ВПЛИВ ГЕОМЕТРИЧНИХ ТА РЕЖИМНИХ ПАРАМЕТРІВ НА ЕФЕКТИВНІСТЬ РОБОЧОГО СОПЛА ПНЕВМОАБРАЗИВНОЇ ЕЖЕКТОРНОЇ УСТАНОВКИ

Вадим Миколайович Бага

doi:10.32782/msnau.2024.2.1

Вадим Миколайович Бага https://orcid.org/0000-0003-0258-695X

DOI: https://doi.org/10.32782/msnau.2024.2.1

Ключові слова: пневмоабразивна ежекторна установка, робоче сопло, сопло Вентурі, геометричні параметри, режимні параметри, контактні напруження, оброблювана поверхня, поверхневий шар, знос, зносостійкість

Анотація

Пневмоабразивна установка набула широкого поширення в ряді технологічних операцій з обробки поверхонь матеріалу будь-яких форм та забруднень. Метод абразиво-струминної обробки використовується дуже давно в силу своєї простоти та ефективності. Для роботи пневмоабразивної установки необхідне стиснене повітря у великій кількості. Такі установки використовують в якості джерела стисненого повітря компресори з витратою 0,35-5,25 м3/хв, робота яких потребує споживання електроенергії порядка 25-40 кВт. Основним елементом пневмоабразивної установки, що впливає на ефективність її роботи та кількість споживання електроенергії є робоче сопло. Таким чином розроблення більш ефективної конструкції робочого сопла у порівнянні з існуючими аналогами призведе до скорочення споживання дорогого повітря та часу обробки матеріалу. За допомогою чисельного дослідження з використанням комплексу ANSYS CFX 9 R1 встановили, що зі збільшенням масової витрати піску масова витрата повітря зменшується, що зумовлено пропускною здатністю самого сопла. Виявлено, що під час зменшення швидкості газу після стрибка тиску швидкість піщинок не зменшується, але і майже не зростає. Також встановили, що з ростом значення тиску перед соплом зростає значення швидкості піщинок на виході з сопла. Зі зменшенням діаметра піщинок зростає значення їх швидкості при однаковому тиску та витраті піску. Досліджено вплив довжини дифузорної частини сопла на значення швидкості частинок дисперсної фази. Встановлено, що зі збільшенням дифузорної довжини сопла збільшується значення швидкості піщинок майже в тричі у порівняння з промисловим соплом, що спричиняє збільшення контактних напружень на оброблювальній поверхні від удару піску. Чим більше значення контактних напружень тим сопло ефективніше. Експериментально підтверджена доцільність збільшення довжини дифузорної частини сопла Вентурі у порівнянні з промисловим соплом UDC32-450. Так, час обробки квадратного метру матеріалу з довжиною дифузорної частини сопла l=300 мм знизився в 4 рази.

Посилання

1. Aronson, K.E.; Ryabchikov, A.Y.; Zhelonkin, N.V.; Brezgin, D.V.; Demidov, A.L.; Balakin, D.Y. (2023). Features of the development and operation of multistage steam jet ejectors. Thermal Engineering , Article. 70(4), 245–253. DOI:10.1134/S0040601523040018
2. Baha V., Pavlenko I., Židek K., Ciszak O. (2024). Ensuring the Abrasive Jet Machining Efficiency Using a Nozzle with a Perforated Insert. Machines 2024. Article. Basel: Switzerland. 12(5), 347. https://doi.org/10.3390/ machines 12050347.
3. Baha, V.; Mižáková, J.; Pavlenko, I. (2023). An Increase in the Energy Efficiency of Abrasive Jet Equipment Based on the Rational Choice of Nozzle Geometry. Energies , by the authors. Licensee MDPI, Article. Basel, Switzerland. 16, 6196. https://doi.org/ 10.3390/en16176196. © This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (https://creativecommons.org/licenses/by/ 4.0/).
4. Bañon, F.; Sambruno, A.; Batista, M.; Simonet, B.; Salguero, J. Surface. (2020). Quality and free energy evaluation of S275 steel by shot blasting, abrasive water jet texturing and laser surface texturing. Metals, 10(2), 290. DOI: 10.3390/met10020290
5. Bondarenko, G.; Baga, V.; Bashlak, I. (2014). Flow simulation in a labyrinth seal. Applied Mechanics and Materials 630, 234–239. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.630.234
6. Bondarenko, G.; Vanyeyev, S.; Baga, V.; Rodymchenko, T.; Bashlak, I. (2019). Increase of Efficiency of Turbine Setting Based on Study of Internal Flows. In: Ivanov, V., et al. Advances in Design, Simulation and Manufacturing. DSMIE 2018. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, pp. 237–246. DOI: 10.1007/978-3-319-93587-4_25
7. Fesenko, A.; Yevsiukova, F.; Basova, Y.; Ivanova, M.; Ivanov, V. (2018). Prospects of using hydrodynamic cavitation for enhancement of efficiency of fluid working medium preparation technologies. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering 62(4), 269–276. DOI: 10.3311/PPme.11877
8. Han, X.; Xiao, J.; Yu, F.; Zhao, W. (2022). Relationships and mechanisms of sand grain promotion on nozzle cavitation flow evolution. A numerical simulation investigation. Journal of Thermal Science 31(6), 2385–2410. DOI: 10.1007/s11630-022-1568-y
9. Hao, X.; Yan, J.; Gao, N.; Volovyk, O.; Zhou, Y.; Chen, G. (2023). Experimental investigation of an improved ejector with optimal flow profile. Case Studies in Thermal Engineering 47, 103089. DOI: 10.1016/j.csite.2023.103089
10. Jianxin, D. (2005). Erosion wear of boron carbide ceramic nozzles by abrasive air-jets. Materials Science and Engineering: A, 408(1–2), 227–233. DOI: 10.1016/j.msea.2005.07.029
11. Jianxin, D.; Sun, J. (2008). Sand erosion performance of B 4 C based ceramic nozzles. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 26(3), 128–134. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2007.06.001
12. Kartal, V.; Emiroglu, M.E. (2023). Effect of nozzle type on local scour in water jets: An experimental study. Ocean Engineering, 277, 114323. DOI: 10.1016/j.oceaneng.2023.114323
13. Kondus, V., Pavlenko, I., Kulikov, O., & Liaposhchenko, O. (2023). Development of a High-Rotational Submersible Pump for Water Supply. Water: Article. Basel: Switzerland. 15(20), 3609. https://doi.org/10.3390/w15203609.
14. Korohodskyi V., Kryshtopa S., Migal V., Rogovyi A., Polivyanchuk A., Slyn’ko G., Manoylo V., Vasylenko O., Osetrov O. (2020). Determining the characteristics for the rational adjusting of an fuel-air mixture composition in a two-stroke engine with internal mixture formation. Article. P. 104.
15. Kosheleva, O.; Kreinovich, V. (1999). Error estimation for indirect measurements: interval computation problem is (slightly) harder than a similar probabilistic computational problem. Reliable Computing 5, 81–95. DOI: 10.1023/A:1026497709529
16. Kulikov, O., Ratushnyi, О., Moloshnyi, O., Ivchenko, O., & Pavlenko, I. (2022). Impact of the Closed, Semi-Opened, and Combined Contra-Rotating Stages on Volume Loss Characteristics. Journal of Engineering Sciences. Article. Sumy: Ukraine. 9(1), D6–D13. https://doi.org/10.21272/jes.2022.9(1).d2
17. Kwon, D.-K.; Lee, J.-H. (2022). Performance improvement of micro-abrasive jet blasting process for al 6061. Processes, 10(11), 2247. DOI: 10.3390/pr10112247
18. Li, A.; Chen, J.; Xi, G.; Huang, Z.(2023) Numerical investigation of the effect of primary nozzle geometries on flow structure and ejector performance for optimal design. Journal of Mechanical Science and Technology, Article. 37(5), 2139–2148. DOI:10.1007/s12206-023-2101-2
19. Lishchenko, N., Vanyeyev, S., Mižáková, J., Rodymchenko, T., Pitel’, J. J. (2022). Numerical Simulation of Gas Flow Passing through Slots of Various Shapes in Labyrinth Seals. Article. Basel: Energies (in Switzerland). 15 (9), 2971 DOI:10.3390/en15092971
20. Pavlenko, I., Ciszak, O., Kondus, V., Ratushnyi, O., Ivchenko, O., Kolisnichenko, E., Kulikov, O., & Ivanov, V. (2023). An Increase in the Energy Efficiency of a New Design of Pumps for Nuclear Power Plants. Energies. Article. Basel: Switzerland. 16(6), 2929. https://doi.org/10.3390/en16062929
21. Povstyanoi, O.Y.; Sychuk, V.A.; McMillan, A.; Rud’, V.D.; Zabolotnyi, O.V. (2015). Metallographic analysis and microstructural image processing of sandblasting nozzles produced by powder metallurgy methods. Powder Metallurgy and Metal Ceramics 54(3-4), 234–240. DOI: 10.1007/s11106-015-9705-8
22. Rogovyi A., Khovanskyy S., Grechka I., Pitel J..(2020). The wall erosion in a vortex chamber supercharger due to pumping abrasive mediums. Advances in Design, Simulation and Manufacturing II: Article. Proceedings of the 2nd International Conference on Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange, DSMIE-2019Lutsk, Ukraine. 682-691.
23. Rogovyi, S Khovanskyi, I Hrechka, A Gaydamaka. (2020) Studies of the swirling submerged flow through a confuser. A. Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange, Article. p. 85-94.
24. Somov, D.; Zabolotnyi, O.; Polinkevich, R.; Valetskyi, B.; Sychuk, V. (2020). Experimental Vibrating Complex for the Research of Pressing Processes of Powder Materials. In: Ivanov, V., et al. Advances in Design, Simulation and Manufacturing II. DSMIE Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham, pp. 321–329. DOI: 10.1007/978-3-030-22365-6_32
25. Sychuk, V.; Zabolotnyi, O.; McMillan, A. (2015). Developing new design and investigating porous nozzles for abrasive jet machine. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 53(9-10), 600–605. DOI: 10.1007/s11106-015-9655-1
26. Sychuk, V.; Zabolotnyi, O.; Somov, D. (2018) Technology of Effective Abrasive Jet Machining of Parts Surfaces. In: Ivanov, V., et al. Advances in Design, Simulation and Manufacturing. DSMIE. Lecture Notes in Mechanical Engineering 2019. Springer, Cham, pp. 166–176. DOI: 10.1007/978-3-319-93587-4_18.
27. Vanyeyev S.М., Bondarenko G. A., Baha V., Bashlak I. A., Rodymchenko T. S. (2018) Influence of Gas Physical Properties on Labyrinth Seals Throttling Characteristics. Problems of the regional energetics. Article. Chişinău, Institutul de Energetica: Moldova. 3 (38), 83-92.
28. Xi, X.; Xin, Y.; Duan, D.; Zhang, B. (2023). Experimental investigation on the performance of a novel resonance-assisted ejector under low pressurization. Energy Conversion and Management 280, 116778. DOI: 10.1016/j.enconman.2023.116778
29. Zabolotnyi, O.; Povstyanoy, O.; Somov, D.; Sychuk, V.; Svirzhevskyi, K. (2019). Technology of Obtaining Long-Length Powder Permeable Materials with Uniform Density Distributions. In: Beltran Jr., A., Lontoc, Z., Conde, B., Serfa Juan, R., Dizon, J., Springer, Cham.
30. Zabolotnyi, O.; Sychuk, V.; Somov, D. (2019). Obtaining of Porous Powder Materials by Radial Pressing Method. In: Ivanov, V., et al. Advances in Design, Simulation and Manufacturing. DSMIE. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer.