Please Choose Your Language
Просмотры: 0 Автор: Редактор сайта Время публикации: 21.10.2026 Происхождение: Сайт
Обычная трехслойная конструкция водяной рубашки блока цилиндров состоит из внутренней стенки цилиндра, кольцевой водяной рубашки и воздушной камеры. Хотя чугун может удовлетворить производственные требования к таким блокам цилиндров, он не может обеспечить достаточную коррозионную стойкость в высококоррозионных средах с высоким содержанием серы и высокой влажностью, что делает нержавеющую сталь обязательной.
Однако обычные аустенитные нержавеющие стали (например, 304/316) имеют относительно низкую твердость и не могут соответствовать техническим требованиям потребителя HRC 30-34. В этих условиях эксплуатации мартенситная дисперсионно-твердеющая нержавеющая сталь 17-4PH сочетает в себе коррозионную стойкость и механическую прочность, что делает ее подходящим материалом для этого компонента.
Трехкамерная конструкция представляет собой типичную традиционную конструкцию блока цилиндров из чугуна. При применении первоначально разработанной «структуры с трехслойной водяной рубашкой» к нержавеющей стали процесс литья сталкивается со значительными препятствиями. Жидкость из нержавеющей стали вязкая и имеет плохую текучесть. Трехслойная структура внутренней полости представляет собой сложную конфигурацию с множеством закрытых полостей, многочисленными термическими швами и множеством взаимно вложенных песчаных сердечников. При литье нержавеющей стали расплавленной стали трудно проникнуть внутрь и образовать замкнутый контур во внутренней полости. В то же время сложные закрытые полости не позволяют обеспечить вентиляцию газов в процессе литья и удаление песка на последующих стадиях.
Риск спекания песчаного стержня: температура заливки ковкого чугуна составляет около 1300 °C, а нержавеющей стали - до 1600 °C. При высоких температурах песчаный сердечник с водяным охлаждением поглощает большое количество тепла. Из-за чрезмерно малого объема водоохлаждаемой полости в трехслойной структуре песчаный стержень склонен к спеканию. Это блокирует водоохлаждаемую полость, делает невозможным последующее удаление песка и напрямую приводит к разрушению отливки. Даже если внутри остаются следы формовочного песка, после ввода оборудования в эксплуатацию он будет циркулировать с охлаждающей водой, вызывая износ уплотнений насоса или блокируя теплообменники.
Термические соединения и дефекты усадочных полостей: объемная усадка нержавеющей стали достигает 10–14%, что намного больше, чем у ковкого чугуна, и ей не хватает способности к самоподаче за счет расширения графита во время затвердевания, которой обладает чугун. Трехкамерный блок цилиндров имеет множество изолированных термических соединений, требующих многочисленных стояков и строгого контроля направленного затвердевания. Однако несколько камер мешают друг другу, что приводит к экспоненциальному увеличению сложности проектирования процесса. Усадочная пористость стала высокочастотным дефектом, а поскольку блок цилиндров компрессора является компонентом, несущим давление, любая внутренняя усадочная пористость приводит к немедленной браковке.
Проблема с пленкой оксида хрома: На поверхности расплавленной стали образуется сплошная, тугоплавкая и очень прочная пленка оксида Cr₂O₃. На стыках нескольких камер и нескольких заливок оксидная пленка на фронте потока металла легко захватывается внутри отливки, образуя оксидные включения и наслоения. Такие дефекты очень сложно обнаружить с помощью неразрушающего контроля.
Высокотемпературное термическое напряжение и чувствительность к образованию трещин. Линейная усадка нержавеющей стали составляет 1,8–2,5%. При охлаждении неравномерная толщина стенок нескольких камер легко приводит к горячим разрывам и деформации, что крайне затрудняет обеспечение размерной цепочки трех камер.
Столкнувшись с вышеупомянутыми проблемами литья из нержавеющей стали, общепринятым решением в отрасли является изменение исходного от «трехслойной конструкции» к «двухслойной конструкции» , состоящей из внутренней стенки цилиндра, камеры периодического действия с водяным охлаждением и воздушной камеры.
Двухслойная структура уменьшает количество термических швов на отливке, что облегчает получение отливок с плотной микроструктурой; увеличивает объем песчаного стержня с водоохлаждаемой полостью, избегая спекания песчаного стержня; и это уменьшает количество песчаных форм, облегчая последующее удаление песка и очистку отливки.
Однако если первоначальная трехкамерная конструкция имела кольцевую водяную рубашку, то двухкамерная конструкция состоит из двух независимых водяных полостей. Это предотвращает образование полного контура циркуляции воды для эффективного отвода тепла, выделяемого воздушной камерой, тем самым жертвуя охлаждающей способностью, одновременно удовлетворяя эксплуатационные требования и прочность конструкции.
Двухслойная структура потока воды
Несмотря на общеотраслевую практику снижения возможности литья за счет уменьшения структурной сложности, команда TOTEM решила не жертвовать эффективностью охлаждения блока цилиндров. Учитывая, что материал 17-4PH соответствует требованиям твердости и коррозионной стойкости HRC 30-34, мы внедрили глубокие технологические инновации и разработали индивидуальный дизайн для этого небольшого блока цилиндров поршневого компрессора диаметром 550 мм.
Благодаря особой конструктивной компоновке мы добились эффективного сообщения между водными полостями без значительного увеличения термических швов и затруднений удаления песка во время литья. Данное решение позволило достичь следующих инженерных целей:
Восстановленное циркуляционное охлаждение: преодолевая ограничение независимых полостей для воды в традиционной двухслойной структуре, восстанавливается путь циркуляции охлаждающей воды, эффективно решая проблему накопления тепла в воздушной камере.
Возможность сбалансированного литья: специальные меры предосторожности были приняты в структурных областях, склонных к дефектам материалов из нержавеющей стали, для решения проблем спекания песчаного стержня и удаления песка, вызванных сложными внутренними полостями, а также для обеспечения внутренней плотности отливки.
Соответствует жестким условиям эксплуатации. Соответствуя требованиям к твердости и коррозионной стойкости HRC 30-34, предъявляемым к материалу 17-4PH, он улучшает возможности терморегулирования блока цилиндров при длительной непрерывной эксплуатации.
Мы предоставили реальный технический путь для производства блоков цилиндров из нержавеющей стали сложной конструкции в аналогичных условиях высокой коррозии, балансируя свойства материала, процессы литья и эффективность охлаждения.
Если вы также столкнулись с проблемами при проектировании или производстве блоки цилиндров компрессоров, работающие в условиях высокой коррозии, или если вы заинтересованы в литье сложной конструкции из нержавеющей стали 17-4PH, пожалуйста, свяжитесь с нами. Команда ТОТЕМ будет рада подробному общению с вами и предоставлению индивидуальных технических решений!
Компания TOTEM постоянно стремится предоставлять клиентам компрессоров по всему миру более надежные и долговечные основные компоненты — от модернизации материалов до структурной оптимизации.
