Лекции (1093315), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Лекция 5
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Свойства:
1. Низкая плотность- в 5-8 раз меньше стали и меди, в 2 раза меньше алюминия;
2. Низкая теплопроводность, хорошие изоляционные свойства;
3. Высокая удельная прочность ( иногда выше металлов );
4. Эластичность при криогенных температурах;
5. Большая адгезия к металлам;
6. Хорошие антифрикционные свойства при переменной температуре;
7. Немагнитность.
Применение полимерных материалов позволяет:
· Существенно уменьшить теплоприток через тепловые мосты и теплоизоляцию
· Повысить герметичность арматуры
· Повысить долговечность узлов трения
· Изготовлять немагнитные криостаты.
Определенная структура полимерных материалов на молекулярном уровне обеспечивает гибкость длинноцепных молекул при криотемпературах. Такое строение полимера обеспечивает его не хрупкое разрушение благодаря способности к высокоэластичным и вынужденно эластичным деформациям.
Механические свойства пластмасс с наполнителями в значительной степени зависят от свойств, количества и ориентации волокон наполнителя.
Полимеры условно делятся по прочности на 3 группы:
1. Низкая прочность - sр< 60 МПа ( полиэтилен, полистирол )
2. Средняя прочность - sр=60-100 МПа ( капрон, текстолит, гетинакс, полиамид)
3. Высокая прочность -sр > 100 МПа (стеклопластики, стеклотекстолит)
Влияние температуры на предел прочности и ударную вязкость
| Материал | Температура испытаний, К | sр, МПа(растяжение) | sс, МПа( сжатие) | Удар.вязкость, кДж/м2 |
| Текстолит ПТ | 293 | 85 | 167 | 28,4 |
| Стекловолокнит АГ-4С (однонаправленный) | 293 | 535 | 380 | 174 |
| При Т=90К | ||||
Механические свойства пластмасс
| Пластик | Т,К | Временное сопротивлениеразрыву, МПа | Модуль упругость, МПа |
| Фторопласт-4 (политетрафторэтилен) | 295 | 1,4 | 420 |
| Полиэтилен | 300 | 9,1 | 140 |
| Нейлон | 293 | 66 | 3000 |
| Майлар(полиэтиленфталат) | 300 | 147 | 7100 |
* - предел текучести при сжатии
| Полимер | Относительная деформация | Напряжение s, МПа | ||
| До предела пропорциональности, eпр | Разрывная деформация eразр | Предел пропор-циональности sпр | Прочность sразр | |
| Полистирол | 0,5 | 0,5 | 27,5 | 27,5 |
| Полиметилметакрилат (оргстекло) | 1 | 1 | 76 | 76 |
| Фторопласт-4 | 1,5 | 1,7 | 91 | 100 |
| Дифлон | 2,4 | 2,6 | 107 | 155 |
| Полиимид | 2,7 | 6,6 | 175 | 345 |
Механические свойства полимеров при Т=4,2 К
Раньше основным материалом для криогенных температур был фторопласт-4
( политетрафторэтилен). Последние 10-20 лет разработаны новые материалы:
· поликарбонаты
· полиимиды
· полисульфоны
· полиарилаты
У них по сравнению с фторопластом-4 в 2-4 раза выше остаточная деформация, в 2-15 раз больше работа разрушения при Т=4К.
Применение
1. Материалы уплотнений
а). поликарбонат дифлона
б). полиамиды
в). фторопласты
На подложку из стали 12Х18Н10Т наносится полимерное покрытие толщиной 100-120 мкм. Клапаны с уплотнением из поликарбоната выдерживают до 10 тыс. срабатывания клапана без утечек.
2. Опоры , стержни-фиксаторы криогенных резервуаров, горловины сосудов.
Стеклопластики (АГ-4С; 27-63) - композиционные материалы, состоящие из армирующего стекловолокна, которое скреплено в монолитную конструкцию связывающим полимерным клеем.
Наибольшим значением адгезии к стекловолокну обладают эпоксидные смолы.
При криогенных температурах прочность стеклопластиков возрастает в 2-3 раза с одновременным возрастанием ударной вязкости на 30-40%. Стеклопластики как теплоизоляционный материал обладают наивысшими показателями эффективности
где s- эксплутационное напряжение; l-коэффициент теплопроводности.
По отношению к нержавеющей стали
3. Узлы трения при низких температурах.
Металлические узлы трения, которые эксплуатируются при криогенных температурах без смазки склонны к схвачиванию ( свариванию ) и поэтому становятся неработоспособными. Особенно этот недостаток проявляется в вакууме ( р=10-7 Па).
Полимеры свободны от этого недостатка. Антифрикционные материалы на основе фторопласта-4, полиимиды применяются на направляющих втулках, арматуре.
Лекция 6
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТЫ ДЛЯ ВЫБОРА КОНСТРУКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ
Сосуды и аппараты, применяемые в промышленности принято считать тонкостенными, если толщина их стенки не 10% внутреннего диаметра. Такие аппараты и сосуды эксплуатируются обычно до давления не более 10 МПа.
Основным узлом сосуда и аппарата является корпус, который определяет его форму, размеры , производительность и стоимость. Корпус изолирует обрабатываемую среду, подвергаясь ее химическому воздействию и воспринимая при этом механические и тепловые нагрузки. Таким образом, надежность работы аппарата во многом зависит от надежности его корпуса.
Корпуса аппаратов состоят из оболочек (обечаек) различной конфигурации, соединенные друг с другом как неразрывными ( сварными) , так и разъемными ( фланцевыми) соединениями. Корпус чаще всего работает в условиях статических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением, а также под воздействием осевых, поперечных сил и изгибающих моментов.
Основные расчетные параметры для выбора конструкционного материала и расчет оборудования на прочность содержится в ГОСТ 14249-89 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность".
К основным расчетным параметрам относятся:
1.ТЕМПЕРАТУРА.
1.1 Рабочая температура - это температура среды содержащаяся в аппарате или перерабатываемая в нем при нормальном протекании в нем технологического процесса.
1.2 Расчетная температура - наибольшее значение температуры стенки. Ее определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний. Если температура стенки ниже 20о С , то за расчетную принимают 20оС.
2.ДАВЛЕНИЕ.
2.1 Рабочее давление - максимальное внутреннее избыточное или наружное давление возникающее в сосуде или аппарате при нормальном протекании в нем рабочего процесса .
При этом не учитываются:
А) гидравлическое давление среды,
Б) допустимое кратковременное повышение давления во время действия предохранительного клапана. ( при срабатывании клапана).
2.2. Расчетное давление ( в рабочих условиях) - давление, при котором производится расчет на прочность элементов сосудов и аппаратов. Как правило, расчетное давление равно рабочему или выше его:
рр=р + рг
где рг - гидростатическое давление среды. Если (рг/р)х100% меньше или равно 5% , то рр=р
- если во время действия предохранительных устройств давление в аппарате повышается больше, чем на 10% по сравнению с рабочим, расчет должен - производиться на давление, равное 90% давления при полном открытии предохранительного устройства
- при расчете элементов, разделяющих пространство с разными давлениями за расчетное принимают либо каждое давление в отдельности, либо то, которое требует большей толщины стенки; если давление с разных сторон дейс- твует одновременно, то производится расчет на разность давлений.
При расчете берется разность давлений, если данные о вакууме отсутствуют , то р2=0
- аппараты, работающие под вакуумом, обычно испытывают внутренним давлением на 0,2 МПа
- если действует гидростатическое давление, которое превышает рабочее на 5%, то расчетное давление повышается на ту же величину.
2.3. Пробное давление - максимальное давление, при котором производится испытание сосуда.. Испытание бывает гидравлическим или пневманическим.
Величина давления регламентируется ГОСГОРТЕХНАДЗОРОМ и указана в таблице.
Различают испытание на заводе-изготовителе и испытание при периодическом освидетельствовании аппарата. Испытание аппарата проводят гидравлически на пробное давление , указанное в таблице.
При этом для сосудов и их элементов , работающих при отрицательной температуре, ри принимается таким же, как при Т=200С. Для сосудов, работающих при температуре стенки +2000С до +4000С ри не должно превышать р более чем в 1,5 раза, а при температуру свыше +4000С - не более чем в 2 раза.
Для сосудов высотой более 8 м пробное давление следует принимать с учетом гидростатического давления в рабочих условиях, т.е. в таблице вместо р принимают рр.
Расчетное давление в условиях испытаний - давление, которому подвергаются сосуды во время пробного испытания, если гидростатическое давление повышается более 5%, то оно прибавляется.
Величину пробного давления при испытаниях измеряют в верхней точке аппарата, где установлен манометр. Пробное давление выдерживают в течение 5 мин., после чего давление снижают до рабочего, и при рабочем давлении проводят осмотр и обстукивание сварных швов.
При заполнении аппарата необходимо следить за тем, чтобы в нем не остался воздух, наличие которого можно видеть по неустойчивому положению стрелки манометра. При спуске воды из аппарата следует открыть воздушник, чтобы предотвратить нежелательное действие на аппарата внешнего давления.
В тех случаях, когда провести гидравлическое испытание невозможно из-за больших напряжений в стенках или фундаменте аппарата, или при трудностях удаления воды после испытания аппарата разрешается проводить пневматическое испытание на такое же пробное давление. При этом ввиду повышенной опасности пневматического испытания люди должны находиться в безопасных местах. После снижения давления до рабочего проводят осмотр и проверку плотности швов мыльной пеной. Обстукивание швов под давлением при пневматическом испытании запрещается.
При проведении испытания воздухом следует предварительно провести продувку аппарата водяным паром до полной очистки его от взрывоопасных продуктов, если такие продукты там содержались.
Аппараты , работающие под вакуумом , испытывают гидравлически давлением 2 атм или пневматически на давление 1,1 атм. 3.Допускаемые напряжения. Коэффициенты запаса.
Допускаемые напряжения - это напряжения, обеспечивающие надежную работу оборудования без перерасхода конструкционных материалов.
Если аппарат работает при статической однократной нагрузке, то допускаемые напряжения определяются следующим образом (отметим, что если аппарат работает при многократной статической нагрузке и количество циклов нагружения < или = 1000 , то такая нагрузка считается однократной) :
1. Для углеродистых и низколегированных сталей
2. Для аустенитных сталей
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
