WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Собираемость кольцевых стыковых соединений базовых деталей можно было бы значительно улучшить при наличии контрольно-измерительных устройств, позволяющих быстро и в полном объеме получить информацию о геометрических характеристиках поперечных сечений деталей. Но имеющиеся в настоящее время на аппаратостроительных предприятиях средства не позволяют этого сделать. Поэтому актуальной является проблема разработки оперативного способа контроля геометрических характеристик поперечных сечений базовых деталей корпусов аппаратов.

Возникающие в процессе изготовления отклонения формы и размеров поперечных сечений базовых деталей оказывают влияние на напряженнодеформированное состояние корпусов аппаратов при нагружении внутренним или внешним давлением. В работе разработаны методики учета влияния отклонений формы на прочность корпусов аппаратов, нагруженных внутренним давлением.

Вторая глава посвящена исследованию влияния отклонений формы поперечного сечения кожухов на коэффициент эффективности конструкции КТА.

Коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве теплообменника определяется по формуле = Jtot i, где Jtot - общий коэффициент эффективности конструкции аппарата; i - коэффициент теплоотдачи идеального пучка при поперечном омывании.

Коэффициент эффективности конструкции рассчитывается по выражению Jtot = Js JbJl JcJr, где Js - коэффициент, учитывающий шаг размещения перегородок на входном и выходном участках межтрубного пространства; Jb - коэффициент, учитывающий байпасный переток между корпусом и периферией пучка; Jl - коэффициент, учитывающий переток между корпусом и перегородкой, перегородкой и трубами; Jc - коэффициент, учитывающий теплопередачу в окне сегментной перегородки; Jr - коэффициент, учитывающий противоположные градиенты температур, возникающие при ламинарном течении.

От точности изготовления кожуха по форме и внутреннему диаметру поперечного сечения зависят поправочные коэффициенты Jl и Jb.

На основе анализа влияния отклонений формы поперечного сечения кожуха (овальность, угловатость и смещение кромок в продольном шве) на площади зазоров в межтрубном пространстве теплообменников были установлены аналитические зависимости коэффициентов Jl и Jb от параметров отклонений формы. На рис. 1 и 2 приведены зависимости данных коэффициентов от величины овальности сечения кожуха для четырех типоразмеров теплообменников.

С увеличением параметров отклонений формы поправочные коэффициенты, а следовательно и коэффициент эффективности конструкции, уменьшаются. Было установлено, что допускаемые согласно НТД отклонения формы поперечного сечения кожуха могут снизить коэффициент эффективности конструкции КТА на 6…12%.

0,0,0,Ds=1000 мм 0,Jl 0,0,660 0,0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,aов, % Рис. 1. Зависимость поправочного коэффициента Jl от величины овальности сечения кожуха 0,0,Ds=1400 мм 0,Jb 0,0,0,0,00,20,40,60,81,aов, % Рис. 2. Зависимость поправочного коэффициента Jb от величины овальности сечения кожуха Во второй главе также исследовано влияние отклонений формы на напряженно-деформированное состояние корпусов аппаратов, нагруженных внутренним давлением.

Одними из распространенных отклонений формы в зоне сопряжения “обечайка-эллиптическое днище” являются смещение кромок и конусность отбортовочной части днища, которые возникают в процессе изготовления аппаратов. Смещение кромок имеет технологическое происхождение. Его конечная величина представляет собой результат накопившихся погрешностей на всем потоке заготовительных, формоизменяющих и сборочных операций Исследованию влияния смещения кромок на работоспособность аппаратуры посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных исследователей, в которых доказано отрицательное влияние смещения кромок на напряженное состояние кольцевого сварного соединения.

В то же время в литературных источниках недостаточно данных о напряженном состоянии кольцевого стыкового соединения "обечайка-днище".

В аппаратостроении находят наиболее широкое применение стандартные эллиптические днища. Поэтому представляет интерес рассмотрение влияния отклонений формы в зоне сопряжения “обечайка-эллиптическое днище” на напряженное состояние краевой зоны сосудов давления.

Для исследования указанного выше влияния был использован метод конечных элементов (МКЭ), который позволяет учесть особенности геометрии зоны сопряжения.

Смещение кромок при равенстве толщин стенок обечайки и днища характеризуется величиной Dоб - Dдн с =, где Dоб - внутренний диаметр обечайки; Dдн – внутренний диаметр днища.

На рис. 3 и 4 показаны распределения меридиональных напряжений вдоль образующей аппарата для его внутренней и наружной поверхностей для случаев смещения кромок с = 0; s/4; -s/4, где s – толщина стенки днища. Коэф фициент толстостенности днищ = s/Dдн = 0,01. Толщины днищ и цилиндрических обечаек были приняты одинаковыми. Напряжения и расстояние вдоль образующей аппарата, отмеряемое от полюса днища, представлены на ниже приводимых рисунках в относительных величинах l m = ; l =, m об lэ pDв об где - меридиональные напряжения; = - окружное напряжение в m 2s обечайке того же диаметра, что и днище, по безмоментной теории оболочек; p - внутреннее давление; Dв - внутренний диаметр днища ( Dв = Dдн ); s - толщина стенки днища; lэ - четверть периметра эллипса, описывающего профиль сечения днища.

1 – смещение c = 0; 2 – с = s/4; 3 – c = -s/Рис. 3. Распределение меридиональных напряжений вдоль образующей аппарата на внутренней поверхности днища и в зоне, прилегающей к стыку 1 – смещение c = 0; 2 – с = s/4; 3 – c = -s/Рис. 4. Распределение меридиональных напряжений вдоль образующей аппарата на наружной поверхности днища и в зоне, прилегающей к стыку Как видно из приведенных рисунков, знак смещения кромок определяет характер распределения напряжений в краевой зоне. В случае положительного смещения кромок, т.е. когда Dдн < Dоб, имеет место значительное возрастание напряжений на наружной поверхности днища в зоне, прилегающей к стыку.

При отрицательном смещении кромок, т.е. когда Dдн > Dоб, возрастание меридиональных и эквивалентных напряжений имеет место на наружной поверхности краевой зоны обечайки.

На рис. 5 показана зависимость максимальных напряжений на наружной поверхности краевой зоны со стороны обечайки и днища от величины смещения с при =0,01. Штриховые вертикальные линии соответствуют допускаемым значениям смещения кромок согласно ОСТ 26 291-94.

Наличие конусности в отбортовочной части эллиптического днища также оказывает влияние на распределение напряжений в краевой зоне сопряжения обечайки и днища. Было проведено исследование влияния угла конусности отбортовочной части днищ на напряженное состояние сосудов давления.

1 – со стороны обечайки; 2 – со стороны днища Рис. 5. Зависимость меридиональных напряжений на наружной поверхности в зоне шва от величины смещения кромок в стыке “обечайка-днище” Было установлено, что отклонения формы в зоне сопряжения “ обечайкаэллиптическое днище ” могут оказывать значительное влияние на напряженное состояние сосудов давления в краевой зоне даже в пределах допускаемых значений согласно нормативно-технической документации на изготовление. При этом наиболее существенно изменяются распределения для меридиональных напряжений. В случае одновременного наличия нескольких отклонений формы, их взаимное влияние может усиливаться или ослабляться.

Третья глава посвящена разработке способа и средств контроля формы и размеров базовых деталей КТА, методики обработки результатов замеров.

Разработанный способ контроля заключается в следующем.

Измерительное устройство помещают внутрь контролируемой детали, причем ось вращения устройства устанавливают относительно оси вращения детали приблизительно, с точностью до ±20% от диаметра. Далее вращают вокруг оси водило, в направляющих которого установлена с возможностью пере мещения в радиальном направлении подпружиненная измерительная штанга с роликом на ее конце, катящимся по проверяемой поверхности детали. Значения текущих радиуса детали и угла поворота водила через определенные промежутки с помощью датчиков передаются электронному устройству (например, компьютеру), которое накапливает результаты замеров, контролирует величину угла поворота водила и при совершении водилом полного оборота численным интегрированием с использованием массива значений углов и радиусов контрольных точек находит положение центра тяжести сечения детали, пересчитывает углы и радиусы контрольных точек детали относительно центра тяжести сечения детали, определяет периметр и средний диаметр сечения, максимальные отклонения формы от круглости и диаметров от номинального значения.

Положение центра вращения водила О характеризуется координатами xo и yo относительно осей сечения детали (рис. 6). Замер радиусов контрольных точек производится при вращении водила с шагом по углу, равным. По результатам измерений получаются массивы значений радиусов ri и угловых координат i контрольных точек, которые образуют табличную зависимость ri=f(i), где i – номер контрольной точки.

Положение центра тяжести сечения детали определяется относительно центра вращения водила координатами, которые рассчитываются по формулам:

S Sx y c = arctg ; rc =, S S cosc y где S – площадь сечения детали; Sx и Sy – статические моменты сечения детали относительно осей x и y соответственно.

Площадь сечения и статические моменты определяются по зависимостям:

n S = i r 2 wi ;

i=n m ri S = w 3 cosi r2 w ;

xi j j i=0 j= n m ri S = w 3 sini r 2 w, yi j j i=0 j=где wi – весовые коэффициенты численного интегрирования.

r'i ri i yo O 'i xo C Dmax Рис. 6. Схема контроля внутренней поверхности базовой детали После нахождения положения центра тяжести сечения детали С пересчитываются значения ri и i контрольных точек относительно центра тяжести сечения С. Новые значения радиусов и углов находятся по формулам:

ri = ri2 + rc2 - 2 ri rc cos(i -c );

ri sini - rc sinc i = arctg.

ri cosi - rc cosc Таким образом, получаем новую зависимость ri = f (i ), используя которую находим периметр сечения детали, средний диаметр, максимальный и минимальный диаметры сечения, величину отклонения от круглости, наибольшее отклонение диаметра от среднего значения.

На разработанный способ контроля получен патент на изобретение РФ № 2166729.

min D Для возможности осуществления указанного способа контроля были разработаны контрольно-измерительные устройства (профилографы) нескольких конструкций (для малогабаритной и крупногабаритной аппаратуры).

Профилографы позволяют записывать профилограмму сечения детали в память компьютера. Они осуществляют контроль размеров по внутренней поверхности цилиндрических деталей.

Рассматриваемые профилографы позволяют контролировать и измерять все виды отклонений формы и размеров поперечных сечений цилиндрических деталей: овальность, огранку, угловатость в продольном шве, смещение кромок, отклонение периметра (среднего диаметра). Данные устройства дают возможность заменить такие широко применяемые в настоящее время на производстве средства измерений и контроля, как линейки, рулетки, нутромеры, шаблоны, при этом значительно повысив точность замеров и контроля.

На базе профилографов создана контрольно-измерительная система (КИС), позволяющая автоматизировать процесс измерений и обработки результатов замеров. Точность измерений КИС составляет ±0,5 мм. Если КИС подключить к исполнительным механизмам сборочных устройств, то это позволит автоматизировать процесс сборки базовых деталей корпусов аппаратов по оптимальному варианту.

В четвертой главе выполнена разработка технологии сборки корпусов аппаратов с учетом реальных форм и размеров сечений базовых деталей.

Сборка стыкуемых деталей осуществляется за счет оптимизации взаимного расположения поперечных сечений деталей с целью минимизации образующегося смещения кромок из-за наличия отклонений формы сечений. Для возможности осуществления данного вида сборки была разработана конструкция сборочного стенда.

Основу стенда для сборки цилиндрических корпусов аппаратов составляет роликовый стенд, состоящий из двух частей. Первая часть представляет собой типовой роликовый стенд, дополнительно оборудованный роликовым кон вейером. Вторая часть стенда для сборки цилиндрических корпусов аппаратов выполнена в виде подъемной платформы, оборудованной двумя парами роликоопор. Одна из стыкуемых деталей располагается на основной части роликового стенда, вторая деталь – на подъемной платформе. Сборочный стенд оборудован контрольно-измерительной системой, позволяющей получить геометрические характеристики сечений стыкуемых деталей. Для обеих замеренных деталей компьютер по заданному алгоритму определяет наиболее оптимальный вариант размещения поперечных сечений стыкуемых обечаек. Далее по командам компьютера подъемная платформа перемещает в вертикальном направлении и поворачивает на нужный угол размещенную на ней обечайку. За счет горизонтального продольного перемещения платформы обеспечивается необходимый сварочный зазор. После этого осуществляется прихватка стыкуемых обечаек.

Выводы и рекомендации по работе 1. Предложены зависимости для оценки коэффициента эффективности конструкции кожухотрубчатых аппаратов, имеющих допускаемые отклонения формы поперечного сечения кожуха в виде овальности, угловатости и смещения кромок в продольном шве. Данные зависимости позволяют оценить тепловую эффективность КТА с учетом реальных формы и размеров сечения кожуха аппарата.

2. Изучены особенности напряженно-деформированного состояния зоны сопряжения "обечайка-эллиптическое днище" с учетом отклонений формы в виде смещения кромок и конусности отбортовочной части. Полученные распределения напряжений в корпусах аппаратов, имеющих отклонения формы в зоне стыка "обечайка-эллиптическое днище", позволяют оценить ресурс КТА при действии нестационарных нагрузок и коррозионном воздействии среды.

3. Разработаны способ контроля и методика оценки геометрических параметров поперечных сечений базовых деталей на основе цифровой обработки дискретно-аналоговых результатов измерений, позволяющие за счет интеграль ной оценки найти действительный центр сечения и пересчитать измеренные радиусы с учетом найденного центра сечения детали, определить отклонения профиля поперечного сечения от круглости по всему периметру детали.

4. Разработана и внедрена в производство контрольно-измерительная система для контроля формы и размеров базовых деталей КТА, позволяющая оперативно и в полном объеме получать геометрические характеристики поперечных сечений деталей с точностью до ±0,5 мм.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»