Próbatest és eljárás fejlesztése hűtőközegek minősítésére

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Próbatest és eljárás fejlesztése hűtőközegek minősítésére"

Miklós Dudás
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Próbatest és eljárás fejlesztése hűtőközegek minősítésére Mucsi András*, Kerekes Gábor**, Felde Imre*, Povorai Gábor* 1. Speciális próbatest fejlesztése és a mérések menete A hűtőközegek minősítésére egy új típusú próbatest került kifejlesztésre. A próbatest egy 20 mm átmérőjű, 225 mm hosszú hengeres darab, melyben nyolc termoelem elhelyezésére került sor. A termoelemeket a próbatest közepében elhelyezett, 6.5 mm átmérőjű furaton keresztül vezettem ki, a próbatesten kívül pedig egy 8 mm átmérőjű cső vezette őket a csatlakozási pontokhoz. A termoelemek vége a hengerpalásttól 1 mm távolságra helyezkedik el. A próbatest az 1. ábrán látható. 1.ábra. A próbatest felépítése és a mérőpontok helye. A próbatest legyártása a következő lépésekben történt: 1. A belső, 6.5 mm-es mélyfurat elkészítése a tömör hengeres előgyártmányban. 2. A rúd felnyitása marással, 3 mm szélességben, az 1 8 termoelemeknek megfelelő hosszon. 3. Az 1.5 mm átmérőjű furatok elhelyezése. 4. A termoelemek előkészítése, az elektromos csatlakozási pont rögzítése a termoelem kivezető csövön, majd a termolemek átfűzése az kivezető csövön. 5. A termoelemek befűzése a próbatestbe, rögzítésük az 1.5 mm-es furatokban. 6. A 3 mm szélességű szerelőnyílás behegesztése. 7. A hegesztés eldolgozása, lereszelése, csiszolása, polírozása. 8. A mérővezetékek bekötése. A próbatestben elhelyezett termoelemek jelét egy DataQ DI220 típusú, 12 bites, 30 mv méréshatárú A/D konverter és a hozzá tartozó szoftver rögzítette. A mintavételi időköz 0.03 másodperc volt, minden egyes csatornánál. A mérésekhez liter térfogatú víz szolgált hűtőközegként. A víz egy hengeres edényben került elhelyezésre. A hűtőközeg (egy 15 C-os eset kivételével) előmelegített állapotban került vizsgálatra, így 15, 29, 44, 57 és 70 C-os kiinduló vízhőmérséklet mellett lettek mérések végrehajtva. A próbatest kiinduló hőmérséklete minden esetben 880 C volt. A próbatest felfűtésére egy 400x400x400 mm kemencetérrel rendelkező, ellenállásfűtésű kemence szolgált. A próbatestek kemencébe való helyezésétől a kivételig eltelt idő 20 perc volt. 2. Mérési eredmények C-os kezdeti hőmérséklet. Az első mérés során a kiinduló vízhőmérséklet 15 C volt. A mérőpontok hőmérsékletének időbeli alakulása, a próbatest hűtőközegbe való helyezés után a 2. ábrán látható. *Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar. **Miskolci Egyetem, Műszaki Anyagtudományi Kar

2 2. ábra. A mérőpontok hőmérsékletei (15 Cos kezdeti hőmérséklet). 4. ábra. A mérőpontok hőmérsékletei (29 Hasznos információt nyújtanak az egyes mérőpontok lehűlési sebességei. A következő ábrán (3.) a mérőpontok hűlési sebességei és azok pillanatnyi hőmérsékletei közötti összefüggés látható. 5. ábra. A mérőpontok hűlési sebességei ( C-os kezdeti hőmérséklet 3.ábra. A mérőpontok hűlési sebessége (15 C-os kezdeti hőm.) C-os kezdeti hőmérséklet. A 29 C-os kiinduló vízhőmérséklettel mért lehűlési sebességek láthatóan kisebbek, mint 15 C-os vízhőfok esetén. A maximális hűlési sebességhez tartozó hőmérséklet ugyanakkor kismértékben lefelé tolódik. Gőzpárna képződés sem a 15, sem a 29 C-os kiindulási hőmérséklet esetében nem vettünk észre. A 29 C-os kezdeti hőmérsékletű vízben hűtött mérőpontok hőmérsékletei a 4. ábrán, lehűlési sebességei pedig a 5. ábrán A 44 C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén már észrevehetünk gőzpárna képződést a C-os tartományban. Ez az 1-es mérőpont kivételével mindegyik mérőponton észrevehető, és a lehűlési sebességeken is markánsan megjelenik. A 44 C-os kezdeti hőmérsékletű vízben hűtött mérőpontok hőmérsékletei az 6. ábrán láthatók. 6. ábra. A mérőpontok hőmérsékletei (44

3 7. ábra. A mérőpontok hűlési sebességei ( C-os kezdeti hőmérséklet Az 57 C-os lehűlési sebesség estén a legintenzívebb gőzpárna képződés a 6-os, 7-es, 8-as mérőpontok helyén észlelhetők. Megfigyelhető ugyanakkor, hogy mind a 3- as, mind az 5-ös mérőpont esetén észlelhető a gézpárna képződés, ugyanakkor a köztük elhelyezkedő 4-es mérőpontban az 1-es mérőponthoz hasonlóan nagy hűlési sebességek voltak mérhetők. Az 57 C-os kezdeti hőmérsékletű vízben hűtött próbatest mérőpontjainak hőmérsékletei a 8. ábrán, hűlési sebességei pedig a 9. ábrán 9.ábra. A mérőpontok hűlési sebességei (57 C kezd.hőm.) C-os kezdeti hőmérséklet A 70 C-os kiinduló vízhőmérséklet esetén igen látványos gőzpárna képződés észlelhető. A gőzpárna eltűnése alulról kezdődik, rendre az (4,5 egyszerre) 6 mérőpontok kerülnek át a gőzfázisú nedvesítés állapotából a víz erélyesebb hűtésének állapotában. Ezután a 8. mérőpont, majd utolsóként a 7. mérőpont kerül a vízzel való érintkezés állapotába. Ennek oka az, hogy fentről, a 8. mérőpont környezetéből is elindul egy nedvesítési front. Ez a videón és a képsorozaton is látszik. A hűtőközegbe való behelyezés kb. 20 s-nál történt. A 70 C-os kezdeti hőmérsékletű vízben hűtöt próbatest mérőpontjainak hőmérsékletei a 10. ábrán, hűlési sebességei pedig a 11. ábrán 8.ábra. A mérőpontok hőmérsékletei (57 C kezd.hőm.). 10.ábra. A mérőpontok hőmérsékletei (70

4 11.ábra. A mérőpontok hűlési sebességei (70 A 70 C-os kezdeti hőmérsékletű vízben hűtött próbatestről sorozatfelvétel is készült (12. ábra). Az ábrán a vizsgálat közben tapasztalt gőzpárnaképződés könnyen látható. A 13. ábra a hűtőközeg kiinduló hőmérsékletének függvényében mutatja a lehűlési sebességek maximális értékét az egyes mérőpontokra vonatkoztatva. A 15 C-os hűtőközeg esetén elért átlagos C/s-os lehűlési sebesség 70 C-os hűtőközeg alkalmazásakor C/s-ra csökken. A 14. ábra a maximális lehűlési sebességhez tartozó hőmérsékletet mutatja a hűtőközeg kiinduló hőmérsékletének függvényében, minden egyes mérőpontra vonatkoztatva. 12. ábra. A 70 C-os vízben hűtött próbatestről készült sorozatfelvétel. 3. A lehűlés sebességek elemzése A lehűlési sebességek és a maximális lehűlési sebességhez tartozó hőmérsékletek elemzése az egyes mérőpontokra és kiinduló vízhőmérsékletekre vonatkoztatva igen érdekes lehet. Továbbiakban ez kerül elemzésre. A 13. ábra a hűtőközeg kiinduló hőmérsékletének függvényében mutatja a lehűlési sebességek maximális értékét az egyes mérőpontokra vonatkoztatva: 14.ábra. A mérőpontok maximális hűlési sebességéhez tartozó hőmérsékletek és a hűtőközeg kezdeti hőmérsékletei közötti összefüggés. A mérési eredmények szerint a hűtőközeg hőmérsékletének emelése nem csak a maximális lehűlési sebességet, hanem az ahhoz tartozó hőmérsékletet is csökkenti. Észrevehető az is, hogy a hűtőközeg

5 hőmérsékletének növelésével az egyes mérőpontok maximális hűlési sebességéhez tartozó hőmérséklet egyre szélesebb intervallumot ölel fel. A 15. ábra az egyes mérőpontokra vonatkozó maximális lehűlési sebességet és az ahhoz tartozó hőmérséklet közti összefüggést ábrázolja. mérési adatokból meghatároztuk a hűtőközeg kezdeti hőmérséklete és a maximális hűlési sebesség, a hűtőközeg kezdeti hőmérséklete és a maximális hűlési sebességhez tartozó hőmérséklet közötti összefüggéseket. 5. Köszönetnyilvánítás A cikkben/előadásban/tanulmányban ismertetett kutató munka a TÁMOP B-10/2/KONV projekt eredményeire alapozva a TÁMOP /A-11/1-KONV jelű projekt részeként az Új Széchenyi Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. 15.ábra. A mérőpontok maximális hűlési sebességeihez és az azokhoz tartozó hőmérséklet-értékek közötti összefüggés. A 15. ábrán látható, hogy a maximális lehűlési sebesség és az ahhoz tartozó hőmérséklet között összefüggés van, a mért adatok egy sávban helyezkednek el. Minél kisebb a hűtőközeg erélyessége, azaz a hűlési sebesség, annál kisebb hőmérsékleten jelentkezik a lehűlési sebességnek a maximuma. 4. Összefoglalás A cikk egy olyan különleges próbatest felépítését és elkészítésének módját mutatja be, mellyel hatékonyan végezhető különböző hűtőközegek kvalitatív és kvantitatív tulajdonságai. A próbatest és a hozzá csatlakoztatott adatrögzítő rendszer képes a próbatestben elhelyezkedő mérőpontok hőmérséklet-idő függvényeit regisztrálni, melyből a mérőpontok hűlési sebesség-idő függvényei is meghatározhatók. A felvett függvényeken az esetlegesen lejátszódó gőzpárnaképződés jól érzékelhető. A 5. IRODALOM 1. J. Oghenevweta; R. Mohammed; V.S.Aigbodion;F.Asuke: The Viability of Water/AluminoSilicate Solution as Quenchant for Medium Carbon Steels The Pacific Journal of Science and Technology Volume 14 Number 1. May 2013; S.W.Dean; Lauralice C.F. Canale; Xinmin Luo; Xin Yao; G.E.Totten: Quenchant Characterization by Cooling Curve Analysis, Journal of ASTM International 01/2009; 6(2). 3. I. Felde; I. Czinege; T. Réti; V.B; M Réger: Quenchant Characterization by Using Quality Functions [Hűtőközegek hűtőképességének jellemzése inverzpredikciós eljárás alapján], XXII. Hőkezelő és anyagtudomány a gépgyártásban országos konferencia és szakkiállítás. 2006; L.V.Petrash: Some physical phenomena during quenching. Metal Science and Heat Treatment 01/1973;

Hasonló dokumentumok

2. kutatási jelentés. Kidolgozta: Készült: a TÁMOP A-11/1/KONV a Járműipari anyagfejlesztések projekt keretében.

2. kutatási jelentés. Kidolgozta: Készült: a TÁMOP A-11/1/KONV a Járműipari anyagfejlesztések projekt keretében. MISKOLCI EGYETEM MECHANIKAI TECHNOLÓGIAI TANSZÉK Járműiparban használatos hűtőközegek hűtési teljesítményének meghatározását és a hűtési eljárás optimalizálását megalapozó mérési és számítógépes szimulációs