მაღალი ტემპერატურის გარემოში როლიკებით ჯაჭვებისთვის მასალის შერჩევა

მაღალი ტემპერატურის გარემოში როლიკებით ჯაჭვებისთვის მასალის შერჩევა

სამრეწველო გარემოში, როგორიცაა მეტალურგიული თერმული დამუშავება, საკვების ცხობა და ნავთობქიმიური მრეწველობა,როლიკებით ჯაჭვები, როგორც ძირითადი ტრანსმისიის კომპონენტები, ხშირად უწყვეტად მუშაობენ 150°C-ზე მეტ ტემპერატურაზე. ექსტრემალურმა ტემპერატურამ შეიძლება გამოიწვიოს ჩვეულებრივი ჯაჭვების დარბილება, დაჟანგვა, კოროზია და შეზეთვის შეუძლებლობა. სამრეწველო მონაცემები აჩვენებს, რომ არასწორად შერჩეულ ლილვაკ ჯაჭვებს მაღალი ტემპერატურის პირობებში შეიძლება შეემციროთ მათი სიცოცხლის ხანგრძლივობა 50%-ზე მეტით, რაც აღჭურვილობის გათიშვამდეც კი მიგვიყვანს. ეს სტატია ფოკუსირებულია ლილვაკ ჯაჭვების მუშაობის მოთხოვნებზე მაღალი ტემპერატურის გარემოში, სისტემატურად აანალიზებს სხვადასხვა ძირითადი მასალების მახასიათებლებსა და შერჩევის ლოგიკას, რათა დაეხმაროს ინდუსტრიის პროფესიონალებს მიაღწიონ თავიანთი ტრანსმისიის სისტემების სტაბილურ განახლებებს.

I. მაღალი ტემპერატურის გარემოს ძირითადი გამოწვევები ლილვაკებიანი ჯაჭვებისთვის

მაღალი ტემპერატურის გარემოთი გამოწვეული როლიკებით ჯაჭვების დაზიანება მრავალგანზომილებიანია. ძირითადი გამოწვევები ორ ასპექტში მდგომარეობს: მასალის მახასიათებლების გაუარესება და სტრუქტურული სტაბილურობის შემცირება. ეს ასევე ტექნიკური შეფერხებებია, რომლებიც მასალის შერჩევამ უნდა გადალახოს:

- მასალის მექანიკური თვისებების დაქვეითება: ჩვეულებრივი ნახშირბადოვანი ფოლადი მნიშვნელოვნად რბილდება 300℃-ზე მაღალ ტემპერატურაზე, ხოლო დაჭიმვის სიმტკიცე მცირდება 30%-50%-ით, რაც იწვევს ჯაჭვის ფირფიტის გატეხვას, ქინძისთავების დეფორმაციას და სხვა დაზიანებებს. მეორეს მხრივ, დაბალშენადნობის ფოლადი განიცდის კიდევ უფრო აჩქარებულ ცვეთას მაღალ ტემპერატურაზე მარცვლოვანთაშორისი დაჟანგვის გამო, რაც იწვევს ჯაჭვის დაგრძელების დასაშვებ ზღვრებს გადაჭარბებას.

- გაზრდილი დაჟანგვა და კოროზია: ჟანგბადი, წყლის ორთქლი და სამრეწველო გარემო (როგორიცაა მჟავე აირები და ცხიმები) მაღალტემპერატურულ გარემოში აჩქარებს ჯაჭვის ზედაპირის კოროზიას. შედეგად წარმოქმნილმა ოქსიდის ნალექმა შეიძლება გამოიწვიოს საკინძის გაჭედვა, ხოლო კოროზიის პროდუქტები ამცირებს შეზეთვას.

- შეზეთვის სისტემის გაუმართაობა: ჩვეულებრივი მინერალური საპოხი ზეთი 120℃-ზე მაღალ ტემპერატურაზე ორთქლდება და ნახშირბადდება, კარგავს საპოხი ეფექტს. ეს იწვევს ლილვაკებსა და ქინძისთავებს შორის ხახუნის კოეფიციენტის ზრდას, რაც ცვეთის მაჩვენებელს 4-6-ჯერ ზრდის.

- თერმული გაფართოების შესაბამისობის გამოწვევა: თუ ჯაჭვის კომპონენტების (ჯაჭვის ფირფიტები, ქინძისთავები, ლილვაკები) თერმული გაფართოების კოეფიციენტები მნიშვნელოვნად განსხვავდება, ტემპერატურის ციკლის დროს შესაძლოა გადიდდეს ნაპრალი ან ჯაჭვი გაიჭედოს, რაც გავლენას მოახდენს გადაცემის სიზუსტეზე.

II. მაღალი ტემპერატურის ლილვაკებიანი ჯაჭვების ძირითადი მასალების ტიპები და მუშაობის ანალიზი

მაღალი ტემპერატურის ექსპლუატაციის პირობების განსაკუთრებული მახასიათებლების გამო, ძირითადი როლიკებით ჯაჭვის მასალები ქმნის სამ ძირითად სისტემას: უჟანგავი ფოლადი, სითბოს მდგრადი ფოლადი და ნიკელის ბაზაზე დამზადებული შენადნობები. თითოეულ მასალას აქვს საკუთარი ძლიერი მხარეები მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობის, სიმტკიცისა და კოროზიისადმი მდგრადობის თვალსაზრისით, რაც მოითხოვს ზუსტ შესაბამისობას კონკრეტული ექსპლუატაციის პირობების საფუძველზე.

1. უჟანგავი ფოლადის სერია: ეკონომიური არჩევანი საშუალო და მაღალი ტემპერატურის სამუშაო პირობებისთვის

უჟანგავი ფოლადი, თავისი შესანიშნავი დაჟანგვისა და კოროზიისადმი მდგრადობით, 400℃-ზე დაბალი საშუალო და მაღალი ტემპერატურის გარემოში გამოყენებისთვის სასურველ მასალად იქცა. მათ შორის, 304, 316 და 310S კლასის ფოლადი ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ლილვაკებიანი ჯაჭვების წარმოებაში. მახასიათებლების სხვაობა ძირითადად ქრომისა და ნიკელის შემცველობის თანაფარდობით არის განპირობებული.

უნდა აღინიშნოს, რომ უჟანგავი ფოლადის ჯაჭვები არ არის „უცდომელი“. 304 უჟანგავი ფოლადი 450℃-ზე მაღალ ტემპერატურაზე მგრძნობიარე ხდება, რაც მარცვლოვანთაშორის კოროზიას იწვევს. მიუხედავად იმისა, რომ 310S სითბოს მდგრადია, მისი ღირებულება დაახლოებით 2.5-ჯერ აღემატება 304-ის ღირებულებას, რაც მოითხოვს სიცოცხლის ხანგრძლივობის მოთხოვნების ყოვლისმომცველ განხილვას.

2. სითბოს მდგრადი ფოლადის სერია: სიმტკიცის ლიდერები ექსტრემალურ ტემპერატურაზე

როდესაც სამუშაო ტემპერატურა 800℃-ს აჭარბებს, ჩვეულებრივი უჟანგავი ფოლადის სიმტკიცე მნიშვნელოვნად მცირდება. ამ ეტაპზე, ქრომისა და ნიკელის მაღალი შემცველობის მქონე სითბოგამძლე ფოლადი ხდება ძირითადი არჩევანი. შენადნობის ელემენტების თანაფარდობის კორექტირებით, ეს მასალები მაღალ ტემპერატურაზე ქმნიან სტაბილურ ოქსიდურ ფენას, ამავდროულად ინარჩუნებენ კარგ ცოცვის სიმტკიცეს:

- 2520 სითბოგამძლე ფოლადი (Cr25Ni20Si2): როგორც ფართოდ გამოყენებული მაღალი ტემპერატურის მასალა, მისი ხანგრძლივი ექსპლუატაციის ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს 950℃-ს, რაც შესანიშნავ მუშაობას აჩვენებს კარბურიზაციის ატმოსფეროში. ზედაპირული ქრომის დიფუზიური დამუშავების შემდეგ, კოროზიისადმი მდგრადობა შეიძლება კიდევ უფრო გაუმჯობესდეს 40%-ით. იგი ფართოდ გამოიყენება მრავალფუნქციური ღუმელის ჯაჭვურ კონვეიერებსა და მექანიზმის წინასწარი დაჟანგვის ღუმელის კონვეიერულ სისტემებში. მისი დაჭიმვის სიმტკიცე ≥520MPa და წაგრძელება ≥40% ეფექტურად ეწინააღმდეგება სტრუქტურულ დეფორმაციას მაღალ ტემპერატურაზე.

- Cr20Ni14Si2 სითბოგამძლე ფოლადი: ნიკელის შემცველობა 2520-ზე ოდნავ დაბალია, რაც მას უფრო ეკონომიურ ვარიანტს სთავაზობს. მისი უწყვეტი მუშაობის ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს 850℃-ს, რაც მას შესაფერისს ხდის მაღალი ტემპერატურის მქონე, ეკონომიურად მგრძნობიარე აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა მინის წარმოება და ცეცხლგამძლე მასალების ტრანსპორტირება. მისი მთავარი მახასიათებელია თერმული გაფართოების სტაბილური კოეფიციენტი, რაც იწვევს უკეთეს თავსებადობას სპროკეტის მასალებთან და ამცირებს ტრანსმისიის დარტყმას.

3. ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობების სერია: საუკეთესო გადაწყვეტა მკაცრი სამუშაო პირობებისთვის

1000℃-ზე მეტი ტემპერატურის ექსტრემალურ პირობებში ან ძლიერ კოროზიული გარემოს არსებობისას (მაგალითად, აერონავტიკის კომპონენტების და ბირთვული მრეწველობის აღჭურვილობის თერმული დამუშავება), ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობები შეუცვლელი მასალებია მათი მაღალი მაღალტემპერატურული მახასიათებლების გამო. ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობები, რომელთა მაგალითსაც წარმოადგენს Inconel 718, შეიცავს 50%-55% ნიკელს და გამაგრებულია ისეთი ელემენტებით, როგორიცაა ნიობიუმი და მოლიბდენი, რაც ინარჩუნებს შესანიშნავ მექანიკურ თვისებებს 1200℃-ზეც კი.

ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობის ლილვაკებიანი ჯაჭვების ძირითადი უპირატესობებია: 1. ცოცვის სიმტკიცე სამჯერ მეტია, ვიდრე 310S უჟანგავი ფოლადის; 1000 საათიანი უწყვეტი მუშაობის შემდეგ 1000℃ ტემპერატურაზე, მუდმივი დეფორმაცია ≤0.5%-ია; 2. უკიდურესად ძლიერი კოროზიისადმი მდგრადობა, უძლებს ძლიერ კოროზიულ გარემოს, როგორიცაა გოგირდმჟავა და აზოტმჟავა; 3. შესანიშნავი მაღალტემპერატურული დაღლილობისადმი მდგრადობა, შესაფერისია ხშირი ტემპერატურის ციკლური პირობებისთვის. თუმცა, მათი ღირებულება 5-8-ჯერ მეტია, ვიდრე 310S უჟანგავი ფოლადის და ისინი, როგორც წესი, გამოიყენება მაღალი დონის ზუსტი ტრანსმისიის სისტემებში.

4. დამხმარე მასალები და ზედაპირული დამუშავების ტექნოლოგია

სუბსტრატის არჩევის გარდა, ზედაპირის დამუშავების ტექნოლოგია გადამწყვეტია მაღალტემპერატურულ მახასიათებლებზე ზემოქმედების გასაუმჯობესებლად. ამჟამად, ძირითადი პროცესები მოიცავს: ① ქრომის ინფილტრაცია: ჯაჭვის ზედაპირზე Cr2O3 ოქსიდის ფენის წარმოქმნა, რაც 40%-ით აუმჯობესებს კოროზიისადმი მდგრადობას, შესაფერისია მაღალი ტემპერატურის ქიმიური გარემოსთვის; ② ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობის შესხურებითი საფარი: ადვილად ცვეთადი ნაწილებისთვის, როგორიცაა ქინძისთავები და ლილვაკები, საფარის სიმტკიცე შეიძლება მიაღწიოს HRC60-ს ან მეტს, რაც 2-3-ჯერ ახანგრძლივებს მომსახურების ვადას; ③ კერამიკული საფარი: გამოიყენება 1200℃-ზე მაღალ ტემპერატურაზე, ეფექტურად იზოლირებს მაღალტემპერატურულ დაჟანგვას, შესაფერისია მეტალურგიული ინდუსტრიისთვის.

III. მასალის შერჩევის ლოგიკა და პრაქტიკული რჩევები მაღალი ტემპერატურის ლილვაკებიანი ჯაჭვებისთვის

მასალის შერჩევა არ გულისხმობს მხოლოდ „რაც უფრო მაღალია ტემპერატურისადმი წინააღმდეგობა, მით უკეთესი“ პრინციპის დაცვას, არამედ მოითხოვს ოთხმხრივი შეფასების სისტემის შექმნას „ტემპერატურა-დატვირთვა-საშუალო ღირებულება“. ქვემოთ მოცემულია პრაქტიკული რჩევები სხვადასხვა სცენარში შერჩევისთვის:

1. ძირითადი ოპერაციული პარამეტრების დაზუსტება

შერჩევამდე, ზუსტად უნდა შეგროვდეს სამი ძირითადი პარამეტრი: ① ტემპერატურის დიაპაზონი (უწყვეტი მუშაობის ტემპერატურა, პიკური ტემპერატურა და ციკლის სიხშირე); ② დატვირთვის პირობები (ნომინალური სიმძლავრე, დარტყმითი დატვირთვის კოეფიციენტი); ③ გარემო გარემო (წყლის ორთქლის, მჟავე აირების, ცხიმის და ა.შ. არსებობა). მაგალითად, კვების პროდუქტების ინდუსტრიაში, 200-300℃ მაღალი ტემპერატურის გაუძლებლობის გარდა, ჯაჭვები ასევე უნდა აკმაყოფილებდეს FDA-ს ჰიგიენურ სტანდარტებს. ამიტომ, სასურველი არჩევანია 304 ან 316 უჟანგავი ფოლადი და თავიდან უნდა იქნას აცილებული ტყვიის შემცველი საფარის გამოყენება.

2. შერჩევა ტემპერატურის დიაპაზონის მიხედვით

- საშუალო ტემპერატურის დიაპაზონი (150-400℃): სასურველი არჩევანია 304 უჟანგავი ფოლადი; მცირე კოროზიის შემთხვევაში, გადადით 316 უჟანგავ ფოლადზე. საკვები ხარისხის მაღალი ტემპერატურის ცხიმის (კვების მრეწველობისთვის შესაფერისი) ან გრაფიტის ბაზაზე დამზადებული ცხიმის (სამრეწველო გამოყენებისთვის შესაფერისი) გამოყენებამ შეიძლება ჯაჭვის სიცოცხლის ხანგრძლივობა სამჯერ გაზარდოს ჩვეულებრივ ჯაჭვებთან შედარებით.

- მაღალი ტემპერატურის დიაპაზონი (400-800℃): ძირითადი არჩევანია 310S უჟანგავი ფოლადი ან Cr20Ni14Si2 სითბოგამძლე ფოლადი. რეკომენდებულია ჯაჭვის ქრომირება და მაღალი ტემპერატურის გრაფიტის ცხიმის (ტემპერატურული წინააღმდეგობა ≥1000℃) გამოყენება, შეზეთვის განახლება ყოველ 5000 ციკლში.

- ექსტრემალურად მაღალი ტემპერატურის დიაპაზონი (800℃-ზე მეტი): ბიუჯეტის მიხედვით, აირჩიეთ 2520 სითბოს მდგრადი ფოლადი (საშუალოდან მაღალ დონემდე) ან Inconel 718 ნიკელის ბაზაზე დამზადებული შენადნობი (მაღალი დონე). ამ შემთხვევაში, შეზეთვის უკმარისობის თავიდან ასაცილებლად საჭიროა შეზეთვის გარეშე დიზაინი ან მყარი შეზეთვა (მაგალითად, მოლიბდენის დისულფიდის საფარი).

3. მასალებისა და სტრუქტურის შესაბამისობაზე გაამახვილეთ ყურადღება

მაღალ ტემპერატურაზე ჯაჭვის ყველა კომპონენტის თერმული გაფართოების თანმიმდევრულობა გადამწყვეტია. მაგალითად, 310S უჟანგავი ფოლადის ჯაჭვის ფირფიტების გამოყენებისას, ქინძისთავები უნდა იყოს დამზადებული იმავე მასალისგან ან ჰქონდეთ თერმული გაფართოების მსგავსი კოეფიციენტი, როგორც 2520 სითბოს მდგრადი ფოლადი, რათა თავიდან იქნას აცილებული ტემპერატურის ცვალებადობით გამოწვეული ანომალიური კლირენსი. ამავდროულად, მაღალ ტემპერატურაზე დეფორმაციისადმი მდგრადობის გასაუმჯობესებლად უნდა შეირჩეს მყარი ლილვაკები და გასქელებული ჯაჭვის ფირფიტების სტრუქტურები.

4. ეკონომიურობის ფორმულა შესრულებისა და ხარჯების დაბალანსებისთვის

არაექსტრემალურ ექსპლუატაციის პირობებში, არ არის საჭირო მაღალი კლასის მასალების ბრმად არჩევა. მაგალითად, მეტალურგიული ინდუსტრიის ტრადიციულ თერმული დამუშავების ღუმელებში (ტემპერატურა 500℃, ძლიერი კოროზიის არარსებობა), 310S უჟანგავი ფოლადის ჯაჭვების გამოყენების ღირებულება დაახლოებით 2520 სითბოს მდგრადი ფოლადის ღირებულების 60%-ია, მაგრამ მომსახურების ვადა მხოლოდ 20%-ით მცირდება, რაც იწვევს საერთო ეკონომიურობის ზრდას. ეკონომიურობის გამოთვლა შესაძლებელია მასალის ღირებულების სიცოცხლის ხანგრძლივობის კოეფიციენტზე გამრავლებით, დროის ერთეულზე ყველაზე დაბალი ღირებულების მქონე ვარიანტის პრიორიტეტულობით.

IV. შერჩევის შესახებ გავრცელებული მცდარი წარმოდგენები და ხშირად დასმული კითხვების პასუხები

1. მცდარი წარმოდგენა: თუ მასალა სითბოს მდგრადია, ჯაჭვი ყოველთვის შესაფერისი იქნება?

არასწორია. მასალა მხოლოდ საფუძველია. ჯაჭვის სტრუქტურული დიზაინი (მაგალითად, ნაპრალის ზომა და შეზეთვის არხები), თერმული დამუშავების პროცესი (მაგალითად, ხსნარით დამუშავება მაღალ ტემპერატურაზე სიმტკიცის გასაუმჯობესებლად) და მონტაჟის სიზუსტე - ყველაფერი ეს გავლენას ახდენს მაღალ ტემპერატურაზე მუშაობაზე. მაგალითად, 310S უჟანგავი ფოლადის ჯაჭვის მაღალ ტემპერატურაზე სიმტკიცე 30%-ით შემცირდება, თუ ის არ არის დამუშავებული ხსნარით 1030-1180℃ ტემპერატურაზე.

2. კითხვა: როგორ მოვაგვაროთ ჯაჭვის გაჭედვის პრობლემა მაღალტემპერატურულ გარემოში მასალების რეგულირებით?

ყბის ცვეთა ძირითადად გამოწვეულია ოქსიდის ქერცლის აქერცვლით ან არათანაბარი თერმული გაფართოებით. გადაწყვეტილებები: 1. თუ პრობლემა დაჟანგვაა, 304 უჟანგავი ფოლადი განაახლეთ 310S-ით ან ქრომით დაამუშავეთ; 2. თუ პრობლემა თერმული გაფართოებაა, ჯაჭვის ყველა კომპონენტის მასალები გააერთიანეთ ან აირჩიეთ ნიკელის ბაზაზე დამზადებული შენადნობის ქინძისთავები თერმული გაფართოების უფრო დაბალი კოეფიციენტით.

3. კითხვა: როგორ შეიძლება კვების მრეწველობაში მაღალი ტემპერატურის ჯაჭვებმა დაბალანსდეს მაღალი ტემპერატურისადმი წინააღმდეგობა და ჰიგიენის მოთხოვნები?

უპირატესობა მიანიჭეთ 304 ან 316L უჟანგავ ფოლადს, მოერიდეთ მძიმე მეტალების შემცველ საფარებს; გამოიყენეთ ღარების გარეშე დიზაინი მარტივი გაწმენდისთვის; გამოიყენეთ FDA-ს მიერ სერტიფიცირებული საკვები ხარისხის მაღალი ტემპერატურის საპოხი ზეთი ან თვითშეზეთვადი სტრუქტურა (მაგალითად, PTFE საპოხი მასალის შემცველი ჯაჭვები).

V. შეჯამება: მასალის შერჩევიდან სისტემის საიმედოობამდე

მაღალი ტემპერატურის გარემოსთვის განკუთვნილი ლილვაკებიანი ჯაჭვის მასალების შერჩევა არსებითად გულისხმობს ექსტრემალურ საოპერაციო პირობებსა და სამრეწველო ხარჯებს შორის ოპტიმალური გადაწყვეტის პოვნას. 304 უჟანგავი ფოლადის ეკონომიკური პრაქტიკულობიდან დაწყებული, 310S უჟანგავი ფოლადის მუშაობის ბალანსით და შემდეგ ნიკელზე დაფუძნებული შენადნობების საბოლოო გარღვევით დამთავრებული, თითოეული მასალა შეესაბამება სპეციფიკურ საოპერაციო პირობების მოთხოვნებს. მომავალში, მასალების ტექნოლოგიის განვითარებასთან ერთად, ტენდენციად იქცევა ახალი შენადნობის მასალები, რომლებიც აერთიანებს მაღალტემპერატურულ სიმტკიცეს და დაბალ ფასს. თუმცა, ამჟამინდელ ეტაპზე, საოპერაციო პარამეტრების ზუსტი შეგროვება და სამეცნიერო შეფასების სისტემის შექმნა სტაბილური და საიმედო გადამცემი სისტემების მიღწევის ძირითადი წინაპირობაა.