Генбач Александр Алексеевич — д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры «Теплоэнергетика»
г. Алматы
Aleksandr A. Genbach
Almaty
Бондарцев Давид Юрьевич — доктор философии (PhD), профессор-преподаватель кафедры «Теплоэнергетика»
г. Алматы, Тел.: +7-747-231-29-91
David Yu. Bondartsev
Almaty
Цель. Исследование процессов теплообмена в капиллярно-пористых природных покрытиях, создаваемых термическим напылением порошков при их нанесении термоинструментом. В качестве природных материалов выбраны горные породы кварциты, граниты, тешениты, туф и мрамор. Создан термоинструмент со спиновой детонационной струей и разработана технология получения порошков новым способом.
Методы. Термоинструмент за счет автоматического устройства позволяет управлять режимом создания покрытий, изменяя мощность горелки и длину факела. Разработана вытеснительная схема питания инструментом и методика проведения экспериментом. Порошки готовились в специальных формах из системы сопряженных эллиптических поверхностей и различным эксцентриситетом. Технология увеличивает выход порошка класса (0÷2)×10-3 м и повышает степень упрочнения порошка. Горючее дожигалось на покрытии с коэффициентом избытка окислителя 0.6÷0.8, до шести раз возрастали удельные нагрузки и составляли (2÷15)×106 Вт/м2. Вязкие породы подвергались оплавлению.
Результаты. Поперечная скорость участка воспламенения спинового детонационного факела близка к скорости детонации и вдвое превышала скорость звука в струе. Предельная область тепловых нагрузок для покрытий при поддержании перегрева (20÷75) К превосходила кипение в тонких пленках, в большом объёме и тепловых трубах. Исследования с помощью голографической интерферометрии показало, что точкой отсчета является остаточная деформация, определяемая сетью мелких трещин, которые не исчезают при снятии тепловой нагрузки.
Заключение. Обнаружена нелинейная кривая перемещения частиц, а детонационное напыление снижает разрушение частиц порошка по границам раздела нерасплавленных частиц. Природный материал обеспечивает высокую эрозионную стойкость покрытия. Совместные методики исследования с помощью голографии, скоростной киносъёмки и аналитического решения позволяют уточнять механизм создания покрытия и получать расчетные значения тепловых потоков и напряжений.
Relevance. Study of heat exchange processes in capillary-porous natural coatings created by thermal spraying of powders during their application with a thermal tool. Quartzite, granite, teshenite, tuff and marble rocks are chosen as natural materials. A thermal tool with spin detonation jet was created and the technology of powder production by a new method was developed.
Methods. The thermo-tool due to the automatic device allows controlling the mode of coating creation by changing the burner power and torch length. The displacement scheme of tool feeding and the methodology of experimentation were developed. Powders were prepared in special molds from the system of conjugate elliptical surfaces and different eccentricity. The technology increases the powder yield of (0÷2)×10-3 m class and increases the degree of powder hardening. The combustor was afterburning on the coating with oxidizer excess coefficient 0.6 ÷ 0.8, specific loads increased up to six times and amounted to (2÷15)×106 W/m2. The ductile rocks were subjected to melting.
Results. The transverse velocity of the ignition section of the spin detonation plume was close to the detonation velocity and twice the speed of sound in the jet. The thermal stress limit region for the coatings while maintaining superheat of (20÷75) K was superior to boiling in thin films, large volume, and heat pipes. Studies by holographic interferometry showed that the point of reference is the residual deformation defined by a network of small cracks that do not disappear when the thermal load is removed.
Conclusion. A nonlinear particle displacement curve was found, and detonation spraying reduces powder particle fracture along the interfaces of unmelted particles. The natural material provides high erosion resistance of the coating. The joint methods of investigation by means of holography, highspeed filming and analytical solution allow to specify the mechanism of coating creation and to obtain calculated values of heat fluxes and stresses.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.