Расчет и конструирование типового оборудования (стр. 6 из 35)

Алюминий отличается высокой пластичностью и теплопроводностью, имеет высокую коррозионную стойкость во многих средах. Его применяют для изготовления деталей сложной формы, прокладок, облицовки внутренней поверхности аппаратов. Сплавы алюминия с кремнием (9 – 13%) называются силуминами. Такие сплавы обладают очень высокой стойкостью в азотной кислоте.

Титан и его сплавы отличаются высокой прочностью и коррозионной стойкостью, имеют малый удельный вес (почти вдвое легче стали), хорошо обрабатываются давлением, свариваются. Титан и его сплавы имеют низкий коэффициент линейного расширения, высокую жаропрочность и не склонны к хладноломкости.

Цирконий обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах щелочей, в кислотах различных концентраций. Имеет малый удельный вес и достаточно высокую прочность. Цирконий – серебристо-белый металл, твердый, тугоплавкий; плотностью 6,50 г/см³, температура плавления 1855°С. Химически очень стоек (на воздухе покрывается защитной пленкой окиси циркония ZrO₂). Сплавы на основе циркония используют в ядерной энергетике. Цирконий входит также в состав сплавов для изготовления химической аппаратуры, хирургических инструментов и пр. Сверхтугоплавкие карбид (температура плавления 3800°С), борид и нитрид циркония - материалы для жаростойкой керамики.

Тантал по коррозионной стойкости не уступает платине. Выдерживает высокие температуры (температура плавления 2850С).

2.6. Прокладочные материалы

Прокладочные материалы, служащие для уплотнения фланцевых соединений, должны обладать достаточной упругостью и прочностью для восприятия внутреннего избыточного или наружного давления и температурных деформаций, химической стойкостью в агрессивных средах, теплостойкостью.

Во фланцевых соединениях аппаратов и трубопроводов применяют уплотнительные прокладки из различных неметаллических материалов (паронита, фторопласта, асбеста, резины), металлов и комбинированные прокладки. Тип и материал прокладок выбирают в зависимости от конкретных условий работы: давления, температуры и степени агрессивности среды.

Асбест является минералом, способным расщепляться на тонкие волокна. Из асбеста изготовляют картон асбестовый толщиной 2 – 10 мм для изготовления прокладок, шнуры и набивки асбестовые для уплотнения сальниковых соединений. Асбест используют для изготовления комбинированных асбометаллических прокладок. Асбест используют при температурах не более 300С.

Паронит состоит из асбестового волокна, синтетических каучуков, наполнителей и вулканизаторов. Выпускается в виде листов толщиной от 0,4 до 6 мм. Стоек во многих средах при температурах от минус 182 до плюс 450С.

Фторопласт относится к фторсодержащим полимерам. Наиболее широко применяется фторопласт-4. Детали из фторопласта-4 получают прессованием в холодном состоянии с последующим спеканием. Фторопласт-4 хладотекуч, т.е. способен деформироваться при нагружении, поэтому прокладки из фторопласта помещают в замкнутый объем (соединения типа "шип – паз"). По химической стойкости фторопласт-4 превосходит все известные пластмассы: не растворяется в растворителях, устойчив к щелочам и кислотам, не набухает в воде и не горит. Применяют до температур, не превышающих 250С.

Резиновые прокладки изготовляют из технической листовой резины. Кроме того, выпускают фасонные изделия: шнур круглого и квадратного сечения, манжеты, кольца. Резина техническая листовая выпускается пяти типов: кислото-щелочестойкая, теплостойкая, морозостойкая, масло-бензостойкая и пищевая. Техническая резина применяется в диапазоне температур от минус 30 до плюс 50 С, теплостойкая резина имеет верхний предел температур до 90 - 140 С, а морозостойкая – нижний предел до минус 45 С.

В последнее время для изготовления высоконадежных прокладок используют уплотнительный материал на основе терморасширенного графита (ТРГ). Уплотнительный материал нового поколения ГРАФЛЕКС на основе ТРГ имеет высокую термостойкость и негорючесть, минимальную газопроницаемость, высокую химическую стойкость, экологическую чистоту.

Прокладки ГРАФЛЕКС используют на условное давление до 100 МПа и расчетную температуру от минус 200 до плюс 1000 °С.

Контрольные вопросы к лекции 2

1. Общие требования к материалам.

2. Факторы, влияющие на выбор материалов.

3. Факторы, зависящие от внешних условий.

4. Факторы, связанные со свойствами материала.

5. Влияние свойств рабочей среды на выбор материала.

6. Скорость коррозии.

7. Коррозионная стойкость материалов.

8. Виды коррозии.

9. Изменение свойств сталей при повышенных температурах.

10. Изменение свойств сталей при пониженных температурах.

11. Классификация и обозначение сталей.

12. Основные цветные металлы и сплавы, применяющиеся для изготовления химического оборудования.

13. Выбор прокладочных материалов.

14. Основные прокладочные материалы.

Лекция 3. Тема " Основы теории тонкостенных оболочек.

Уравнение Лапласа"

Рассматриваемые вопросы: Элементарные сведения из геометрии поверхностей вращения. Тонкостенные оболочки. Срединная поверхность. Главные сечения. Главные радиусы кривизны. Осесимметричная оболочка. Безмоментная теория. Уравнение равновесия элемента (уравнение Лапласа).

3.1. Элементарные сведения из геометрии поверхностей вращения

Основными формами элементов сосудов и аппаратов являются оболочки вращения.

Тонкостенными следует считать оболочки, толщина которых не превышает 10 % от внутреннего диаметра, т.е.

S

0,1, (3.1)

D

где S – толщина оболочки;

D – внутренний диаметр оболочки.

Такие сосуды и аппараты эксплуатируются при внутреннем избыточном давлении менее 10 МПа.

Оболочкой вращения называют оболочку, срединная поверхность которой образована вращением какой-либо плоской кривой вокруг оси, лежащей в ее плоскости. При этом кривая расположена по одну сторону от оси. Так, сфера образована вращением полуокружности вокруг ее диаметра, конус – вращением отрезка прямой, расположенного под углом к оси вращения, цилиндр – вращением отрезка прямой, расположенного параллельно оси.

Срединной поверхностью оболочки называют поверхность, равноудаленную от внутренней и наружной поверхностей оболочки.

На рисунке 3.1 срединная поверхность оболочки вращения получена вращением отрезка плоской кривой АВ вокруг оси S S , лежащей в плоскости отрезка.

При вращении любая точка С описывает окружность радиусом r, называемую параллельным кругом.

Кривая пересечения срединной поверхности плоскостью, проходящей через ось, называется меридианом (первым главным сечением). Радиус кривизны срединной поверхности в направлении меридиана называется первым главным радиусом кривизны

.

m O C1 .

Кривую пересечения оболочки плоскостью, перпендикулярной меридиану в какой-либо точке С, называют вторым главным сечением. Радиус кривизны срединной поверхности в направлении, перпендикулярном меридиану в какой-либо точке С, называют вторым главным радиусом кривизны

.

к O C2 .

Определим главные радиусы кривизны для наиболее часто встречающихся форм оболочек в корпусах и деталях аппаратов. На рисунках 3.2 –3.4 показаны главные радиусы кривизны для

следующих оболочек:

для цилиндра: r_m = _Ґ ; r_к = R; для сферы: r_m = r_к = R ;

r

для конуса: r_m = _Ґ ; r_к =

.

Рис. 3.2. Главные радиусы кривизны для цилиндра

Рис. 3.3. Главные радиусы кривизны для сферы

Рис. 3.4. Главные радиусы кривизны для конуса

Оболочка называется осесимметричной, если она нагружена силами, распределенными симметрично вокруг оси; краевыми силами, равномерно распределенными по параллельному кругу оболочки; краевыми моментами, равномерно распределенными по параллельному кругу и действующими в плоскости меридианов.

На элемент срединной поверхности осесимметричной оболочки вращения действуют силы и изгибающие моменты, вызывающие меридиональные

и кольцевые напряжения.