|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 48 Таблица 5.1 Жесткость стыка (серый чугун)
Таблица 5.2 Доля пластических деформаций в общей деформации стыка
 вязкость масла и чем более чисто обработана поверхность. Так, веретенное масло увеличивает жесткость стыка (R = = 20 мкм, удельная нагрузка 5 Н/мм) на 25%, смесь равных долей компрессорного масла и олеиновой кислоты - на 34%. Поскольку при сближении поверхностей имеют место как упругие, так и пластические деформации, целесообразно оценить долю пластических деформаций в общей величине сближения. Эти данные приведены в табл. 5.2. Жесткость стыка / (в Н/мм) может быть подсчитана по формуле Рис. 5.3. Варианты стыков с предварительным натягом При 0,1 < 9 < 10 H/мм где W - коэффициент, зависящий от материала, шероховатости поверхности и числа нагружений; q - удельная нагрузка на стыке, Н/мм. Значения податливости для одинаковых образцов приведены в табл. 5.3. Представляет интерес вопрос о жесткости стыка, составленного из разнородных поверхностей. Эксперименты показали, что при сочетании гладкой поверхности (стальная закаленная плитка, шероховатость по 10а классу) с шероховатой (точеный торец круглого образца, шероховатость по 4-му классу) происходит существенное сближение поверхностей под удельной нагрузкой 5 Н/мм (табл. 5.4). Таблица 5.3 Податливость стыков из стали и чугуна
Таблица 5.4 Сближение поверхностей стыка из разнородных материалов
В связи с этим целесообразно иметь в стыках некоторый предварительный натяг Рд,.нач> увеличивающий жесткость, что может быть достигнуто введением упругих элементов (пружин), охватывающих стык, но не влияющих на модуль передаваемого усилия, например, как показано на рис. 5.3. 5.3. ПОСАДОЧНЫЕ ГНЕЗДА И ТРУБОПРОВОДЫ, КАК ЭЛЕМЕНТЫ ВХОДНОЙ ЦЕПИ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ При измерении давления жидкости или газа возникает специфическая задача неискаженной передачи этого параметра ко входу преобразователя давления в другую механическую или электрическую величину без нарушения условий функционирования самого контролируемого объекта. Соответственно к под-соединительным элементам входной цепи датчиков давления предъявляют, с одной стороны, требования точности функции преобразования, а с другой стороны, требования герметичности и механической прочности. При работе в условиях статических давлений коэффициент преобразования трубопровода постоянен и равен I. Однако на практике давление на контролируемых объектах никогда не бывает чисто статическим. Динамические же характеристики трубопровода определяются как его геометрическими параметрами, так и составом среды в трубопроводе, и поэтому могут вносить существенные искажения в механический сигнал в процессе передачи давления от объекта контроля к преобразователю давления. Метрологические характеристики трубопровода как звена по передаче сигнала в виде механического давления на заданное расстояние для ориентировочных расчетов можно считать однозначно заданными через параметр соо - собственную частоту колебаний среды в этом трубопроводе. При определении собственной частоты колебаний трубопровода необходимо учитывать форму канала, соединяющего датчик Рис. 5.4. Варианты выполнения трубопровода, соединяющего датчик с объектом С объектом. Практически достаточно ограничиться рассмотрением двух вариантов исполнения этого канала: 1) трубопровода постоянного сечения с заглушкой на конце (рис. 5.4, а); 2) трубопровода, соединенного с внутренней полостью датчика определенного объема (рис. 5.4, б). Для заполненного жидкостью трубопровода с полостью на конце, учитывая податливость его стенок, но пренебрегая конечной величиной жесткости преобразователя давления в другой физический параметр, используемый для передачи информации, собственную частоту можно подсчитать по формуле /ож - (6.5) где /ож - собственная частота канала с полостью и жидкостным заполнением; р - плотность жидкости; s = ndV4 - площадь поперечного сечения канала; d - внутренний диаметр канала; I - длина канала; V - объем внутренней полости датчика; - приведенный модуль упругости жидкости 1 + (£ d/£6 ) и соединительного трубопровода; - модуль упругости жидкости; Е - модуль упругости материала стенок трубопровода; 6о - толщина канала стенок трубопровода. Для трубопровода постоянного сечения при F = О формула для расчета собственной частоты принимает вид f - /ож - (5.6) где /ож - собственная частота канала постоянного сечения с жидкостным заполнением, Гц. Если же пренебречь податливостью стенок трубопровода, то в формулах (5.5) и (5.6) приведенный модуль упругости жидкости и соединительного трубопровода К должен быть заменен на модуль упругости жидкости о-  Рис. 5.5. Вариант жидкостного заполнения канала трубопровода Практически необходимость учета податливости стенок трубопровода возникает только в случаях, либо когда трубопровод представляет собой тонкостенную конструкцию (бд <: <: 0,Ы) либо, когда он изготовлен из полимерных материалов с малым значением модуля упругости Е. Приведенные формулы принципиально могут быть использованы и для расчета каналов с газовым заполнением. Однако, учитывая, что для большинства используемых в технике газовых сред в справочной литературе приведены сведения о величине скорости звука в определенных температурном диапазоне и диапазоне рабочих давлений, в ряде случаев оказывается более удобным применение приближенной формулы, связывающей собственную частоту канала со скоростью распространения в нем акустических колебаний в предположении, что стенки канала имеют бесконечно большой модуль упругости по сравнению с модулем упругости газа: f С /ог - где - собственная частота канала с полостью и газовым заполнением; С - скорость звука в газовой среде. Для канала с постоянным сечением (5.7) Поскольку трубопроводы, идущие к датчикам давления, представляют собой, как правило, тупиковые участки, возможна ситуация, когда при жидкостном заполнении канала участок, примыкающий к датчику, будет заполнен воздухом в виде пузырьков, оставшихся при заполнении системы либо выделившихся из жидкости, если в последней был растворен воздух (рис. 5.5). В этих случаях податливость системы определяется в основном упругостью газовой подушки , а масса - массой заключенной в ней жидкости, что приводит к резкому снижению собственной частоты канала. В этих случаях целесообразно рассматривать полученную систему как систему с сосредоточенными массой и жесткостью. Соответственно частота колебаний может быть определена по формуле /ос = /жр(-7-+г-ж) (5.8) 109 fa А 10000  100 - Рис. 5.6. Номограмма для определения собственной частоты трубопровода: кривая 1 - для канала с жидкостным заполнением; кривая 2 - для канала с газовым заполнением  Рис. 5.7. Вариант крепления датчика на объекте с помощью резьбового соединения: I - подсоединительпый штуцер; 2 - прокладка; 3 - датчик где /ос - собственная частота канала с полостью и смешанным заполнением; Р - среднее давление в трубопроводе; /ж - длина участка трубопровода, заполненного жидкостью. Длина участка трубопровода, заполненного жидкостью, может быть в реальных условиях эксперимента легко определена по изменению акустических или тепловых свойств трубопр'овода в месте раздела жидкостной и газовой сред. В случае применения гибких и прозрачных трубопроводов из полимерных материалов возможно также визуальное определение искомой точки. Если до начала эксперимента канал был заполнен воздухом при нормальном атмосферном давлении, а в процессе эксперимента из контролируемой магистрали объекта поступает жидкость под средним давлением Р<,р> собственная частота канала может быть определена графоаналитическим методом с помощью номограммы, построенной в координатах частота-приведенная длина (рис. 5.6). Приведенная длина трубопровода, т. е. длина такого трубопровода постоянного сечения, у которого поперечное сечение и объем равны соответственно поперечному сечению и суммарному объему рассчитываемого канала, определяется по формуле Выполнение второго требования, предъявляемого к подсоеди-нительным элементам, - обеспечение неискаженных условий функционирования - связано с соблюдением следующих условий: 1) изменение объема внутренней полости контролируемого объекта должно быть минимальным; 2) подсоединительные элементы не должны существенно менять аэродинамические или гидродинамические характеристики полости объекта, если в ней имеет место перемещение масс газа или жидкости; 3) соединение датчика с объектом должно быть герметично и не должно разрушаться при перегрузках. Первые два условия легче всего выполнить, заменяя часть поверхности стенки контролируемого объекта непосредственно преобразователем давления в силу или деформацию (ввертные датчики). Что касается третьего условия, то око может быть выполнено при правильном конструировании и расчете крепежных и герметизирующих узлов датчиков давлений или их присоединительных элементов. В подавляющем большинстве случаев крепление и уплотнение датчиков на объекте осуществляются с использованием резьбовых соединений (рис. 5.7). При их расчете необходимо учитывать как усилие среза от воздействия давления, так и усилие среза, возникающее от момента затяжки. При расчете резьбового соединения кроме перечисленных факторов необходимо учитывать деформацию посадочного места при воздействии измеряемого давления, вследствие чего может произойти разгерметизация соединения, а также усилия, возникающие при температурной деформации резьбового соединения во время эксплуатации. Таким образом, в связи с тем, что задача расчета резьбового соединения оказывается статически неопределимой задачей со многими неизвестными, проектный расчет резьбового соединения провести сразу не представляется возможным. Поэтому обычно расчет ведут в два этапа: предварительный расчет по выбору допустимых параметров резьбового соединения, проверочный прочностной расчет. После проведения второго этапа расчета, если резьбовое соединение не удовлетворяет хотя бы одному из требований по прочности, необходимо скорректировать параметры соединения и вновь произвести проверочный прочностной расчет. Предварительный расчет. Задачей первого этапа расчета является предварительный выбор параметров резьбового соединения: диаметра резьбы d; длины резьбовой части и профиля резьбового соединения. Усилие среза в резьбе, развиваемое измеряемым давлением, Q = / omS/, (5.9) где К - коэффициент запаса; Р„о„ - измеряемое давление; s - площадь, на которую воздействует измеряемое давление в резьбовом соединении. Предварительный расчет Q производится исходя из значения давления, равного 2Р„ом. в связи с тем, что усилие затяжки для герметизации резьбового соединения обычно близко к усилию, развиваемому измеряемым давлением. Площадь же, на которую воздействует измеряемое давление, для вида соединения, показанного на рис. 5.7, рассчитывают через средний диаметр прокладки, но так как еще не известны параметры резьбового соедине- ния, то для предварительного расчета площадь, на которую воздействует измеряемое давление, определяют по формуле S = 0,865(Р, (5.10) где d - предварительный диаметр резьбы. В зависимости от условий эксплуатации и соображений технологичности выбирают материалы резьбового соединения и прокладки, а также параметры прокладки (ее высоту и ширину, а внутренний диаметр ее равен наружному диаметру резьбы d), профиль резьбового соединения, шаг резьбы s и принимают число витков резьбы z = 8 ввиду того, что основную нагрузку в резьбовом соединении несут только эти витки. Затем определяют предварительный диаметр резьбы через допустимое усилие среза в резьбе [33] где Н = ZS - длина резьбовой части; К - коэффициент заполнения (для треугольных резьб К 1); [т^р ] = (0,1-=-0,15) с,.- допустимое напряжение среза; 0. - предел текучести материала резьбы. Решая совместно уравнения (5.9) и (5.10), приравнивая Q = = Сдоп, определяем предварительный диаметр резьбы по формуле (5.1.) Для выбранных параметров резьбового соединения проводится прочностной расчет. Проверочный прочностной расчет. Напряжение среза в резьбе определяется [64] по формуле где di - внутренний диаметр резьбы; - осевое усилие среза резьбы. Осевое усилие среза резьбы Со = С1 + Суп + Сд + С/, (5-12) где Qi - усилие, развиваемое в резьбе номинальным давлением; Qyn - усилие, необходимое для создания герметичного уплотнения; Сд - дополнительное уплотняющее усилие, обусловленное деформацией посадочного места при воздействии измеряемого давления; Qt - дополнительное уплотняющее усилие, обусловленное температурными деформациями посадочного места; х - коэффициент основной нагрузки резьбового соединения. Усилие, развиваемое в резьбе номинальным давлением, Ql =-4-РномЛ(ср. где dcp - средний диаметр прокладки. 112 Коэффициент основной нагрузки резьбового соединения где Хо - коэффициент податливости присоединительного элемента; ki - коэффициент податливости прокладки. Коэффициент податливости присоединительного элемента где /о - длина безрезьбовой части присоединительного элемента; d - наружный диаметр резьбы (в формуле наружный диаметр ненарезанной части посадочного места принят равным наружному диаметру резьбы); а = dJd; dn - внутренний диаметр присоединительного элемента. Коэффициент податливости прокладки Елйт (1-а?) где 1 = dsii/du; вн - внутренний диаметр прокладки (на практике очень часто выбирают dsn = d); d - наружный диаметр прокладки; - высота прокладки. Усилие, необходимое для создания герметичного уплотнения, определяется по формуле Qy >- ndpbmP oM, где b - ширина прокладки; т - прокладочный коэффициент (для алюминиевой прокладки m = 2; для мягкой меди т = 2,4). Дополнительное уплотняющее усилие, обусловленное деформацией посадочного места при воздействии измеряемого давления, определяют [13] по формуле Q = (l-x)Q,. (5.14) Дополнительное уплотняющее усилие, обусловленное температурными деформациями посадочного места, определяют по формуле [aih - оо (/о + 0,3d) ] {tp - / ) =-h + h (- где ао, - коэффициенты линейного расширения материалов присоединительного элемента и прокладки соответственно; - температура рабочей (измеряемой) среды; - температура окружающей среды при монтаже. Напряжение смятия в резьбовой части присоединительных элементов [64] где [оГс„] = (0,15-0,2) От - допустимое напряжение на смятие витков резьбы. Исходя из полученных значений напряжений на срез и смятие витков резьбовых соединений и посадочных мест, выбирают материал, обеспечивающий необходимые характеристики. Однако при выборе материала посадочных мест, штуцера и корпуса, контактирующих с измеряемой средой, эти материалы должны, кроме обеспечения прочностных характеристик, обладать химической стойкостью к измеряемой среде, взрыво- и по-жаробезопасностью при контактировании с измеряемой средой, работоспособностью в диапазоне температур измеряемой среды, материал должен обеспечивать требуемую герметичность для измеряемой среды. Выбор материала с учетом каждой из перечисленных особенностей эксплуатации необходимо проводить для конкретных измеряемых сред. Дальнейший расчет на прочность резьбовых соединений ведется для двух случаев: при статических нагрузках, при переменных нагрузках. Для выбранного материала резьбовых и посадочных мест необходимо произвести расчет на прочность при кручении предельным моментом при монтаже. Крутящий момент при сборке резьбового соединения [13] где Qg = + Qn + Qt - растягивающее усилие в резьбе при отсутствии давления в магистрали; - средний диаметр резьбы; - коэффициент трения в резьбе, зависящий от чистоты обработки резьбовых поверхностей и смазки. Касательные напряжения в резьбовой части присоединительного элемента при затяжке с крутящим моментом будут [11 ] ndf(l-al) где При затяжке резьбы, кроме касательных напряжений, возникают напряжения растяжения [13]: Согласно энергетической теории изменения формы, приведенные напряжения в резьбовой части подсоединительного элемента при монтаже [33 ] Опр. зат - / oLt + Зт< 0,8о^. (5.18) В рабочем положении (при воздействии измеряемого давления) в соединении возникают дополнительные усилия от темпе- 1 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 48 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||