальнюю от пульпопровода, существенно отличаются от нуля и составляют 20–50о — значения, при которых гидроабразивный износ возрастает в несколько раз по сравнению с углами атаки, близкими к нулю. Результаты моделирования подтверждены также обследованием изношенных форсунок: их носовая часть изнашивается по окружности неравномерно — с большей скоростью изнашивается сторона, дальняя от пульпопровода, что приводит к появлению скоса плоскости носового отверстия форсунок, при этом угол скоса достигает 20–25о. Значения микротвердости носовой части изношенной форсунки также соответствуют результатам моделирования. Измерения показали, что микротвердость носовой части форсунок неравномерна по окружности и наиболее изнашиваемая сторона носика форсунки имеет наименьшую микротвердость. Данный факт свидетельствует о том, что разные районы поверхности носовой части форсунок отличаются друг от друга жесткостью схемы напряженного состояния при гидроабразивном воздействии, что может быть в дальнейшем использовано при выборе режимов лабораторных испытаний на гидроабразивный износ.

1. Козырев С. П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации / С. П. Козырев. — М.: Машиностроение, 1971. — 240 с.

2. Супрун В. К. Абразивный износ грунтовых насосов и борьба с ним / В. К. Супрун. — М.: Машиностроение, 1972. — 104 с.

3. Погодаев Л. И. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования / Л. И. Погодаев, П. А. Шевченко. — Л.: Судостроение, 1984. — 264 с.

4. Петров В. А. Гидроабразивное изнашивание оборудования судов технического флота / В. А. Петров, А. М. Олейник, Ю. Е. Ежов, Ю. Н. Цветков // 67-я Международная научная конференция Астраханского государственного технического университета. — Астрахань: Астраханский гос. техн. ун-т, 2023. — С. 583–587.

5. Антоев К. П. Исследование стойкости к гидроабразивному воздействию перспективных полимерных футеровочных материалов / К. П. Антоев, С. Н. Попов, Б. Н. Заровняев // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2019. — № 1. — С. 185–191.

6. Атрощенко В. А. Повышение эффективности транспортных трубопроводов закладочного комплекса применением полиуретанового покрытия / В. А. Атрощенко, В. И. Александров // Горный информационноаналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2022. — № 10–1. — С. 25–38. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_101_0_25.

7. Felix D. Hydro-abrasive erosion of hydraulic turbines caused by sediment — a century of research and development / D. Felix, I. Albayrak, A. Abgottspon, R. M. Boes // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. — IOP Publishing, 2016. — Vol. 49. — Is. 12. — Pp. 122001. DOI: 10.1088/1755-1315/49/12/122001.

8. Тененбаум М. М. Сопротивление гидроабразивному изнашиванию / М. М. Тененбаум. — М.: Машиностроение, 1976. — 271 c.

9. Цветков Ю. Н. Определение коэффициента жёсткости напряжённого состояния поверхности металлов при гидроабразивном изнашивании / Ю. Н. Цветков, Л. И. Погодаев // Проблемы машиностроения и надёжности машин (Машиноведение). — 1994. — № 6. — С. 109–114.

10. Цветков Ю. Н. Напряжённое состояние металлов при изнашивающем воздействии абразива / Ю. Н. Цветков, Л. И. Погодаев. — СПб.: СПбГУВК, 2004. — 94 с.

11. Колмогоров В. Л. Напряжения, деформации, разрушение / В. Л. Колмогоров. — М.: Металлургиздат, 1970. — 196 с.

12. Смирнов-Аляев Г. А. Механические основы пластической обработки металлов / Г. А. СмирновАляев. — Л.: Машиностроение, 1968. — 272 с.

13. Никущенко Д. В. Исследование течений вязкой несжимаемой жидкости на основе расчетного комплекса FLUENT: учеб. пособие / Д. В. Никущенко. — СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2004. — 94 с.

14. Клюев А. С. Сравнение результатов численного расчёта струйного насоса в CFD пакетах ANSYS и OpenFOAM / А. С. Клюев, Я. И. Чернышев, Е. А. Иванов, И. О. Борщев // Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития. Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. — СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2020. — С. 388–403. DOI: 10.18720/SPBPU/2/id20-367.

15. Javaheria V. Slurry erosion of steel — Review of tests, mechanisms and materials / V. Javaheria, D. Portera, V. T. Kuokkala // Wear. — 2018. — Vol. 408–409. — Pp. 248–273. DOI: 10.1016/j.wear.2018.05.010.

16. Al-Bukhaiti M. A. Effect of impingement angle on slurry erosion behaviour and mechanisms of 1017 steel and high-chromium white cast iron / M. A. Al-Bukhaiti, S. M. Ahmed, F. M. F. Badran, K. M. Emara // Wear. — 2007. — Vol. 262. — Is. 9–10. — Pp. 1187–1198. DOI: 10.1016/j.wear.2006.11.018.

17. Young J. P. Particle erosion measurements on metals / J. P. Young, A. W. Ruff // Journal of Engineering Materials and Technology. — 1977. — Vol. 99. — Is. 2. — Pp. 121–125. DOI: 10.1115/1.3443420.

18. Yao J. Experimental Investigation of Erosion of Stainless Steel by Liquid-solid Flow Jet Impingement / J. Yao, F. Zhou, Y. Zhao, H. Yina, Q. Guo, N. Li // Procedia engineering. — 2015. — Vol. 102. — Pp. 1083–1091. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.01.231.

19. Talia J. E. Erosion ripple formation mechanism in aluminum and aluminum alloys / J. E. Talia, Y. A. Ballout, R. O. Scattergood // Wear. — 1996. — Vol. 196. — Is. 1–2. — Pp. 285–294. DOI: 10.1016/0043-1648(96)06928-1.