Методы устранения литейных дефектов тепловодосчетчиков композиционными материалами (стр. 1 )

УДК 69.059

МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ДЕФЕКТОВ ТЕПЛОВОДОСЧЕТЧИКОВ
КОМПОЗИЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

Тулинов Андрей Борисович, доктор технических наук,
профессор кафедры общетехнических и естественно-научных дисциплин, *****@***ru,

Шубенков Александр Владимирович, ст. преподаватель
кафедры информационных систем и технологий, *****@***ru,

ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»,
г. Москва

METHODS FOR ELIMINATION HEAT AND WATER METER CASTING DEFECTS
WITH COMPOSITE MATERIALS

Tulinov A. B., Shubenkov A. V.

В статье рассмотрены методы устранения литейных дефектов тепловодосчетчиков с использованием композиционных полимерных материалов (КПМ), а именно: металлополимерных композитов и анаэробных материалов.

Полученные результаты показали, что отбракованные корпусные детали, прошедшие восстановление металлополимерными композитами и анаэробными материалами, выдержали испытание на герметичность и могут быть рекомендованы к эксплуатации в тепло - и водопроводных сетях.

Ключевые слова: тепловодосчетчики, металлополимерные композиты, анаэробные материалы.

The article considers methods for elimination heat and water meter casting defects with composite polymeric materials (CPM) namely with metal-polymer composites and anaerobic materials. The achieved results showed that discarded nonrotational parts that have been restored using metal-polymer composites and anaerobic materials passed the test for leaktightness and can be recommended to operate in heat and water supply networks.

Key words: heat and water meters, metal-polymer composites, anaerobic materials.

Основными объектами инженерной инфраструктуры жилищно-коммунального хозяйства являются энергетический и водохозяйственный комплексы, решающие вопросы обеспечения энергетическими и водными ресурсами предприятий отраслевой, местной промышленности и коммунального хозяйства; зданий общественного и индивидуального пользования.

Оборудование, трубопроводы, арматура, насосы, фильтры, приборы учета и т. д. – это совокупность элементов, образующих целостное единство технических систем тепло-и водопроводных сетей.

В условиях реорганизации и реформирования жилищно-коммунального хозяйства большое значение имеют проблемы поддержки на высоком уровне работоспособности технических систем и применения ресурсосберегающих технологий предоставления услуг потребителю, что невозможно без более широкого использования в технических системах тепло - и водоснабжения приборов учета тепла и воды.

В связи с увеличением объемов промышленного и гражданского строительства, постоянным ростом тарифов на тепловую энергию и воду потребность в приборах учёта воды для индивидуального жилья на данный момент исчисляется сотнями тысяч, приборами для учета воды на промышленных предприятиях десятками тысяч.

Основный элемент данных приборов – проточная часть, являющаяся элементом корпуса, изготовленного из металла методом литья.

Корпуса приборов (Dy 50-250 мм) выполнены из серого чугуна и представляют собой цилиндрические отливки с фланцами по ГОСТ для присоединения к трубопроводу и горловинной для размещения измерительного блока (измерительной вставки). Корпуса приборов (Dy 15-40 мм) выполнены в виде цилиндрической отливки из латуни, которая на обоих концах имеет трубную резьбу для присоединения к трубопроводу и горловину для установки счетного механизма.

В процессе эксплуатации в корпусах приборов учёта тепла и воды проявляются определенного вида дефекты, из-за которых дальнейшее их использование становится невозможным. Причины выхода из строя систем водоснабжения и теплоснабжения многообразны.

Анализ дефектов, возникающих на трубопроводах и в оборудовании технических систем тепло - и водопроводных сетей, показывает, что одной из причин являются литейные дефекты отливок. Более половины всех деталей (рабочие колеса насосов, корпуса и т. д.) в машинах, приборах и оборудовании технических систем изготавливаются литьем, и по некоторым позициям номенклатуры брак доходит до 25–30%.

Опыт эксплуатации технических систем тепло - и водоснабжения позволяет выделить дефекты, наиболее часто встречающиеся в литейных деталях. Это дефекты, которые по внешним признакам объединены в группу «Несплошности в теле отливки» – трещины, раковины, пористость и рыхлоты [1].

Увеличение срока службы технологического оборудования, деталей, приборов учета тепла и воды являются следствием все более широкого применения в производственном цикле современных ресурсосберегающих ремонтных технологий.

Традиционные методы устранения дефектов технических систем являются не всегда эффективными, не позволяют провести ремонтные работы оперативно, требуют значительных материальных и трудовых ресурсов [2].

Поэтому вызывают определенный интерес возможности устранения литейных и эксплуатационных дефектов корпусных деталей приборов учета тепла и воды прогрессивными технологиями с использованием композиционных полимерных материалов (КПМ), а именно: металлополимерных композитов и анаэробных материалов (клеи и герметики) [2,3,4].

Анализ дефектов корпусных деталей в технических системах тепло - и водоснабжения позволил классифицировать их по следующим признакам, характеризующим скрытые, проявившиеся литейные дефекты и приобретенные в процессе эксплуатации, которые дают возможность установить истинную причину неработоспособности деталей и разработать методику по их эффективному восстановлению (рисунок 1).

Рисунок 1 – Классификация дефектов корпусных деталей

Порядка 3% дефектов оценены как существенные, не подлежащие устранению. На долю приобретенных дефектов приходятся 65% от их общего числа.

В результате анализа дефектов корпусных деталей предложены варианты методов их устранения с применением композиционных полимерных материалов, которые представлены в таблице 1, где знаком «+» обозначена рекомендация к применению, знаком «-» – не рекомендовано.

Таблица 1 – Варианты методы устранения дефектов корпусных деталей

Дефекты КПМ	Литейные	Эксплутационные
Микротрещины	Раковины	Пористость	Рыхлота	Трещины	Пробоины	Свищи	Сколы	Выбоины	Отломы
Композиционные материалы	-	+	-	-	+	+	+	+	+	+
Анаэробные материалы	+	+	+	+	-	-	-	-	-	-

В настоящее время на российском рынке представлены композиционные материалы как известных зарубежных фирм, так и отечественных производителей.

Из зарубежных фирм, выпускающих КПМ, наиболее предпочтительной является польская компания «Честер Молекуляр». Предлагаемая продукция отличается стабильным качеством и по своим характеристикам не уступает материалам, поставляемым на отечественный рынок известными фирмами «Бельзона» (США), «Дурметал» (Швейцария), «Диамант» (Германия), «Локтайт» (США) и др., но значительно дешевле, т. е. по соотношению «цена/качество» является наиболее привлекательной.

Фирма «Честер Молекуляр» предлагает группы композиционных материалов различных по своим характеристикам и возможностями применения.

Среди отечественных КПМ наилучшими характеристиками обладают материалы «Лео» и «Полимет». Их применение позволяет осуществлять быстрое устранение разнообразных дефектов – трещин, пробоин, раковин, сколов – в деталях из цветных и черных металлов без нагрева восстанавливаемых поверхностей.

По технологиям, разработанным специалистами РГУТиС, с применением композиционных полимерных и анаэробных материалов были устранены литейные и эксплуатационные дефекты корпусов тепловодосчётчиков [5].

На предприятии теплосети» в соответствии с программой совместных научно-исследовательских работ были проведены на поверочных установках гидравлические испытания корпусных деталей на герметичность [6].

Гидравлические испытания восстановленных корпусных деталей на герметичность проводились на поверочной установке УПВ (рисунок 2). Универсальная установка предназначена для настройки, градуировки, поверки и испытаний тепловодосчётчиков и расходомеров горячей и холодной воды всех типов при их проектировании, изготовлении, ремонте и эксплуатации. В качестве измерительных устройств используются высокоточные электромагнитные расходомеры (государственный реестр ).

Рисунок 2 – Структурная схема поверочной установки УПВ:

1,7 – манометры; 2 – эталонный счетчик-расходомер; 3,9 – шаровые краны;
4,6 – зажимные устройства; 5 – корпуса счетчиков;
8 – ресивер (служит для циркуляции воды в системе);
10 – коммутация гидросистемы; 11 – монтажный стол;
12 – бак-гидроаккумулятор; 13,14,15 – насосы

Основные технические характеристики.

1.  Минимальный расход – 0,03м3/ч..

2.  Максимальный расход – 1200 м3/ч..

3.  Предел допускаемой относительной погрешности измерения:

– объема ± 0,25%

– расхода ± 0,2%

4.  Рабочая среда – вода с температурой от 15 до 25 ºС.

5.  Давление в системе – 6-9 атм..

6.  Зажимные устройства – гидравлические.

Установка обеспечивает поверку и калибровку тепловодосчётчиков и расходомеров путем сличения их показаний с показаниями эталонных счетчиков-расходомеров воды. С помощью шаровых кранов или задвижек устанавливается расход воды в системе. Через приборы проливается определенный объем воды с заданным давлением и расходом, которые контролируются по эталонным расходомерам-счетчикам визуально. Дополнительно давление в системе контролируется манометрами. Циркуляция воды обеспечивается одним, двумя или тремя насосами, в зависимости от требуемого диапазона расходов. Установка оснащена гасителями пульсации, устройством отвода воздуха. Запас воды, необходимый для работы установки, хранится в баке - гидроаккумуляторе.

Испытанию подверглись восстановленные корпуса тепловодосчетчиков диаметром 15 мм, 20 мм, 25 мм, 32 мм, 40 мм, 50 мм, 65 мм, 80 мм, 100 мм, 125 мм, 150 мм, 200 мм и 250 мм, взятых выборочно по пять штук каждого типа. Основные характеристики данных приборов учёта тепла и воды представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Основные характеристики приборов учёта тепла и воды

Основные технические характеристики	Диаметр счетчика воды, мм
15	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250
Наименьший расход Qmin	0,02	0,1	0,14	0,24	0,3	0,7	0,75	0,8	1,5	3	3,5	6,5	12
Переходный расход Qt	0,08	0,25	0,35	0,6	1	2	5	6	6	8	12	12	20
Эксплуатационный расход Qэ	1	2,5	3,5	6	10	35	50	75	125	150	175	325	600
Максимальный расход Qmax	2	4	5	12	20	70	100	150	250	300	350	650	1200
Порог чувствительности	0,01	0,02	0,05	0,09	0,15	0,35	0,38	0,4	0,75	1,5	1,75	3,3	5
Потеря давления при максимальном расходе не превышает 100кПа (1,0кгс/см3)

Для чистоты эксперимента на каждом расходе проводили по десять измерений, затем выводили среднее арифметическое. Проверку проводили на расходах воды в диапазоне от 0,1 м3/ч до максимального Qmax, для каждого образца восстановленного тепловодосчётчика. В ходе работы было выявлено, что с увеличением расхода воды происходит потеря давления, не превышающая при максимальном расходе 100 кПа, и это согласуется с требованиями технических условий [7].

Анализ испытаний показал, что гидравлические характеристики восстановленных изделий соответствуют допустимым значениям, указанным в технических условиях. Их значения приведены в таблицах 3 и 4, в графическом виде представлены на рисунках 3–5.

Таблица 3 – Гидравлические характеристики восстановленных изделий (диаметр проточной части водосчётчика 15–50 мм)

Расход воды, м3/ч	Диаметр проточной части водосчётчика, мм
15	20	25	32	40	50
Потери давления, кПа
1	2	3	4	5	6	7
0,1	0,1	-	-	-	-	-
0,2	0,3	0,15	-	-	-	-
0,3	1	0,3	0,1	-	-	-
0,4	2	0,8	0,2	-	-	-
0,5	4	1,8	0,4	-	-	-
0,6	5	2,2	0,5	-	-	-
0,7	6,5	3	0,8	-	-	-
0,8	7,5	3,2	0,9	-	-	-
0,9	9	3,5	1	-	-	-
1	10	4	1,5	1	-	-
2	29	14	3,2	2,9	1	-
3	-	30	8	6	2,5	-
4	-	100	10,8	12	5	-
5	-	-	30	25	10	-
6	-	-	-	31	13	-
7	-	-	-	41	18	-
8	-	-	-	45	20	-
9	-	-	-	50	22	-
10	-	-	-	60	25	1
20	-	-	-	-	99	3,5
30	-	-	-	-	-	7,9
40	-	-	-	-	-	17
50	-	-	-	-	-	19
60	-	-	-	-	-	25
70	-	-	-	-	-	32
80	-	-	-	-	-	40
90	-	-	-	-	-	48
100	-	-	-	-	-	53

Таблица 4 – Гидравлические характеристики восстановленных изделий (диаметр проточной части водосчётчика 65–250 мм)