1,5  2,0 · 10-3М – для жаровых туб;

0,5  1,05 · 10-3М – для остальных элементов конструкции.

При длительном воздействии динамических нагрузок, особенно при повышенных температурах, в конструкциях накапливаются усталостные напряжения, которые проявляются в таких явлениях как ползучесть, хрупкость, релаксация.

Ползучесть – это увеличение деформаций без изменения нагрузки.

Релаксация – это самопроизвольное снижение напряжений. При этом плотность соединения нарушается. В процессе эксплуатации оборудования необходимо подтягивать гайки фланцевых соединений.

В результате релаксации происходит разгерметизация вальцовочных соединений, ослабление насадки шкивов и подшипников насосов, дымососов, вентиляторов.

Среди видов термической обработки различают закаливание, отпуск, отжиг.

Закаливание это вид термической обработки, заключающийся в нагревании стали до температуры на 30  50 ºС выше критической, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Для закаливания используют кипящие жидкости – воду, водные растворы солей и щелочей, масла. При закаливании прочность и твёрдость увеличиваются, но также увеличивается хрупкость, появляются внутренние напряжения (деталь «ведёт»). Поэтому закаливание не является окончательной операцией.

Отпуск служит для получения требуемых механических свойств и снижения внутренних напряжений, возникающих при закаливании. Отпуск заключается в нагреве до температуры t = 240  680 ºС и последующем охлаждением с определённой скоростью.

Отжиг устраняет химическую и физическую неоднородность, созданную предыдущей обработкой. В результате отжига снимаются холоднодеформационные напряжения, остаточные напряжения после сварки и обработки резанием. В зависимости от назначения отжига деталь нагревают до температуры t = 160  700 ºС, а затем медленно остужают (от 1 до 100 часов).

Лекция 3. Основные критерии работоспособности теплосилового оборудования и выбор допускаемых напряжений

Цель лекции: Усвоение принципов выбора конструкционных сталей, применяемых при изготовлении энергетического оборудования, с учетом влияния факторов температуры, времени и термической обработки.

3.1 Виды, характеристики и практическое значение основных критериев работоспособности: прочность, выносливость, износостойкость, виброустойчивость, термостойкость

Под работоспособностью понимается состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Основными критериями работоспособности являются: прочность, жесткость, устойчивость, износостойкость, коррозионно-механический износ, виброустойчивость, теплостойкость и надежность.

Прочность – это способность детали сопротивляться разрушению или появлению остаточных деформаций под действием нагрузки в течение гарантированного срока службы. Прочность детали определяется расчетом опасного сечения, в котором возникают наибольшие нормальные или касательные напряжения.

Как отмечалось выше, различают объемную и контактную (поверхностную) прочность.

Объемная прочность характеризуется напряжениями растяжения, сжатия, изгиба или кручения, возникающими по всему сечению детали.

Контактная прочность связана с появлением контактных напряжений. Расчет на контактную прочность выполняется при проектировании зубчатых передач. Контактные напряжения возникают в месте соприкосновения двух деталей в тех случаях, когда размеры площади касания малы по сравнению с размерами детали. Касание может осуществляться в точке или по линии.

Выносливость характеризует работоспособность детали или изделия в условиях переменных напряжений.

При расчете на прочность деталей из хрупких материалов под воздействием постоянных напряжений в качестве предельного напряжения (σ_пред или τ_пред) принимается соответствующий предел прочности (σ_в – временное сопротивление):

σ_вр – при растяжении; σ_вс – при сжатии; σ_ви – при изгибе.

При расчете на прочность в условиях установившихся переменных напряжений в качестве предельного напряжения (σ_пред или τ_пред) принимается соответствующий предел выносливости σ_R. Индекс (R) характеризует коэффициент асимметричности цикла нагружения, о чем будет сказано ниже. Соответствующий индекс имеется у табличного значения предела выносливости.

Пределом выносливости (σ_R) называют наибольшее переменное напряжение, под воздействием которого не происходит разрушения образца после произвольно большого количества циклов нагружения.

Износостойкость – это способность поверхностей, сопряженных деталей противостоять истиранию. В результате износа нарушаются проектные размеры, появляются непредусмотренные зазоры, возникают дополнительные динамические нагрузки, уменьшается КПД, увеличивается расход энергии и т.д. Так, например, вес нового и изношенного трехтонного автомобиля различается на 1 кг.

Износ деталей снижается с увеличением твердости и повышением чистоты поверхности сопряженных поверхностей и в особенности при условии обеспечения жидкостного трения, то есть трения с разделением трущихся поверхностей слоем смазки.

Различают механический и молекулярно-механический износ.

К области механического износа относят:

– абразивный износ;

– хрупкое разрушение;

– усталостное изнашивание, характеризующееся повторным деформированием пластической зоны;

– пластическое деформирование, проявляющееся в холоднотекучести;

– абразивный износ, включающий резание и царапание;

– хрупкое разрушение – перенаклеп (сначала идет упрочнение, а затем повышенная хрупкость).

Молекулярно-механический износ проявляется в адгезионном изнашивании. Этот вид износа характерен для пар деталей, выполненных из разнородных материалов. Заклинивание происходит в результате сварки стального вала и подшипника скольжения, выполненного из антифрикционного сплава.

Последнее обстоятельство связано с повышением температуры в рабочей зоне, поэтому очень важно в механических системах не упускать уровень смазки или охлаждающей воды.

Коррозионно-механический износ проявляется в виде коррозии и окисления:

– коррозией называется окисление кислородом при температуре окружающей среды;

– при окислении происходит взаимодействие металла и кислорода в процессе нагрева.

О масштабах потерь металла, связанных с коррозией, может служить тот факт, что до 10 % добываемого в мире металла теряется в результате коррозионных процессов.

Расчет элементов конструкций на износ заключается либо в определении условий, обеспечивающих жидкостное трение для них, либо (при невозможности создания жидкостного трения) в обеспечении достаточной долговечности их путем назначения для трущихся поверхностей соответствующих

допускаемых напряжений.

Виброустойчивость – это способность деталей и конструкций работать в нужном диапазоне колебаний, исключающем возникновение автоколебаний и вибраций.

Вибрация ухудшает качество работы установок, создает шум и отдельных случаях может послужить причиной аварий. Возникающая вибрация приводит к усталости металла, поэтому для ее исключения необходимо, чтобы выполнялось одно из двух неравенств:

_раб > <_собст , (3.1)

где _раб – частота колебаний устройства в рабочем режиме;

_собст – собственная резонансная частота устройства.

Простейшие расчеты на виброустойчивость производят по формулам из курса сопротивления материалов.

Способы борьбы с вибрацией:

– найти и устранить причины возникновения вибрации;

• установка амортизаторов и гасителей вибрации.