1. Uvođenje
Centrifugalne pumpe predstavljaju dominantnu kategoriju opreme za transport fluida u industrijskim sistemima, čine većinu pumpnih instalacija širom svijeta.
Kako se radni parametri nastavljaju povećavati prema višem pritisku, temperatura, i otpornost na koroziju, kućišta pumpi su potrebna da ispune sve strože mehaničke i metalurške standarde.
Kućište pumpe je glavna strukturna komponenta odgovorna za zadržavanje pritiska, formiranje kanala protoka, i mehaničku podršku.
Za velike nehrđajući čelik Kupite za pumpe, kombinacija ogromnih dimenzija, složene unutrašnje šupljine, a lokalizirani debeli profili posebno otežavaju kontrolu kvara.
Tradicionalne metode empirijskog dizajna procesa često se bore da pouzdano eliminišu defekte povezane sa skupljanjem i mogu dovesti do prekomjernih marži procesa ili niskog prinosa.
Sa napretkom tehnologija simulacije livenja, postalo je moguće predvidjeti i kontrolirati evoluciju ponašanja punjenja i očvršćavanja prije proizvodnje.
Ova studija koristi numeričku simulaciju kao osnovni alat za projektovanje i kombinuje je sa metalurškim principima i praktičnim iskustvom u livnici za razvoj robusnog procesa livenja za veliko kućište centrifugalne pumpe od nerđajućeg čelika..
2. Strukturne karakteristike i analiza ponašanja materijala
Strukturna složenost kućišta pumpe
Ispitano kućište pumpe je veliko, šuplje, rotaciono simetrična komponenta sa višestrukim površinama koje se ukrštaju i složenim unutrašnjim prolazima protoka.
Kućište uključuje proširene bočne dijelove, ojačane prirubnice, i simetrično raspoređene ušice za podizanje.
Postoje značajne varijacije u debljini zida između područja kanala protoka i zona strukturnog ojačanja.
Ukrštanja bočnih zidova i čeonih površina formiraju tipične termalne vruće tačke, koji imaju tendenciju da se stvrdnu posljednji i vrlo su podložni defektima skupljanja ako se ne napajaju pravilno.
Karakteristike skrućivanja nehrđajućeg čelika
Odabrani tip nehrđajućeg čelika odlikuje se visokim sadržajem legure i širokim temperaturnim rasponom očvršćavanja.
Tokom hlađenja, legura ostaje u polučvrstom stanju duži vremenski period, što dovodi do ograničene propusnosti hranjenja i smanjene pokretljivosti tekućih metala u kasnijim fazama skrućivanja.
Nadalje, nerđajući čelik pokazuje relativno veliko zapreminsko skupljanje u poređenju sa ugljičnim čelicima.
Ove metalurške karakteristike zahtijevaju proces livenja koji osigurava stabilno punjenje, kontrolirani temperaturni gradijenti, i efikasno hranjenje kroz čitav niz očvršćavanja.
3. Izbor sistema kalupa i optimizacija šeme izlivanja
Materijal kalupa i karakteristike hlađenja
Smola kalupljenje pijeskom Tehnologija je odabrana zbog svoje pogodnosti za velike i složene odljevke.
U poređenju sa metalnim kalupima, pješčani kalupi od smole pružaju bolju toplinsku izolaciju i sporije hlađenje, što pomaže u smanjenju termičkog naprezanja i sklonosti pucanju u odljevcima od nehrđajućeg čelika.
Sistem kalupa takođe nudi fleksibilnost u montaži jezgra i omogućava preciznu kontrolu krutosti i propusnosti kalupa, što je bitno za osiguravanje tačnosti dimenzija i evakuacije plina.
Evaluacija orijentacije izlijevanja
Višestruke orijentacije izlijevanja ocjenjivane su iz perspektive stabilnosti punjenja, efikasnost hranjenja, i prevencija kvarova.
Utvrđeno je da horizontalne konfiguracije izlivanja stvaraju više izoliranih vrućih tačaka, posebno u gornjim dijelovima koje je teško efikasno hraniti.
Na kraju je odabrana vertikalna orijentacija izlijevanja, jer je usklađen s principom usmjerenog učvršćivanja.
U ovoj konfiguraciji, donji dijelovi odljevka prvo se stvrdnu, dok regioni gornje vruće tačke ostaju povezani sa izvorima hranjenja, značajno poboljšavaju pouzdanost hranjenja i kontrolu kvarova.
4. Dizajn sistema i optimizacija punjenja
Principi dizajna
Sistem zalijevanja je dizajniran sa ciljem brzog, ali stabilnog punjenja, minimalna turbulencija, i efektivnu kontrolu uključivanja.
Izbjegnuta je prevelika brzina metala i nagle promjene smjera protoka kako bi se spriječilo uvlačenje šljake i erozija površine kalupa.
Konfiguracija donjeg izlijevanja
Odozdo hranjen, usvojen je sistem zatvaranja otvorenog tipa. Rastopljeni metal ulazi u šupljinu kalupa iz donjeg dijela i lagano se diže, omogućavajući da se vazduh i gasovi pomeraju prema gore i efikasno ispuštaju.
Ovaj način punjenja značajno smanjuje turbulenciju protoka i promoviše ujednačenu distribuciju temperature tokom punjenja, što je posebno korisno za velike odljevke od nehrđajućeg čelika s dugim vremenom izlijevanja.
5. Dizajn sistema za hranjenje i strategija termičke kontrole
Identifikacija kritičnih vrućih tačaka
Rezultati numeričke simulacije jasno su identificirali krajnje regije očvršćavanja na sjecištima bočnih zidova i krajnjih površina.
Ova područja su potvrđena kao primarni ciljevi za ishranu i termičku kontrolu.
Konfiguracija i funkcionalnost uspona
Kombinacija gornjih i bočnih slijepih uspona dizajnirana je da odgovori na globalne i lokalne zahtjeve za hranjenje.
Gornji uspon je služio kao glavni izvor napajanja i takođe je olakšao izlaz gasa, dok su bočni usponi poboljšali dostupnost hranjenja bočnim vrućim tačkama.
Geometrija i položaj uspona optimizirani su kako bi se održalo dovoljno vremena za punjenje i osiguralo da se konačno stvrdnjavanje dogodi unutar uspona, a ne u tijelu odljevka.
Primjena zimice
Vanjski rashladni uređaji su strateški postavljeni u blizini debelih dijelova kako bi se lokalno ubrzalo skrućivanje i uspostavili povoljni temperaturni gradijenti.
Koordinirana upotreba hlađenja i uspona efektivno je promovirala usmjereno očvršćavanje i spriječila izolirane vruće tačke.
6. Numerička simulacija i višedimenzionalna analiza
Za procjenu ponašanja punjenja kalupa korišten je napredni softver za simulaciju livenja, evolucija temperature, razvoj čvrste frakcije, i podložnost defektima.
Rezultati simulacije pokazali su stabilan proces punjenja s glatkom metalnom prednjom stranom i bez dokaza odvajanja ili stagnacije protoka.
Tokom skrućivanja, odljevak je pokazao jasan uzorak očvršćavanja odozdo prema gore.
Predviđanja poroznosti skupljanja su pokazala da su svi potencijalni defekti skupljanja ograničeni na uspone i sistem zatvaranja, ostavljajući tijelo odljevka bez unutrašnjih defekata.
Analiza toplinskog naprezanja i sklonosti pucanju pokazala je da su razine naprezanja ostale u prihvatljivim granicama, dodatno potvrđivanje robusnosti dizajna procesa.
7. Obradivost i performanse nakon livenja
Kvalitet livenja direktno utiče na efikasnost naknadne obrade i performanse komponenti.
Odsustvo unutrašnjih defekata skupljanja i površinskih diskontinuiteta smanjuje habanje alata, vibracije obrade, i rizik od otpada tokom završnih radova.
Štaviše, ravnomjerno skrućivanje i kontrolirano hlađenje doprinose homogenijim mikrostrukturama i raspodjeli zaostalih naprezanja, koji poboljšavaju stabilnost dimenzija tokom obrade i servisiranja.
Ovo je posebno relevantno za kućišta pumpi koja zahtijevaju precizno poravnanje prirubnica i protočnih prolaza kako bi se održala hidraulička efikasnost.
8. Kontrola zaostalog naprezanja i pouzdanost servisa
Preostalo naprezanje je kritičan faktor koji utječe na dugoročnu pouzdanost velikih kućišta pumpi od nehrđajućeg čelika.
Preveliki toplotni gradijenti tokom skrućivanja mogu dovesti do visokih unutrašnjih naprezanja, povećavaju vjerovatnoću izobličenja ili pucanja tokom termičke obrade i servisiranja.
Kombinirana upotreba kalupa za pijesak od smole, donje sipanje, a kontrolisano hlađenje promoviše postepenu evoluciju temperature tokom livenja.
Ovaj pristup efikasno ograničava akumulaciju zaostalog stresa i smanjuje potrebu za agresivnim tretmanima za ublažavanje stresa nakon livenja, čime se poboljšava pouzdanost konstrukcije tokom radnog vijeka komponente.
9. Probna proizvodnja i validacija
Na osnovu optimiziranih parametara procesa, izvršeno je probno livenje u punom obimu.
Proizvedeno kućište pumpe ima dobro definisane konture, glatke površine, i bez vidljivih površinskih nedostataka.
Naknadna ispitivanja bez razaranja i pregledi obrade potvrdili su odličnu unutrašnju čvrstoću i stabilnost dimenzija.
Rezultati ispitivanja su se usko poklapali sa predviđanjima simulacije, pokazujući visoku pouzdanost i praktičnu primjenjivost predloženog procesa livenja.
10. Zaključci
Ova studija predstavlja sveobuhvatan dizajn procesa livenja i optimizaciju za veliko kućište centrifugalne pumpe od nerđajućeg čelika.
Rad integriše strukturnu analizu, ponašanje učvršćivanja materijala, izbor kalupa i sheme izlivanja, konfiguracija gating sistema, i optimizacija hranjenja.
Za analizu punjenja kalupa korištena je napredna tehnologija numeričke simulacije, evolucija temperature, i karakteristike očvršćavanja, omogućavaju ciljano usavršavanje procesa.
Probna proizvodnja zasnovana na optimizovanom procesu pokazala je odličan površinski integritet i unutrašnju čvrstoću, potvrđujući efektivnost i pouzdanost predloženog pristupa.
Studija pruža sistematsku i praktičnu referencu za proizvodnju velikih, visokokvalitetna kućišta pumpe od nerđajućeg čelika.
