8) Проведите анализ требований, предъявляемых к конструкциям деталей трубопроводов.

Основные элементы трубопроводов — это трубы, а также детали для их
соединения, то есть фитинги (муфты, уголки, тройники, крестовины). Сходными изделиями, отличающимися от труб меньшим диаметром и толщиной стенки, являются
шланги. Детали трубопроводов изготавливают из термопластов и термореактопластов. Чаще других используют наполненные ПЭНП, ПЭВП, ПП, IIBX.

Из реактопластов применяют армированные пластики на основе фенолформальдегидных, эпоксидных, эпоксифенольных смол и ненасыщенных полиэфиров.

Трубы и шланги из термопластов изготавливают экструзией, а из реактопластов
пултрузией и намоткой. Фитинги производят, как правило, литьем под давлением. Современная технология и оборудование для переработки пластмасс позволяют получать
трубы диаметром до 1500 мм (экструзия) и даже 3000 мм (намотка эпоксипластов)
с толщиной стенки до 50 мм. Трубы из термопластов уступают трубам из реактопластов по прочности, но значительно превосходят их по технологичности (непрерывное высокопроизводительное автоматизированное производство, соединение сваркой, монолитность и нерасслаиваемость стенок, существенно меньшая стоимость).

О сновным конструктивным элементом труб, так же как и емкостей является толщина стенки. Она регламентирована стандартом и согласована с диаметром. В связи с этим при технической оценке пластмассовых труб размер s известен и рассчитывают значение напряжения, возникающего в стенке от действующего внутреннего давления.

Фасонные элементы фитингов конструируются с увеличенным значением радиусов скругления, плавными контурами участков усилений и утолщений.

К деталям трубопроводов с определенной условностью можно отнести и трубы с отбортовкой торцов, обеспечивающие фланцевый способ соединения.


9) Проведите анализ требований, предъявляемых к конструкциям деталей уплотнений.

В качестве уплотнителей пластмассовые детали используются в неподвижных и
подвижных соединениях. Детали для уплотнения или герметизации неподвижных
соединений называются прокладками. К ним предъявляются требования обеспечения герметичности при длительном сроке службы и, соответственно, сохранения
основных свойств в разнообразных условиях эксплуатации (нагрузки, температура,
наличие агрессивной среды и др.). По конструктивным особенностям прокладки представляют собой кольца или
иные геометрические тела прямоугольного или круглого сечения; по условиям работы они нагружены определенным, как правило, статическим усилием, создающим постоянную по значению деформацию сжатия. Принято считать, что детали, сжимающие прокладку, жесткие и недеформируемые. Наиболее часто уплотнители используются в
плоскопараллельных, полугнездовых и гнездовых фланцах (рис. 1).

Рисунок 1. Уплотнения в плоскопараллельных (а), полугнездовых (б),
гнездовых (в) фланцах: 1 — крышка; 2 — корпус; 3 — уплотнительное кольцо

Такие затянутые резьбовыми деталями прокладки испытывают сжатие по оси нагружения и
двумерную деформацию в тангенциальном направлении (рис. 2).

Рисунок 2.Изменение формы
сечения прокладки при сжатии
ее давлением р.

Т ак как материал уплотнительного кольца
эластичен уменьшение высоты кольца в
осевом направлении практически полностью компенсируется увеличением его размера в радиальном направлении, при этом объем кольца остается
постоянным. Приращение радиального размера
кольца на 2∆г необходимо учитывать при назначении размеров элементов конструкции. Понятно,
что уплотнение в условиях плоскопараллельных фланцев свободно от необходимости этого учета, в то время как размеры кольцевой канавки в гнездовой системе должны быть согласованы с описанным явлением. Эффект уплотнения реализуется в полной
мере только при достижении непрерывности контакта между эластичным уплотнителем и поверхностью детали герметизируемого узла. Учитывая
наличие микрорельефа (микротрещины и микровыступы) на металлических или иных поверхностях контакта (рис. 3), давление на уплотнитель
должно обеспечивать его затекание в микровпадины более жестких деталей.

Рисунок 3. Микрорельеф поверхности уплотнителя в нагруженном контакте

Считается, что сжатие эластичной прокладки до относительной деформации 25-30% приводит к достижению эффекта
герметизации уплотняемых поверхностей.

Для увеличения долговечности уплотняемого соединения следует использовать уплотнительные кольца из материалов с максимальной длительностью релаксации, которая определяется физико-химическими особенностями пластмассы или эластомера, а для реактопластов — сформировавшейся в связующем пространственной сеткой.

На практике эффект релаксации напряжения сжатия цилиндрической прокладки
учитывают введением так называемого коэффициента уплотненияf:

f = p_пр/р

где: р_пр — давление сжатия прокладки, Па;р — рабочее давление в герметизируемом объеме, Па.

При рабочем давлении до 1 МПа f=2; при давлении до 5 МПа f= 3; при давлении свыше 5 МПа f= 3,5-4.

Толщину h пластмассовой прокладки определяют по следующим рекомендациям:

при внутреннем диаметре кольцевой прокладки:

• до 75 мм - h = 0,1-0,Змм

• до 125 мм - h = 0,5-1,5 мм

• свыше 125 мм - h = 5,0-7,0 мм

При использовании прокладки с круглым сечением (рис. 4) диаметр его сечения
определяют с учетом монтажного зазора s, при котором напряжение сжатия в изделии
будет превышать рабочее давление в герметизируемом объеме, по уравнению:

где:G — модуль сдвига, МПа; d — диаметр сечения кольцевой прокладки, м; f— коэффициент уплотнения; µ — коэффициент Пуассона.

Рисунок 4.Схема уплотнения кольцевой прокладкой круглого сечения с исходным диаметром d

Подвижные уплотнители применяются для герметизации участков сопряжения
деталей, совершающих вращательные или
поступательные движения. Например,
уплотнение вращающегося вала с помощью
сильфонов, торцевых уплотнителей, волновых муфт и др. Применяемые в нихпластмассовые детали по технологическим признакам можно отнести к прокладкам
(торцевые уплотнители), гофрированным трубам (сильфоны), оболочкам (волновые
муфты). Такие детали проектируют или проверяют на прочность по приведенным
выше рекомендациям, но с учетом особенностей эксплуатации. Так, пластмассы для
торцевых уплотнителей должны быть антифрикционными и износостойкими, оболочки для волновых муфт — обладать повышенной усталостной прочностью, сильфоны — нормированной упругостью и деформативностью.