9. Bố cục luận án
5.3. LẮP ĐẶT VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM QUẠT TRONG THỰC TẾ
Trình tự lắp đặt, kiểm tra và đưa quạt vào hoạt động theo dõi tại nhà máy được thực hiện cơ bản theo các bước sau:
Bước 1. Lắp đặt:Quạt khói sau khi phục hồi được lắp vào vị trí làm việc
ở tại nhà máy.
Bước 2. Kiểm tra độ mất cân bằng: Cho quạt quạt chạy với tốc độ 750v/ph,
sử dụng máy cân bằng Baldev11 xác định gia tốc dao động, máy tự động tính toán lượng mất cân bằng có hiển thị số.
Bước 3. Hiệu chỉnh và khắc phục: Căn cứ vào lượng mất cần bằng, nhằm bổ sung đối trọng để cân bằng cho cánh đạt yêu cầu kỹ thuật.
Bước 4. Cho quạt chạy thử và kiểm tra: Cho quạt chạy không tải thời gian
2 giờ, không phát hiện các yếu tố bất thường. Tiếp theo cho quạt chạy trong điều kiện làm việc thực tế với vận tốc quay 750 (vòng/phút), thời gian chạy 4 giờ liên tục. Sau 4 giờ tiến hành kiểm tra, kết quả kiểm tra như sau:
- Đo độ rung trên hai gối 0,25 mm/s. - Nhiệt độ trên hai gối là 40°C. - Lưu lượng gió 279 m3/s. - Áp suất gió đạt 4049 Pa.
- Đặc biệt quan sát chưa phát hiện thấy mòn, bong tróc và lứt vỡ lớp phủ trên bề mặt cánh quạt.
Bước 5. Đưa quạt vào hoạt động chạy sản xuất và theo dõi: Sau khi kiểm
tra tính ổn định của quạt sau chạy thử, quạt tiếp tực được cho hoạt động sau 12 tháng theo dõi, kết quả kiểm tra sau 12 tháng làm việc được trình bày trong (bảng 5.4). Kết quả sau 12 tháng làm việc đã được nhà máy xác nhận khẳng định cánh quạt được phục hồi làm việc ổn định, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và điều kiện làm việc, đặc biệt nâng cao tuổi bền mòn tốt hơn so với cánh quạt ban đầu khi chưa phủ.
Bảng 5.4. Kết quả kiểm tra các thông số quạt sau 12 tháng làm việc
TT Nội dung thực hiện Kết quả
1 Vận tốc quay của quạt 750 vòng/phút
2 Nhiệt độ ổ trục 52°C
3 Độ rung trên 2 gối 0,36 mm/s
4 Áp suất gió 4049 Pa
5 Lưu lượng gió 279 m3/s 6 Nhiệt độ buồng làm việc quạt 162°C
7 Chuyển động quay Chạy êm, không va đập
8 Tình trạng kỹ thuật lớp phủ Không phát hiện thấy bong tróc lớp phủ 9 Độ mòn đỉnh cánh Vị trí sâu nhất đo được 0,25 mm
10 Độ mòn bản gần chân cánh Vị trí sâu nhất đo được 0,31 mm 11 Các vị trí khác đo được ≤ 0,2 mm
KẾT LUẬN CHƯƠNG 5
Áp dụng kết quả nghiên cứu của luận án vào tạo lớp phủ phục hồi cánh quạt khói trong thực tế sản xuất, có thể rút ra một số kết luận sau:
1. Trên cơ sở các kết quả khảo nghiệm lên mẫu cong đồng dạng, luận án đã đưa ra được quy trình phục hồi và tiến hành phục hồi thành công cánh quạt khói thực tế với sự kết hợp của hàn đắp và tạo lớp phủ Cr3C2 – 30%NiCr.
2. Đã tiến hành tạo lớp phủ Cr3C2 – 30%NiCr trên cánh quạt khói được phục hồi, đưa vào hoạt động. Kết quả đánh giá cánh quạt khói sau 12 tháng làm việc liên tục trong điều kiện sản xuất thực tế tại nhà máy, cho thấy cánh quạt được phục hồi bề mặt hư hỏng với lớp phủ hoạt động ổn định tương đương với quạt ngoại nhập đang sử dụng lại nhà máy.
3. Lớp phủ Cr3C2 – 30%NiCr được tạo bằng phương pháp phun plasma đã đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật khi phủ trên bề mặt của chi tiết quạt làm việc trong điều kiện môi trường có mài mòn, xói mòn và nhiệt độ. Kết quả mang lại hiệu quả cả về kỹ thuật và kinh tế, có thể áp dụng rộng rãi trong phục hồi bề mặt các chi tiết cơ khí khác có dạng hư hỏng và điều kiện làm việc tương tự.
KẾT LUẬN CHUNG
Luận án sử dụng phương pháp phun phủ plasma tạo lớp phủ Cr3C2 – 30%NiCr trên nền thép 16Mn, nghiên cứu ảnh hưởng của ba thông số công nghệ phủ quan trọng là cường độ dòng điện (Ip), lưu lượng cấp bột (mp), và khoảng cách phun (Lp) tới năm chỉ tiêu chất lượng của lớp phủ bao gồm: độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ cứng tế vi, độ xốp và độ bền kéo đứt của lớp phủ. Các hàm hồi quy thực nghiệm được xây dựng trên cơ sở các số liệu thực nghiệm thu được từ ma trận tâm xoay. Luận án giải các bài toán tối ưu nhằm đưa ra các bộ thông số phủ phù hợp theo các chỉ tiêu chất lượng của lớp phủ. Các kết quả chính có thể tóm tắt như sau:
1. Các thông số công nghệ phủ plasma (Ip, mp và Lp) và sự tương tác giữa chúng có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp phủ. Trong đó, khoảng cách phun (Lp) ảnh hưởng nhiều nhất, tiếp sau đó lần lượt là cường độ dòng điện phun (Ip) và lưu lượng cấp bột phun (mp).
2. Xây dựng được phương trình hồi quy thể hiện mối quan hệ giữa các thông số phun (Ip, mp và Lp) với độ bền bám dính, độ bền bám trượt, độ bền kéo, độ xốp và độ cứng tế vi của lớp phủ được thể hiện như các biểu thức sau:
σBd = -202,6 + 0,4162Ip + 2,981mp + 0,9064Lp - 0,000250Ip*Ip - 0,02344mp*mp - 0,001963Lp*Lp - 0,002288Ip*mp - 0,000353Ip*Lp - 0,001344mp*Lp τBtr = -143,1 + 0,3227Ip + 2,498mp + 0,723Lp - 0,000244Ip*Ip - 0,02261mp*mp - 0,001723Lp*Lp - 0,000900Ip*mp - 0,000075Ip*Lp - 0,00331mp*Lp σk = -171,5 + 0,5019Ip + 3,184mp + 1,115Lp – 0,000466Ip*Ip – 0,04394mp*mp - 0,003288Lp*Lp + 0,000350Ip*mp + 0,000163Ip*Lp – 0,00281mp*Lp γLp = 45,10 – 0,08590Ip – 0,4038mp – 0,1475Lp + 0,000082Ip*Ip + 0,007884mp*mp + 0,000582Lp*Lp – 0,000064Ip*mp – 0,000038Ip*Lp – 0,000307mp*Lp KLp = -538 + 2,545Ip + 11,61mp + 4,02Lp – 0,002611Ip*Ip – 0,3268mp*mp - 0,01812Lp*Lp + 0,01042Ip*mp + 0,00166Ip*Lp + 0,0146mp*Lp
3. Xây dựng và giải các bài toán tối ưu bộ thông số công nghệ phủ theo một số chỉ tiêu chất lượng chính của lớp phủ. Kết quả tối ưu bằng thuật toán Nelder - Mead (NM) đạt được như sau:
- Đối với mục tiêu độ bền bám dính (Bd) lớn nhất khi: Ip = 572,1(A); mp = 30,8(g/ph); Lp= 168,8(mm), tương ứng với Bd = 37,6(MPa).
- Đối với mục tiêu độ bền bám trượt (τBtr) lớn nhất khi: Ip = 578,9(A); mp = 31,5(g/ph); Lp= 166,1(mm), tương ứng với τBtr = 48,1(MPa).
- Đối với mục tiêu độ bền kéo đứt (k) lớn nhất khi: Ip = 582,3(A); mp = 33,2(g/ph); Lp= 170,2(mm), tương ứng với k = 118,7(MPa).
- Đối với mục tiêu độ xốp lớp phủ (Lp) nhỏ nhất khi: Ip = 572,1(A); mp = 30,8 (g/ph); Lp= 153,9(mm), tương ứng với Lp = 3,07(%).
- Đối với mục tiêu độ cứng lớp phủ (KLp) cao nhất khi: Ip = 595,9(A); mp = 30,5(g/ph); Lp= 149,8(mm), tương ứng với KLp = 689,2(HV).
- Đối với tối ưu đa mục tiêu (Bd, τBtr,k, Lp, KLp) khi: Ip = 582,3(A); mp = 31,5(g/ph); Lp= 160,7(mm), tương ứng với Bd = 37,3(MPa); τBtr = 47,6(MPa); k = 118,4(MPa); Lp = 3,1(%) và KLp = 685,1(HV).
4. Áp dụng quy trình phủ và lớp phủ Cr3C2 – 30%NiCr vào phục hồi bề mặt bị hư hỏng của các cánh quạt khói làm việc trong điều kiện chịu mài mòn, xói mòn và nhiệt độ cao tại nhà máy nhiệt điện. Kết quả cho thấy lớp phủ đã đạt các yêu cầu kỹ thuật, cánh quạt hoạt động bình thường và ổn định tương đương với quạt trước khi hỏng. Kết quả của luận án là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu và áp dụng trong chế tạo mới cũng như phục hồi bề mặt các chi tiết cơ khí có dạng hư hỏng và điều kiện làm việc tương tự.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều thông số phun khác để đánh giá mức độ ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ.
2. Áp dụng phương pháp, bộ thông số phun của nghiên cứu cho các loại bột phủ và vật liệu nền khác nhau.
3. Áp dụng kết quả nghiên cứu vào phun phục hồi cho các chi tiết cụ thể khác nhau trong thực tế.
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO, CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
1. Đặng Xuân Thao, Hoàng Văn Gợt, Phạm Đức Cường (2018). Nghiên cứu giải pháp phục hồi cánh quạt công nghiệp làm việc trong điều kiện mài mòn và nhiệt độ cao bằng công nghệ phun phủ nhiệt plasma. Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí lần thứ V-VCME 2018.
2. Đặng Xuân Thao, Hoàng Văn Gợt, Phạm Đức Cường (2019). Nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách và áp suất phun đến độ nhám bề mặt thép hợp kim 16Mn khi phun trên máy phun hạt mài. Tạp chí Khoa học & Công nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 53, tháng 8/2019, trang 44 - 47.
3. Đặng Xuân Thao, Phạm Đức Cường, Hoàng Văn Gợt, Đào Duy Trung (2021); Nghiên cứu giải pháp phục hồi cánh quạt khói công nghiệp ứng dụng lớp phủ Cr3C2-NiCr tạo bằng kỹ thuật phủ nhiệt plasma; Tạp chí Cơ khí Việt Nam, Số 05, trang 70-78.
4. Dang Xuan Thao, Hoang Van Got, Nguyen Huu Phan, Pham Duc Cuong (2019). Influence of Carbide Content on the Adhesion and Microscopic Hardness of Plasma Spray Cr3C2-NiCr Coating on 16Mn Steel, Chemical and Materials Engineering 7(3): 25-31. DOI: 10.13189/cme.2019.070301.
5. Pham Duc Cuong, Dang Xuan Thao (2021); Effect of surface roughness and plasma current to adhesion of Cr3C2-NiCr coating fabricated by plasma spray technique on 16Mn steel; International Journal of Modern Physics B. DOI: 10.1142/S0217979221400373.
6. Dang Xuan Thao, Hoang Van Got, Pham Duc Cuong, (2021); Optimization of plasma spraying parameters with respect to shear adhesion strength of Cr3C2- NiCr coating on 16Mn steel; Tribology in Industry, DOI: 10.24874/ti.1101.04.21.09
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:
[1] Hoàng Văn Gợt, Đào Duy Trung (2012); Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ bằng phương pháp thực nghiệm; NXB Khoa học & Kỹ thuật, HN. [2] Hoàng Tùng (2006); Công nghệ phun phủ và ứng dụn; NXB Khoa học &
Kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Hoàng Tùng (1999); Nghiên cứu công nghệ phun phủ nhiệt khí bột nhằm nâng cao tuổi thọ và phục hồi chi tiết; Đề tài khoa học cấp Nhà nước, Mã số KHCN 05 - 07 - 03.
[4] Uông Sĩ Áp (2006); Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt khí để tạo bề mặt có độ chịu mài mòn và độ bám dính cao phục hồi các chi tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt; Đề tài KHCN cấp nhà nước, Mã số KC 05.10.
[5] Đinh Văn Chiến (2009); Ứng dụng công nghệ tiên tiến trong xử lý bề mặt kim loại để phục hồi một số chi tiết máy bị mòn có dạng trục và ống tròn xoay; Đề tài KH Công nghệ thành phố Hà Hội, Mã số: 01C-01/04-2009-2. [6] Nguyễn Quốc Vũ (2009); Nghiên cứu áp dụng công nghệ phun phủ kim loại
để sử lý bề mặt ngoài của trống sấy thay thế mạ Crom, trên thiết bị chế biến tinh bột biến tính tiền hồ hóa quy mô công nghiệp; Đề tài cấp Bộ Công thương, Mã số 256-08 RD/HĐ-KHCN.
[7] Lục Vân Thương, Hoàng Văn Châu (2011); Ứng dụng công nghệ phun phủ plasma vật liệu hợp kim-gốm tăng độ bền mòn, chịu mài mòn của trục chính máy khoan, doa CNC và một số chi tiết máy; Tạp chí Cơ khí Việt Nam. [8] Phạm Thị Hà và cộng sự; A Study On E rosion And Corrosion Behavior Of
Cr3C2-NiCr Cermet Coatings; Journal of Science and Technology 56 (3B) (2018) 42-49. DOI: 10.15625/2525-2518/56/3B/12785
[9] Ngô Xuân Cường (2016); Nghiên cứu tạo lớp phủ tổ hợp lên bề mặt chi tiết chống mài mòn ăn mòn trong các môi trường hóa chất khắc nghiệt có chứa flo; Đề tài KH Công nghệ cấp Bộ Công Thương.
[10] Đỗ Quang Chiến (2018); Nghiên cứu chế tạo hệ lớp phủ có chứa crôm carbide trên nền gang bằng công nghệ phun phủ nhiệt để nâng cao độ bền mài mòn khi làm việc trong các môi trường khắc nghiệt; Đề tài KH Công nghệ cấp Bộ Công Thương.
[11] Nguyễn Văn Tuấn (2018); Nghiên cứu chế tạo lớp phủ Cr3C2 - NiCr chịu ăn mòn mài mòn bằng công nghệ phun phủ plasma để phục hồi và nâng cao chất lượng bề mặt cho bánh xe công tác của tuabin trong các nhà máy thủy điện tại Lào Cai; Đề tài KH Công nghệ cấp Bộ Công Thương.
[12] Hoàng Văn Gợt (2002); Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ đến độ bền bám dính của lớp phủ kim loại được phun bằng phương pháp nhiệt khí; Luận án tiến sĩ, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội. [13] Trần Văn Dũng (2012); Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ để nâng cao chất lượng bề mặt chi tiết máy; Luận án tiến sĩ kỹ thuật; Viện nghiên cứu cơ khí, Hà nội.
[14] Phạm văn Liệu (2016); Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chất lượng phục hồi bề mặt trục có hình dạng phức tạp bị mòn bằng công nghệ phun phủ; Luận án tiến sĩ; Đại Mỏ địa chất, Hà nội.
[15] Nguyễn Chí Bảo (2016); Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng và tốc độ chuyển động tương đối giữa đầu phun với chi tiết đến chất lượng bề mặt phun phủ bằng công nghệ phun nhiệt khí tốc độ cao – HVOF; Luận án tiến sĩ; Đại Mỏ địa chất, Hà nội.
[16] Nguyễn Thanh Phú (2019); Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ phun phủ HVOF đến chất lượng lớp phủ bề mặt chi tiết làm việc trong điều kiện khắc nghiệt bị mòn; Luận án tiến sĩ; Viện nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương.
[17] Lý Quốc Cường (2016); Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ xử lý nhiệt đến cấu trúc, tính chất của hệ lớp phủ kép nhôm và hợp kim Ni-20Cr trên nền thép; Luận án tiến sĩ hóa học; Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
[18] Nguyễn Văn Tuấn (2017); Nghiên cứu ảnh hưởng của xử lý nhiệt đến hệ lớp phủ hợp kim niken crôm kết hợp với chất bịt phốt phát nhôm; Luận án tiến sĩ kỹ thuật; Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
[19] Đinh Văn Chiến, Đinh Bá Trụ (2014); Kỹ thuật phun nhiệt tốc độ cao HVOF, HVAF, D-Gun; NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội.
[20] Pham Duc Cuong, Dang Xuan Thao (2021); Effect of surface roughness and plasma current to adhesion of Cr3C2-NiCr coating fabricated by plasma spray technique on 16Mn steel; International Journal of Modern Physics B. DOI: 10.1142/S0217979221400373.
[21] Ha Pham Thi, Tuan Nguyen Van, Quy Le Thu, Tuan Anh Nguyen, Ly Pham Thi, Cuong Ly Quoc, Thuy Dao Bich (2018); A Study on Erosion and Corrosion Behavior of Cr3C2-NiCr Cermet Coatings; Vietnam Journal of Science and Technology 56 (3B) 42-49.
[22] Van Tuan Nguyen, Tuan Anh Nguyen, Thu Quy Le; Influence of plasma spraying parameters on microstructure and corrosion resistance of Cr3C2- 25NiCr cermet carbide coating; Anti-Corrosion Methods and Materials, Vol. 66 number 3, pages 336-342.
[23] Dang Xuan Thao, Hoang Van Got, Nguyen Huu Phan, Pham Duc Cuong (2019); Influence of Carbide Content on the Adhesion and Microscopic Hardness of Plasma Spray Cr3C2-NiCr Coating on 16Mn Steel; Chemical and Materials Engineering 7(3): 25-31.
[24] Nguyễn Văn Dự, Nguyễn Đăng Bình (2011); Qui hoạch thực nghiệm trong kỹ thuật; Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
[25] Phạm Văn Lang, Bạch Quốc Khang (1998); Cơ sở lý thuyết qui hoạch thực nghiệm và Ứng dụng trong kỹ thuật nông nghiệp; Nxb Nông nghiệp, Hà Nội.
Tiếng Anh:
[26] Pierre L. Fauchais, Joachim V.R. Heberlein, Maher I. Boulos (2014);
[27] Zhao, Liu W, Dong C (2009); Effects of Arc Spray Process Parameters on Corrosion Resistance of Ti Coatings; Journal of Thermal Spray Technology 18(4), 702–707.
[28] Pawlowski L (2008); The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings. India, Wiley
[29] Beuth verlag GmbH B DIN EN 657. 1-23.
[30] Stokes J. (2008); The Theory and Application of the Sulzer Metco HVOF;
Thermal Spray Process.
[31] Drexler J.M, Gledhill A. D (2011); Jet Engine Coatings for Resisting Volcanic Ash Damage; Advanced Materials Research, 23, 2419–2424. [32] Tapphorn R. M, Gabel H (1998); The Solid-State Spray Forming of Low-
Oxyde 137 Titanium Components; JOM J Miner Met Mater Soc, 50(9), 45–47.
[33] Ducos M, Durand JP (2001); Thermal coatings in Europe: a business perspective. In: Berndt CC, Khor KA, Lugscheider EF (eds) Proceedings of international thermal spray conference; Singapore. ASM International, Materials Park, OH, pp 1267–1271
[34] V. Sreenivasulu and M. Manikandan; High-temperature corrosion behaviour of air plasma sprayed Cr3C2-25NiCr and NiCrMoNb powder coating on alloy 80A at 900 °C; Surface & Coatings Technology 337 (2018) 250–259; doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.01.011.
[35] M. Arai and T. Suidzu; Porous Ceramic Coating for Transpiration Cooling of Gas Turbine Blade; Journal of Thermal Spray Technology (2012); DOI: 10.1007/s11666-013-9883-1.
[36] M. Nicolaus, K. Mohwald và H.J. Maier; A Combined Brazing and Aluminizing Process for Repairing Turbine Blades by Thermal Spraying Using the Coating System NiCrSi/NiCoCrAlY/Al; J Therm Spray Tech (2017); DOI: 10.1007/s11666-017-0612-z.
[37] J.H.Ouyang, S.Sasaki and K.Umeda; The friction and wear characteristics of plasma-sprayed ZrO2-Cr2O3-CaF2 from room temperature to 800◦C; Journal of Materials Science 36 (2001).
[38] El-Sayed M. Sherif, Magdy M. El Rayes and Hany S. Abdo; Cr3C2-NiCr Coating for the Protection of API Steel Corrosion in Concentrated Sodium Chloride Solution; Crystals 2020; doi:10.3390/cryst10040249.
[39] V.N. Shukla,R. Jayaganthan, V.K. Tewari (2015); Degradation Behavior of HVOF -Sprayed Cr3C2-25%NiCr Cermet Coatings Exposed to High Temperature Environment; Materials Today: Proceedings, Volume 2, Issues 4–5, Pages 1805–1813.
[40] Josep A. Picas, Elisa Rupérez, Miquel Punset, Antonio Forn, more (2013);
Influence of HVOF spraying parameters on the corrosion resistance of WC– CoCr coatings in strong acidic environment; Surface & Coatings Technology, 225, 47-57.
[41] Edited by J.R. Davis Davis & Associates (2004); Handbook of Thermal SprayTechnology; #06994G – ASM International, Thermal Spray society. [42] Boulos M, Fauchais P, Pfender E (1994); Thermal plasmas, fundamentals
and applications; Plenum Press, New York and London.
[43] Salman AD, Ghadiri M, Hounslow MJ (eds) (2007); Particle breakage, vol