Мазмұны
2. Көміртекті болаттан жасалған басқару тұтқаларының материалдық қасиеттері
3. Температураның көміртекті болаттан жасалған басқару тұтқаларының механикалық қасиеттеріне әсері
4. Термиялық шаршау проблемалары
5. Практикалық қолдану жағдайын талдау
6. Әртүрлі температуралық орталармен күресу бойынша ұсыныстар
Өнеркәсіптік өндірістегі көптеген жабдықтардың ішінде,көміртекті болаттан басқару тұтқаларыәртүрлі клапандарда, механикалық құрылғыларда және т.б. кеңінен қолданылатын жалпы пайдалану құрамдас бөлігі болып табылады және ағынды басқару және қысымды реттеу сияқты негізгі тапсырмаларды орындайды. Дегенмен, оның өнімділігі статикалық емес, қоршаған орта температурасының ауытқуы оған айтарлықтай әсер етеді. Қоршаған ортаның әртүрлі температураларында көміртекті болаттан жасалған басқару тұтқаларының өнімділігін-терең зерттеу жабдықтың тұрақты жұмысын қамтамасыз ету, өндіріс тиімділігін арттыру және қауіпсіз өндірісті қамтамасыз ету үшін үлкен мәнге ие. Бұл мақалада көміртекті болаттың материалдық қасиеттері, температураның механикалық қасиеттерге әсері, термиялық шаршау мәселелері және нақты қолдану жағдайлары сияқты көптеген өлшемдерден егжей-тегжейлі талдау жүргізіледі.
2. Көміртекті болаттан жасалған басқару тұтқаларының материалдық қасиеттері
(1.) Көміртекті болаттың құрамы және өнімділікке негізгі әсері
Көміртекті болат негізінен темірден (Fe) және көміртектен (С) тұрады, көміртегі мөлшері 0,0218% және 2,11% аралығында. Көміртектің мазмұны көміртекті болаттың өнімділігіне әсер ететін негізгі фактор болып табылады. Көміртектің төмен мөлшері көміртекті болатты жақсы икемділікке және қаттылыққа ие етеді және өңдеу мен пішіндеуге оңай. Мысалы, көміртегі мөлшері әдетте 0,25%-дан аз болатын қарапайым төмен{5}}көміртекті болат жоғары беріктікті қажет етпейтін, бірақ өңдеудің жақсы өнімділігін талап ететін бөлшектерді жасау үшін жиі пайдаланылады. Көміртектің мөлшері артқан сайын көміртекті болаттың қаттылығы мен беріктігі айтарлықтай артады. Үлкен жүктемелерге және тозуға төтеп беруді қажет ететін механикалық бөлшектерді жасау үшін көбінесе орташа көміртекті болат (көміртектің мөлшері 0,25% және 0,60%) және жоғары көміртекті болат (көміртегі мөлшері 0,60% -дан жоғары) қолданылады. Дегенмен, сонымен бірге көміртекті құрамның артуы да көміртекті болаттың қаттылығы мен дәнекерлеу қабілетінің төмендеуіне әкеледі. Көміртекті болатты дәнекерлеу кезінде жарықтар сияқты ақауларды болдырмау үшін арнайы технологиялық шараларды қолдану қажет. Көміртекті болаттан басқа, көміртекті болаттың құрамында кремний (Si), марганец (Mn), фосфор (P), күкірт (S) және басқа элементтер де болуы мүмкін, бұл да көміртекті болаттың жұмысына белгілі бір әсер етеді. Мысалы, кремний мен марганец көміртекті болаттың беріктігі мен қаттылығын жақсарта алады, ал фосфор мен күкірт көміртекті болаттың беріктігі мен коррозияға төзімділігін төмендететін зиянды қоспалар болып табылады. Фосфор көміртекті болаттың суық сынғыштығын, ал күкірттің ыстық сынғыштығын тудырады.
(2.) Бөлме температурасында көміртекті болаттан басқару рубкасының жұмысы
Бөлме температурасында (әдетте шамамен 25 градус) көміртекті болаттан жасалған басқару дөңгелегі салыстырмалы түрде тұрақты өнімділікті көрсетеді. Оның механикалық беріктігі әдеттегі операциялардың көпшілігінің қажеттіліктерін қанағаттандыра алады, ал жұмыс моменті салыстырмалы түрде тұрақты. Пайдаланушы тұтқаны айналдыру арқылы жабдықты оңай басқара алады. Қол дөңгелегі бетінің қаттылығы қалыпты, ол белгілі бір дәрежеде тозуға төтеп бере алады, бұл ұзақ мерзімді пайдалану кезінде сенімділікті қамтамасыз етеді. Көміртекті болаттан жасалған басқару дөңгелегі бөлме температурасында жақсы өлшемдік тұрақтылыққа ие және температура факторларына байланысты айтарлықтай кеңеймейді немесе кішіреймейді, бұл жабдықтың басқа компоненттерімен жақсы сәйкестік дәлдігін қамтамасыз етеді. Көміртекті болаттың электр өткізгіштігі мен жылу өткізгіштігі де бөлме температурасында салыстырмалы түрде тұрақты күйде болады. Электрлік өнімділікке немесе жылу тасымалдауға белгілі талаптары бар кейбір қолданба сценарийлері үшін температураның өзгеруіне байланысты ешқандай ауытқулар болмайды.
3. Температураның көміртекті болаттан жасалған басқару тұтқаларының механикалық қасиеттеріне әсері
Серпімділік коэффициенті мен температура арасындағы байланыс
Температураның жоғарылауымен металдардың серпімділік коэффициенті E (Юнг модулі) және ығысу модулі G азаяды. Көміртекті болаттан жасалған басқару тұтқасы жоғары температуралы ортада болғанда, материалдағы атомдар арасындағы байланыс күші әлсірейді, бұл күш әсер еткенде серпімді деформацияны жеңілдетеді. Көміртекті болаттан жасалған үлгіні жоғары температуралы пеште жүктеу сынағы (статикалық әдіс) жүргізгенде, температура көтерілген сайын сол жүктемедегі серпімді деформацияның жоғарылайтынын, яғни серпімділік коэффициентінің төмендейтінін анық байқауға болады. Ұқсас нәтижелерді діріл әдісі немесе ультрадыбыстық импульстік әдіс (динамикалық әдіс) қолдану арқылы алуға болады. Үлгінің әртүрлі температуралардағы серпімді тербеліс жиілігін немесе ультрадыбыстық толқындардың таралу жылдамдығын өлшеу арқылы серпімділік коэффициентінің температураға байланысты өзгеруін есептеуге болады. Бұл сипаттаманың көміртекті болаттан жасалған басқару рубкасына әсері жоғары температуралық ортада қол дөңгелегі «жұмсақ» болуы мүмкін және жұмыс кезінде үлкен серпімді деформация пайда болуы мүмкін, бұл операцияның дәлдігі мен сезіміне әсер етеді.
Жылу коэффициенті мен температура арасындағы байланыс
Көміртекті болаттың сызықтық кеңею коэффициенті әдетте температураның жоғарылауымен сызықты түрде артады, бұл көміртекті болаттан жасалған басқару дөңгелегі өлшемі температураның жоғарылауымен бірте-бірте кеңейетінін білдіреді. Практикалық қолдануда, егер температура диапазоны үлкен болса, тұтқаның кеңеюі басқа құрамдас бөліктерге, мысалы, кептелу, қопсыту және т.б. ақауларды тудыруы мүмкін. Жылу өткізгіштігі k температураның жоғарылауымен төмендейді, бұл жылу беру кезінде қол дөңгелегі жұмысына әсер етеді. Жылдам жылуды тарату немесе жылу алмасу қажет болатын кейбір жағдайларда жоғары температурада жылу өткізгіштіктің төмендеуі руль дөңгелегі жергілікті температурасының тым жоғары болуын тудыруы мүмкін, осылайша оның механикалық қасиеттері мен қызмет ету мерзіміне әсер етеді. Көміртекті болаттың меншікті жылу сыйымдылығы температураның жоғарылауымен артады, бұл жоғары температуралық ортада бірдей мөлшерде жылуды сіңіру кезінде көміртекті болаттан жасалған басқару тұтқасының температурасының жоғарылауы салыстырмалы түрде аз екенін білдіреді, бұл белгілі бір дәрежеде белгілі бір термиялық буферлеу рөлін атқарады, бірақ бұл сонымен қатар қыздыру немесе салқындату процесінде қол доңғалағына термиялық деңгейге жету үшін ұзағырақ уақыт қажет екенін білдіреді.
Күш пен қаттылықтың өзгеруі
Температураның жоғарылауымен көміртекті болаттың беріктігі мен қаттылығы біртіндеп төмендейді. Төмен температуралы ортада көміртекті болаттың беріктігі мен қаттылығы артады, бірақ қаттылығы төмендейді, ол сынғыш және қатты болады. Температура белгілі бір деңгейге дейін төмендегенде, көміртекті болат суық және сынғыш болады. Бұл кезде көміртекті болаттан жасалған басқару рубкасының соққыға төзімділігі айтарлықтай төмендейді және сыртқы күштердің әсерінен сынуы оңай. Жоғары температуралы орталарда атомдардың күшейген жылу қозғалысына байланысты дислокация қозғалысы жеңілірек болады, нәтижесінде көміртекті болаттың аққыштық пен созылу беріктігі төмендейді. Қол дөңгелегі үлкен жұмыс күштеріне ұшыраған кезде пластикалық деформацияға бейім болуы мүмкін. Беріктік пен қаттылықтың бұл өзгерісі көміртекті болаттан басқару тұтқаларының жұмысы мен қызмет ету мерзіміне тікелей әсер етеді. Әртүрлі температуралық орталарда пайдаланылған кезде, пайдалану әдісі мен техникалық қызмет көрсету стратегиясы оның өнімділігінің өзгеруіне сәйкес ақылға қонымды түрде реттелуі керек.
4. Термиялық шаршау проблемалары
● Термиялық шаршау механизмі
Көміртекті болаттан басқару қол дөңгелегі үлкен және қайталанатын температура өзгерістері бар ортада жұмыс істегенде, термиялық шаршау пайда болады. Материалдың термиялық кеңеюі мен жиырылуына байланысты, температураның өзгеруі кезінде қол дөңгелегі ішінде ауыспалы кернеу пайда болады. Иілгіш материал температурамен бірге көтерілгенде, кернеу аққыштық шегінен асып кетсе де, ол бірден жойылмайды, бірақ температураның бірнеше рет өзгеруі кезінде ол шаршағандықтан ақырында жарылып, зақымдануға әкеледі. Сынақ таяқшасы екі ұшына бекітілген және ең жоғары және ең төменгі температуралар арасында қайталанатын термиялық циклдарға ұшырады делік. Сынақтың басында штанга ең жоғары температурада бекітіледі, содан кейін созылу кернеуін жасау үшін салқындатылады, содан кейін қайта қыздырылады, кернеу-деформация сызығы бірқатар өзгерістерге ұшырайды. Әрбір салқындату{6}}қызу циклі гистерезис қисығын салады және онымен байланысты қайталанатын пластикалық деформация термиялық шаршаудың себебі болып табылады. Жылулық циклдің ең жоғары және ең төменгі температуралары, орташа температура, ең жоғары температураның ұсталу уақыты, қайталану жылдамдығы, материалдың серпімді{8}}пластикалық қасиеттері және т.б. термиялық шаршауға әсер ететін факторлар болып табылады.
●Термиялық шаршаудың көміртекті болаттан жасалған басқару дөңгелектеріне зияны
Термиялық шаршау бетінде ұсақ жарықтар тудыруы мүмкінКөміртекті болаттан жасалған қол дөңгелегі. Жылулық циклдар саны артқан сайын бұл жарықтар бірте-бірте кеңейіп, ақырында рульге құрылымдық зақым келтіріп, оның дұрыс жұмыс істей алмайтындығына әкелуі мүмкін. Тұтқаның термиялық шаршауының зақымдануы жабдықтың қалыпты жұмысына әсер етіп қана қоймайды, техникалық қызмет көрсету шығындары мен тоқтап қалу уақытын арттырады, сонымен қатар өндіріс қауіпсіздігіне қауіп төндіруі мүмкін. Химия және электр энергиясы сияқты кейбір салаларда термиялық шаршау салдарынан басқару тетігі кенет істен шықса, бұл ауыр өндірістік апаттарға әкелуі мүмкін. Сондықтан көміртекті болаттан жасалған басқару тұтқаларын жобалау және пайдалану кезінде термиялық шаршау мәселелерін толығымен қарастыру керек және олардың термиялық шаршауға төзімділігін арттыру үшін тиісті шараларды қабылдау қажет.
● Термиялық шаршауды болдырмау шаралары
Термиялық шаршауды болдырмау үшінКөміртекті болат руль дөңгелегі,материалды таңдаудан, құрылымдық дизайннан және пайдалану ортасынан бастауға болады. Материалды таңдау тұрғысынан, термиялық шаршауға жақсы төзімді легирленген болатты таңдауға болады немесе материалдың жан-жақты өнімділігін жақсарту үшін көміртекті болатты сөндіру және шынықтыру сияқты тиісті термиялық өңдеуге ұшыратуға болады. Құрылымдық дизайн тұрғысынан рульдің құрылымын оңтайландырыңыз, кернеудің шоғырлану нүктелерін азайтыңыз, жылуды тарату арналарын орынды жобалаңыз және температура градиенттерін азайтыңыз. Қолдану ортасына келетін болсақ, қол дөңгелегі тез температура өзгеретін ортада жұмыс істемеуге тырысыңыз. Температураның еріксіз өзгеруі үшін тиісті оқшаулау және буферлеу шараларын қолдану қажет. Ерте термиялық шаршау сызаттарын жедел анықтау және жөндеу үшін қол дөңгелегін жүйелі түрде тексеру және техникалық қызмет көрсету де қол дөңгелегінің қызмет ету мерзімін ұзартудың маңызды құралы болып табылады.
5. Практикалық қолдану жағдайын талдау
Химия өнеркәсібінде қолданылуы
Химиялық өндірісте көптеген реакциялық процестер температура мен қысымды дәл бақылауды қажет етеді, ал көміртекті болаттан басқару қол дөңгелегі жиі әртүрлі клапандарды басқару үшін қолданылады. Химиялық компания жоғары{1}}температуралық және жоғары-қысымды реактор құбырының клапандарында көміртекті болаттан басқару тұтқаларын қолданды. Жазда жоғары температуралық ортада қоршаған орта температурасы мен технологиялық температураның қосарлы әсерінен қол дөңгелегі жұмыс істеу қиын болды. Тексеруден кейін руль дөңгелегі серпімді деформациясы күшейгені, клапанмен жалғау кезінде белгілі бір дәрежеде босау пайда болғаны анықталды. Бұл көміртекті болаттың серпімділік коэффициентінің төмендеуіне және сызықтық кеңею коэффициентінің жоғарылауына әкелетін жоғары температураға байланысты болды. Компания оқшаулауды арттыру шараларын қабылдады және бұл мәселені жеңілдету үшін тұтқаны үнемі қатайтып, реттеп отырады. Дегенмен, ұзақ уақыт жұмыс істегеннен кейін{8}}қол дөңгелегі әлі де термиялық шаршаған жарықшақтарға ие болды және ақырында жоғары температураға төзімділігі жоғары легирленген ручкамен ауыстыруға тура келді.
Электр энергетикасында қолданылуы
Электр энергетикасының турбиналық басқару жүйесінде бу ағынын реттеу үшін көміртекті болаттан жасалған басқару тұтқасы қолданылады. Қысқы суық ортада кейбір аудандарда сыртқы жабдықтың температурасы минус он градусқа дейін немесе одан да төмен түсуі мүмкін. Электр станциясының турбиналық басқару тұтқасы төмен температуралы ортада жұмыс істегенде ауыр сезім мен икемділіктің төмендеуі проблемасына ие. Себебі төмен температура көміртекті болаттың беріктігі мен қаттылығын арттырады, бірақ оның қаттылығын төмендетеді, бұл руль ішіндегі механикалық бөлшектердің үйкелісін арттырады. Сонымен қатар, төмен температурадағы суық сынғыштық құбылысы да қол дөңгелегі сыну қаупін арттырады. Бұл мәселені шешу үшін электр станциясы қол дөңгелегін оқшаулауды өңдеуді жүргізді және қол дөңгелегі жұмысының өнімділігі мен қауіпсіздігін жақсарту үшін майлау майына төмен температурадағы антифризді қосты.
6. Әртүрлі температуралық орталармен күресу бойынша ұсыныстар
●Материалды таңдау бойынша ұсыныстар
Әртүрлі жұмыс температурасының ортасына сәйкес көміртекті болаттан басқару тұтқасының материалын ақылға қонымды түрде таңдаңыз. Төмен температуралы орталарда никель және марганец сияқты элементтері бар төмен температуралы болатты таңдауға болады. Бұл элементтер төмен температурада көміртекті болаттың беріктігін жақсарта алады және суық сынғыштық үрдісін азайтады. Жоғары температуралы орталарда оның жоғары температураға беріктігі мен тотығуға төзімділігін жақсарту үшін-жылуға төзімді болатты немесе көміртекті болатты карбюризациялау және азоттау сияқты бетті өңдеуді қолдануды қарастырыңыз. Температура жиі өзгеретін және амплитудасы үлкен болған жағдайларда термиялық шаршауға жақсы төзімді материалдарға артықшылық беру керек.
●Дизайнды оңтайландыру ұсыныстары
Көміртекті болаттан басқару тұтқасын құрастырған кезде оның жұмысына температура факторларының әсерін толығымен ескеріңіз. Дөңгелектің құрылымдық пішінін оңтайландырыңыз, кернеудің шоғырлану аймағын азайтыңыз және филенің ақылға қонымды өтуін және қабырға қалыңдығының біркелкі дизайнын қабылдаңыз. Жоғары температуралы орталарда қол дөңгелегі температурасын төмендету үшін жылу тарату қабырғалары немесе жылуды тарату саңылаулары сияқты жылуды тарату құрылымдарын қосыңыз. Температураның өзгеруіне байланысты өлшемдері өзгеруі мүмкін бөлшектер үшін қол дөңгелегі әртүрлі температураларда басқа құрамдас бөліктермен қалыпты жұмыс істеуі үшін сәйкес бос орындарды қалдырыңыз немесе реттелетін қосылымдарды пайдаланыңыз.
● Пайдалану және техникалық қызмет көрсету бойынша ұсыныстар
Пайдалану кезінде қоршаған орта температурасының өзгеруіне мұқият назар аударыңыз және температура жағдайларына сәйкес жұмыс әдісі мен күшін орынды реттеңіз. Температура күрт өзгерген кезде, термиялық кернеуден зақымдануды болдырмау үшін-тұтқаны шамадан тыс пайдаланбаңыз. Сыртқы түрін тексеруді, майлауды күтіп ұстауды және қосылым бөліктерін қатайтуды қоса алғанда, қол дөңгелегін жүйелі түрде тексеріп, оған техникалық қызмет көрсетіңіз. Жоғары температура орталарында температураның көтерілуіне байланысты майлаудың бұзылуын болдырмау үшін майлау жиілігі мен сапасын арттырыңыз. Термиялық шаршау сызаттарының немесе басқа зақымдардың белгілерін көрсететін қол дөңгелектерін уақытында жөндеңіз немесе ауыстырыңыз.
Көміртекті болаттан жасалған басқару рубкасының әртүрлі қоршаған орта температураларында өнімділігін өзгерту материалдың әртүрлі физикалық және механикалық қасиеттерін өзгертуді қамтитын күрделі процесс. Температура көміртекті болаттың серпімділік коэффициентіне, жылу коэффициентіне, беріктігі мен қаттылығына айтарлықтай әсер етеді, сонымен қатар термиялық шаршау проблемаларын тудыруы мүмкін. Бұл өзгерістер тұтқаның жұмыс өнімділігіне, сенімділігіне және қызмет ету мерзіміне тікелей әсер етеді. Көміртекті болаттың материалды қасиеттерін терең түсіну -арқылы температураның оның механикалық қасиеттеріне әсер ету механизмі талданады және нақты қолдану жағдайларымен біріктіріліп, біз материалды негізді таңдауды, оңтайландырылған дизайнды, ғылыми пайдалану мен техникалық қызмет көрсету әдістерін қоса алғанда, тиісті жауап ұсыныстарын ұсынамыз. Болашақ өнеркәсіптік өндірісте жабдық жұмысының тұрақтылығы мен сенімділігіне қойылатын талаптарды үздіксіз жақсартумен-одан әрі өнімділік өзгерістері бойынша терең зерттеулер жүргізіледі.көміртекті болаттан басқару тұтқаларыкүрделі температуралық ортада және соған байланысты технологияларды үздіксіз жетілдіру мен жетілдірудің маңызды практикалық мәні мен қолдану мәні болады. Тек осылай ғана біз әртүрлі өнеркәсіптік жабдықтардың қауіпсіз және тиімді жұмысын жақсырақ қамтамасыз ете аламыз және өнеркәсіптік өндірістің тұрақты дамуына ықпал ете аламыз.
