Մետաղական C-օղակաձև ստատիկ կնիքների նախագծում և կիրառման հետազոտություն դիզելային շարժիչների համար՝ 700°C / 100 MPa ծայրահեղ պայմաններում

Ժամանակակից բարձր արդյունավետությամբ դիզելային շարժիչների հետազոտության, մշակման և նախագծման մեջ գլանի գլխիկի միջադիրը (կնքման կառուցվածքը) ենթարկվում է ամբողջ շարժիչի ամենաուժեղ ջերմամեխանիկական բեռներին: Թուջե շարժիչի բլոկի և ալյումինե համաձուլվածքից գլանի գլխիկի ֆիզիկական հատկությունների տարբերությունների պատճառով բարձր ջերմաստիճանների, բարձր ճնշման և դինամիկ ցիկլիկ հարվածների տակ տեղի են ունենում խիստ դժվար տեղաշարժեր և դեֆորմացիաներ:

Ծայրահեղ շահագործման պայմանները հաղթահարելու համար700–800°C գագաթնակետային ջերմաստիճան, 100 ՄՊա ցիկլային իմպուլսային ճնշում, ևթուջ/ալյումինե համաձուլվածքի տարբեր մետաղների համադրություն, այնՄետաղական C-Ring ստատիկ կնիք, իր յուրահատուկ կառուցվածքային առաձգականության և զսպանակային հզորության շնորհիվ, ծառայում է որպես իդեալական լուծում՝ գլանի այրման ճնշման արտահոսքը կանխելու համար։

1. Գործառնական մարտահրավերներ և մեխանիզմների վերլուծություն

Մետաղական C-օղակների կիրառումը վերլուծելուց առաջ անհրաժեշտ է սահմանել այս շահագործման պայմանների կողմից առաջացող երեք հիմնական մարտահրավերներ.

1. Ջերմային լարվածության և ջերմային ընդարձակման անհամապատասխանություն (ջերմային լարվածություն / կտրվածքի դեֆորմացիա):

   Գծային ջերմային ընդարձակման գործակիցըթուջե գլանային բլոկմոտավորապես կազմում է $10 \sim 12 \times 10^{-6} /\text{K}$, մինչդեռալյումինե համաձուլվածքի գլանային գլխիկհասնում է $22 \sim 24 \times 10^{-6} /\text{K}$: 700–800°C գագաթնակետային ջերմաստիճաններում ալյումինե գլանի գլխիկի ընդարձակումը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան թուջե բլոկինը, ինչը հանգեցնում է լուրջհարաբերական ջերմային տեղաշարժը և կտրող ուժերըկնքման միջերեսին: Ավելին, քանի որ ալյումինե համաձուլվածքների ձգման և հոսունության սահմանները կտրուկ ընկնում են 200–250°C-ից բարձր ջերմաստիճանում, չափազանց տեղայնացված սեղմիչ ուժ կիրառել հնարավոր չէ, քանի որ դա հեշտությամբ կարող է պլաստիկ փոսիկ առաջացնել ալյումինե գլխիկի ակոսի մակերեսին:

2. 100 ՄՊա փոփոխական հարվածային ճնշում (դինամիկ կնքման ճեղքերի բաժանում):

   Դիզելային վառելիքի այրման ճնշումը ցուցաբերում է բարձր հաճախականության և բարձր տատանողական իմպուլսային բնութագրեր: 100 ՄՊա գագաթնակետային ցիկլային ճնշումը առաջացնում է գլանի գլխիկի պտուտակների աննշան առաձգական երկարացում, ինչը հանգեցնում էմիկրոմետրային մասշտաբի հերթագայող բացերի բաժանումգլանի գլխիկի և շարժիչի բլոկի միջև։ Ավանդական կոշտ փաթեթավորումները կամ սովորական մետաղական միջադիրները չունեն ինքնաբավարարման ունակություն և վերականգնման արագություն, ինչը դրանք չափազանց խոցելի է դարձնում միկրոարտահոսքի կամ էրոզիայի նկատմամբ նման դինամիկ ճեղքի տատանումների դեպքում։

3. Բարձր ջերմաստիճանի դիզելային վառելիքի այրման գազի էրոզիա.

   Այրման արտանետվող գազը պարունակում է բարդ օքսիդներ, չայրված ածխածնի մասնիկներ և սուլֆիդներ: 800°C ծայրահեղ ջերմաստիճանի դեպքում այն ​​ցուցաբերում է ուժեղ ջերմային օքսիդացում և կոռոզիոնություն, հետևաբար, կնքման հիմքի նյութը պետք է ունենա բացառիկ բարձր ջերմաստիճանային օքսիդացման դիմադրություն և սողալու դիմադրություն:

2. Մետաղական C-աձև օղակների աշխատանքի սկզբունքը և ինքնաշխատ մեխանիզմը

Մետաղական C-ձև օղակը կոր մետաղական խողովակ կամ ձևավորված օղակ է՝ բաց լայնական հատույթով, որտեղ բացվածքը ուղղված է դեպի բարձր ճնշման կողմը (այսինքն՝ այրման խցիկի ներսում):

Բարձր ճնշման կողմ (այրման խցիկ 100 ՄՊա) ────► │ ╭────┐ │ │ │ ◄── Մետաղական C-օղակաձև պատի գլան │ │ ◄─── Բարձր ճնշման մուտքի (բացվող դեպի ներս) գլխիկ │ │ │ │ (ալյումին) │ ╰────┘ ────► Ցածր ճնշման կողմ (մթնոլորտ / ջրային պատյան)

1. Սկզբնական նախնական ամրացման կնիքը՝Տեղադրման ընթացքում գլանի գլխիկի պտուտակների միջոցով կիրառվող նախնական ամրացման ուժը հանգեցնում է C-ձև օղակի առաձգական հարթեցման դեֆորմացիայի: C-ձև օղակի արտաքին աղեղային մակերեսները սերտորեն կպչում են ակոսի վերին և ստորին կնքման մակերեսներին՝ ձևավորելով նախնական կնքման շփման ճնշումը:

2. Ճնշման օժանդակությամբ կնքման էֆեկտ.Երբ 100 ՄՊա դիզելային վառելիքի այրման ճնշումը կտրուկ աճում է դեպի C-օղակի ներքին մասը, բարձր ճնշման միջավայրը ազդում է C-օղակի ներքին պատի վրա՝ առաջացնելով դեպի դուրս ընդարձակման ուժ։Որքան բարձր է համակարգի ճնշումը, այնքան մեծ է C-օղակի արտաքին ընդարձակման ուժը։, այդպիսով ավտոմատ կերպով փոխհատուցելով 100 ՄՊա այրման հարվածային ուժի պատճառով առաջացած պտուտակների ձգման փոքրիկ բացվածքի բաժանումը։

3. Բարձր Springback փոխհատուցման հզորություն.Համեմատած պինդ մետաղական միջադիրների հետ, C-օղակները ունեն զգալի վերականգնման արագություն: Նույնիսկ երբ շարժիչի բլոկի և գլանի գլխիկի միջև ջերմային ընդարձակման/կծկման և ճնշման ալիքների պատճառով տեղի են ունենում միկրոմետրային մասշտաբի դինամիկ ճեղքի տատանումներ, C-օղակը պահպանում է անընդհատ շփման ճնշումը՝ արտանետվող գազի արտահոսքը կանխելու համար:

3. Հիմնական նյութերի ընտրություն և կառուցվածքային նախագծման տեխնիկական բնութագրեր

Ծայրահեղ պայմաններում երկարատև կայուն աշխատանք ապահովելու համար նյութերն ու գործընթացները պետք է հարմարեցվեն.

3.1 Հիմքի նյութի ընտրություն (բարձր ջերմաստիճանի սողացող դիմադրողականություն և առաձգականության պահպանում)

700–800°C բարձր ջերմաստիճաններում սովորական չժանգոտվող պողպատները (օրինակ՝ 304 կամ 316) արագորեն ենթարկվում են լարվածության թուլացման և կորցնում են առաձգականությունը։

• Առաջարկվող նյութեր՝ Inconel 718 (նիկելի վրա հիմնված նստվածքային-կարծրացնող համաձուլվածք) or Ինկոնել X-750.

• Առավելություններ՝Inconel 718-ը պահպանում է բացառիկ բարձր հոսունության դիմադրություն, սողալու դիմադրություն և գերազանց առաձգականության մոդուլ նույնիսկ մինչև 700–800°C բարձր ջերմաստիճաններում, ինչը այն դարձնում է բարձր ջերմաստիճանային ցիկլիկ լարվածությանը դիմակայելու համար նախընտրելի ընտրություն:

3.2 Մակերեսային ծածկույթի / ծածկույթի նախագծում (միկրոկոպտության լցոնում և ալյումինե հիմքի պաշտպանություն)

• Կարծրության անհամապատասխանության խնդիր.Ինկոնելի համաձուլվածքները զգալիորեն ավելի կարծր են, քան ալյումինե համաձուլվածքները: Ուղղակի շփումը կարող է հանգեցնել կարծր C-ձև օղակի խրվելուն փափկեցված ալյումինե ակոսի մեջ՝ վնասելով մակերեսը:

• Ծածկույթի լուծույթ.Էլեկտրական ծածկույթով ծածկել փափուկ, բարձր ջերմաստիճանին դիմացկուն մետաղի շերտ, օրինակ՝Արծաթապատում(կամ ոսկի/պլատին՝ գերպահանջկոտ պայմաններում), կամ C-Ring-ի արտաքին մակերեսին կիրառել մասնագիտացված բարձր ջերմաստիճանային ծածկույթներ։

  • Ֆունկցիա 1:Նախնական ամրացման ուժի ազդեցության տակ, փափուկ արծաթե շերտը ենթարկվում է պլաստիկ հոսքի՝ լցնելու թուջի և ալյումինի ակոսների վրա մանրադիտակային մեքենայական հետքերը, ապահովելով զրոյական արտահոսք։

  • Ֆունկցիա 2:Ծառայում է որպես բուֆերային շերտ՝ համեմատաբար փափուկ ալյումինե գլանի գլխիկի ակոսը փոսիկներից պաշտպանելու համար։

  • Ֆունկցիա 3:Կանխում է տարբեր մետաղների միջև բարձր ջերմաստիճաններում շփման հետևանքով առաջացած ֆրեզերային մաշվածությունը։

4. ակոսների տեղադրման և կնքման ճարտարագիտական ​​պրակտիկա

5. Ամփոփում և հեռանկար

Թուջե գլանային բլոկի և ալյումինե համաձուլվածքի գլանային գլխիկի համակցված կառուցվածքում, որը ուղղված է դեպի700–800°C ծայրահեղ բարձր ջերմաստիճանև100 ՄՊա բարձր հաճախականության իմպուլսային ճնշումդիզելային վառելիքի այրման միջավայրը,արծաթապատ Inconel 718 մետաղական C-օղակներկայացնում է հուսալի և տեխնիկապես հասուն ստատիկ կնքման լուծում։

Դրա հիմնական առավելությունները կայանում են հետևյալում.

• Կատարյալ կերպով հարմարվում է 100 ՄՊա ճնշման ալիքների կողմից առաջացած հերթագայող բացերի բաժանումներին՝ a-ի միջոցովճնշման օժանդակությամբ ինքնալիցքավորվող մեխանիզմ;

• Թուջի և ալյումինե համաձուլվածքի միջև անհավասար ջերմային ընդարձակման փոխհատուցում՝ օգտագործելովնիկելի վրա հիմնված բարձր ջերմաստիճանային համաձուլվածքների բարձր առաձգականություն;

• Մանրադիտակային կոպտության լցման և ալյումինե մակերեսի պաշտպանության լուծում՝փափուկ արտաքին մակերեսային ծածկույթ.

Նախագծման գործընթացում պետք է խստորեն իրականացվի վերջավոր տարրերի ջերմամեխանիկական զուգակցված վերլուծություն (FEA)՝ C-օղակի պտուտակների նախնական ամրացման ուժը, ակոսի չափերի թույլատրելի շեղումները և բարձր ջերմաստիճանի հետադարձ կորերը ճշգրիտ հաշվարկելու համար, ապահովելով շարժիչի արդյունավետ, զրոյական արտահոսքի և հուսալի աշխատանք ամբողջ ծառայության ժամկետի ընթացքում։