DOI: https://doi.org/10.22281/2413-9920-2026-12-02-120-135

УДК 620.193.1:621.165

Лагерев А.В.
Механические и гидродинамические процессы при трехфазном эрозионном изнашивании
В процессе эксплуатации различного ответственного технологического оборудования, в частности, энергетического (паровых и влажнопаровых турбин, трубопроводов влажного пара и др.) наблюдается эрозионно-ударное нагружение конструктивных элементов технологического оборудования со стороны содержащихся в газовых или воздушных потоках рабочего тела полидисперсных капель влаги и твердых частиц загрязнений и примесей. Это обуславливает трехфазный характер процесса эрозионного изнашивания поверхности конструктивных элементов оборудования. Большинство загрязнений и примесей являются гидрофильными, вследствие чего относительно крупные твердые частицы обволакиваются влагой с образованием жидкой пленки на их поверхности, а более мелкие взвешены в объеме капель. Это делает невозможным простой перенос на условия трехфазного эрозионного изнашивания результатов исследований и методов прогнозирования либо только каплеударного, либо только газоабразивного эрозионного изнашивания. В статье представлены математические модели механических и гидродинамических микропроцессов, протекающих во время соударения композитной капли влаги, т.е. капли с находящейся внутри твердой частицей, с поверхностью конструктивного элемента. Явление соударения рассмотрено в виде двух последовательных стадий. Первая, начальная стадия включает взаимодействие поверхности конструктивного элемента с жидкой фазой композитной капли. На основе одномерной лучевой теории рассмотрено образование и распространение системы отраженных и преломленных волн давления и напряжения в элементе, жидкости и частице, получены количественные зависимости для оценки характерных параметров процессов – длительности, давлений, скорости движения. Вторая, заключительная стадия включает взаимодействие поверхности конструктивного элемента с твердой частицей эродента. Построены система уравнения движения частицы в процессе ее внедрения и отскока с учетов действия жидкости за тыльной стороной твердой частицы. Также предложена зависимость для количественной расчетной оценки величины эрозионно-усталостного повреждения поверхности конструктивного элемента от удара единичной композитной капли.
Ключевые слова: эрозия, жидкие капли, твердые примеси, объемная волна давления, поле давлений.

Lagerev A.V.
Mechanical and hydrodynamic processes in three-phase erosive wear
During the operation of various critical technological equipment, in particular, energy (steam and wet steam turbines, wet steam pipelines, etc.), erosion loading of the structural elements of technological equipment is observed from the side of polydisperse droplets of moisture and solid particles of pollutants and impurities contained in the gas or air streams of the working fluid. This determines the three-phase nature of the process of erosive wear of the surface of the structural elements of the equipment. Most pollutants and impurities are hydrophilic, as a result of which relatively large solid particles are enveloped in moisture to form a liquid film on their surface, while smaller ones are suspended in the volume of droplets. This makes it impossible to easily transfer to the conditions of three-phase erosive wear the results of research and methods of forecasting either only drop-impact or only gas-abrasive erosive wear. The article presents mathematical models of mechanical and hydrodynamic processes occurring during the impact of a composite drop of moisture, i.e. droplets with a solid particle inside, with the surface of a structural element. The impact phenomenon is considered in the form of two consecutive stages. The first, initial stage involves the interaction of the surface of the structural element with the liquid phase of the composite droplet. Based on the one–dimensional ray theory, the formation and propagation of a system of reflected and refracted pressure and stress waves in an element, liquid, and particle are considered, and quantitative dependences are obtained to evaluate the characteristic parameters of processes — duration, pressures, and velocity. The second and final stage involves the interaction of the surface of the structural element with a solid eroding particle. A system of equations of motion of a particle in the process of its insertion and rebound is constructed, taking into account the action of a liquid behind the back of a solid particle. A dependence is also proposed for the quantitative calculation of the value of the erosion and fatigue damage to the microplate of the surface of the structural element from the impact of a single composite drop.
Key words: erosion, liquid droplets, solid impurities, volumetric pressure wave, pressure field.

Скачать статью (файл pdf) — Download (pdf)

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.