Инженерный анализ несущей способности и ресурса трубчатых элементов конструкций при нестационарном термомеханическом нагружении, страница 9

При повышенном и среднем давлениитеплоносителей или больших нагрузках материал для теплообменника63должен быть жаростойким и жаропрочным, обладать высокой прочностью ивысоким пределом ползучести при высоких температурах.Для изготовления отдельных узлов и крышек теплообменных аппаратов,небольших сосудов и арматуры применяют сталь, чугун и цветные металлы.Наибольшее распространение получил серый чугун СЧ с содержаниемуглерода от 2,8 до 3,5% .

Такой чугун обладает достаточно хорошимилитейными качествами и меньше других марок чугуна подвергаетсякоррозии.Болеевысокимимеханическимисвойствамиилучшимитехнологическими качествами обладает высокопрочный чугун ВЧ, он лучшеобрабатывается, более устойчив к высоким температурам.Легированный чугун получается при добавлении некоторого количествалегирующих элементов к обычному чугуну. Он достаточно устойчив кслабым растворам кислот, не коррозирует при высоких температурах.Например, высокохромистые чугуны марок Х23, Х28, Х34 не окисляются, неизменяют форму, могут работать в среде фосфорной и соляной кислот, принепосредственном обогреве продуктами сгорания топлива выдерживаюттемпературу до 1000 °С.Для изготовления поверхностей теплообмена используют цветныеметаллы и сплавы.

Высокая стоимость цветных металлов во многих случаяхкомпенсируетсяустойчивостьюпротивкоррозииивысокойтеплопроводностью. Наибольшее распространение получили латунь – сплавмеди с цинком, медь, а также бронза – сплав меди с оловом, алюминием имарганцем.В условиях агрессивного воздействия среды на материал наряду сцветными и легированными металлическими материалами для изготовлениятеплообменныхаппаратовиспользуютнеметаллическиематериалысиликатного, углеродистого и каучукового происхождения, а такжепластмассы.641.1.6 Нормативы на ремонт оборудования [52]Режимы работ аппаратов зависят от наработки на отказ и временивосстановления и определяются исходя из типа аппарата и условийэксплуатации.Планово предупредительный ремонт оборудования производится позаранее разработанному графику на основании установленных норм временифактической работы оборудования и простоя его в ремонте.

Эти нормывремени устанавливаются в результате накопленного опыта по эксплуатациии ремонту разнообразного оборудования, его назначения, конструктивныхособенностей и режима эксплуатации.Общее время работы оборудования условно принято в нормах равным8640 час в год. За это время на оборудовании проводится рядпрофилактических ремонтов для того, чтобы обеспечить бесперебойнуюработу и выпуск продукции.

Профилактические ремонты вызывают простоиоборудования. Самое меньшее время простоя требуется для выполнениятекущего ремонта. В 4-5 раз больше времени затрачивается на среднийремонт. Максимальный простой оборудования требуется для проведениякапитального ремонта.Длительность работы оборудования между капитальными ремонтамипринято называть межремонтным циклом.Для нового оборудования межремонтный цикл равняется периодуэксплуатации его до первого капитального ремонта. Длительность работыоборудованиямеждусреднимиитекущимиремонтаминазываютмежремонтными периодами.Длительность межремонтного цикла не является стабильной величинойи изменяется в зависимости от общего отработанного времени, количествапроведенных капитальных ремонтов и режима эксплуатации оборудования.65Как правило, длительность межремонтного цикла после каждого очередногоремонта уменьшается на 10-15%.Межремонтный цикл включает в себя ряд текущих и средних ремонтов,которые проводятся в определенной последовательности в установленныесроки.

Обычно средний ремонт проводится в середине межремонтногоцикла, а текущие ремонты – ежемесячно. Чередование ремонтов внеобходимой последовательности с соблюдением нормативов межремонтныхпробегов оборудования называется структурой межремонтного цикла.Каждый вид оборудования имеет свою структуру межремонтного цикла.Нормативы длительности работы оборудования между текущими,средними и капитальными ремонтами, а также время простоя оборудования времонтеразрабатываютсянаосновенаучногообобщенияопытаэксплуатации каждого типа оборудования и утверждаются министерством.Нормативы на ремонт кожухотрубчатого теплообменника с поверхностьюнагрева 30м3:Время работы между ремонтами: капитальный ремонт – 34560 часов; средний ремонт – 8640 часов.Время простоя между ремонтами: капитальный ремонт – 264 часа; средний ремонт – 728640 часа.1.1.7 Влияние коррозииВ основе коррозии металлов (рисунок 1.31) лежит химическая реакциямежду материалом и средой или между их компонентами, протекающая награнице раздела фаз.

Это процесс является самопроизвольным, а такжеявляетсяследствиемокислительно-восстановительныхреакцийскомпонентами окружающей среды. Химические вещества, разрушающиестроительные материалы, называются агрессивными. Агрессивной средой66может служить атмосферный воздух, вода, различные растворы химическихвеществ, газы. Процесс разрушения материала усиливается при наличии вводе даже незначительного количества кислот или солей, в почвах приналичии в почвенной воде солей и колебаниях уровня грунтовых вод.Рисунок 1.31 – Пример коррозииСкорость общей коррозии оценивают по убыли металла с единицыплощади коррозии (г/м2․ч), или по скорости проникновения коррозии, т. е.по одностороннему уменьшению толщины нетронутого металла (П) (мм/год).При равномерной коррозии П = 8,75К/ρ, где ρ — плотность металла вг/см3.

При неравномерной и местной коррозии оценивается максимальноепроникновение. По ГОСТу 13819—68 установлена 10-балльная шкала общейкоррозионной стойкости (таблица 1.5). В особых случаях К. можетоцениваться и по др. показателям (потеря механической прочности ипластичности,ростэлектрическогосопротивления,уменьшениеотражательной способности и т. д.), которые выбираются в соответствии свидом К.

и назначением изделия или конструкции.67Таблица 1.5 - 10-балльная шкала для оценки общей коррозионнойстойкости металловГруппа стойкостиСкорость коррозии металла, (мм/год) БаллСовершенно стойкие|Менее 0,0011Весьма стойкиеСвыше 0,001 до 0,0052Свыше 0,005 до 0,013Свыше 0,01 до 0,054Свыше 0,05 до 0,15Пониженно-Свыше 0,1 до 0,56стойкиеСвыше 0,5 до 1,07МалостойкиеСвыше 1,0 до 5,08Свыше 5,0 до 10,09Свыше 10,010СтойкиеНестойкиеПриподборематериалов,стойкихквоздействиюразличныхагрессивных сред в тех или иных конкретных условиях, пользуютсясправочными таблицами коррозионной и химической стойкости материаловили проводят лабораторные и натурные (непосредственно на месте и вусловиях будущего применения) коррозионные испытания образцов, а такжецелых полупромышленных узлов и аппаратов. Испытания в условиях, болеежёстких, чем эксплуатационные, называют ускоренными.1.2Выбор направления исследования.Технический прогресс в современном машиностроении связан сувеличением значений рабочих параметров машин и агрегатов (уровнярабочих температур, единичных мощностей, скоростей технологическихпроцессов) при существенной эксплутационной нестационарности тепловыхи силовых режимов эксплуатации.

С ростом времени эксплуатации и68удельных рабочих параметров изделий и агрегатов увеличивается доляотказов,связанныхмеханическимииповторностьютермическимиицикличностьюнагрузками,работанагруженийвусловиях,форсированных и эксплутационных режимов.Такоенагружениехарактернодляконструкцииэнергетическоготранспортного и химического машиностроения, авиации, ракетной техники,реакторостроения в связи с интенсификацией технологических процессов.Актуальными становятся задачи по повышению надежности, увеличениюресурса и снижению металлоемкости машин и конструкции.Решение поставленной задачи, представляет собой разработку методоврасчета и прогнозирования прочности конструктивных элементов в условияхнестационарных тепловых и механических нагрузок. Большое значение приэтом, имеет исследование их реальной нагруженности и повреждаемости приэксплуатации, где существенным фактором, определяющим формированиенеобратимых изменений в материале детали, является температура (режим ееизменения).Выработка ресурса изделия определяется, как правило, рабочимипроцессами.Дляповторяемостьюбольшинстванагружениясмашиниконструкцииотносительнобольшимивсвязиснеупругимидеформациями (около 0,5…1 %) при ограниченном числе циклов (10 4)развиваются длительное статическое и усталостное повреждение.

Поэтомузадача прогнозирования прочности и ресурса элементов таких машин иконструкциипредопределяетнеобходимостьисследованияпроцессовмалоциклового деформирования с анализом накопления как длительныхстатических,такималоцикловыхусталостныхнагруженийвовзаимодействии. Этим процессом характерно наличие макропластическихдеформаций в зонах концентрации напряжения.Математическая теория пластичности является одним из основныхразделов механики деформируемого твердого тела. Ее развитием в разное69время занималось большое количество ученых.

В последнее время выходиломало публикаций по этому вопросу, из которых можно выделить работыИшлинского А.Ю., Ивлева Д.Д. [27], Русова Б.П. [45] и других. В этихработах приводятся основные положения теории пластичности и ползучести,основные гипотезы деформирования твердого тела, положенные в основутеории течения и классических вариантов теории ползучести.В [27] изложено построение общих соотношений теории идеальнойпластичности, упрочняющегося материала, а также материалов со сложнымиреологическими свойствами. При разработке математической теориипластичности, авторы опирались на собственные исследования этого вопросаи их результаты, имеющие фундаментальное значение для теории.

Даетсяобъяснение возможности применения изложенных теоретических выкладок ктехнологическимпроцессамобработкиматериаловдавлением,деформированию и течению пластических тел.В [45] изложенные теории обобщаются в соотношения, применимые дляпроведения расчетов простейших систем. Применение представленныхсоотношений для расчета реальных конструкции, в связи с их чрезвычайнойупрощенностью, является нецелесообразным. Объясняется это тем, чторассмотренныезависимостинеучитываютвозможныеусловиянагруженности конструкции.Поведение конструкционного материала в условиях воздействий разногорода, в том числе и циклических, возможно определить только опытнымпутем.