Основи теорії зварювання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

На початку третього тисячоліття зварювання є одним з провідних технологічних процесів створення матеріальної основи сучасної цивілізації.

Більше половини валового національного продукту промислово розвинених країн створюється за допомогою зварювання і споріднених технологій. До 2/3 світового споживання сталевого прокату йде на виробництво зварних конструкцій і споруд. У багатьох випадках зварювання є єдино можливим або найбільш ефективним способом створення нероз'ємних з'єднань конструкційних матеріалів і отримання максимально наближених по геометрії до оптимальної форми готової деталі або конструкції. Безперервне зростання наукоємності зварювального виробництва сприяє підвищенню якості продукції, її ефективності і конкурентоспроможності.

Сьогодні зварювання застосовується для нероз'ємного з'єднання металевих, неметалевих і композиційних конструкційних матеріалів в умовах земної атмосфери, Світового океану і космосу. Незважаючи на збільшення застосування в зварних конструкціях і виробах легких сплавів, полімерних матеріалів і композитів, основним конструкційним матеріалом залишається сталь.

1. Перспективні способи зварювання

Перспективність методу - це наявність в ньому потенціалу для подальшого розвитку, після якого цей метод стане кращим серед інших за низкою критеріїв.

1.1 Зварювання лазером

Одне з основних завдань виготовлення деталей і вузлів машин - це підвищення надійності, якості й ефективності технологічного процесу. В вирішення цього завдання допомагає використання висококонцентрованих джерел теплової енергії, зокрема, - енергії лазерного променя.

Лазер - це надзвичайно вузький інтенсивний пучок світла високої енергії, що виробляється спеціальним оптичним квантовим генератором (ОКГ). Принцип його дії подібний до принципу дії світлового променя, утвореного лупою. Спрямований на поверхню металу чи іншого конструкційного матеріалу, лазер може нагрівати його до високої температури.

Оптичні системи передають енергію лазерного випромінювання до місця обробки, регулюють параметри випромінювання, формують пучки з високою щільністю потужності, наводять випромінювання на точку, що обробляється, контролюють процес обробки матеріалу. Зміну напряму пучка виконують за допомогою призм повного внутрішнього відбивання або інтерференційними дзеркалами.

У зварюванні застосовують генератори з використанням у якості активного тіла різних речовин, зокрема кристалу рубіна (оксид алюмінію, в якому частина атомів захищена атомами хрому - до 0,5 %). Кристал рубіна обробляють до форми циліндра, розміри якого визначають потужність випромінювання. Після ретельного полірування торців циліндра, їх покривають шаром срібла для надання властивостей дзеркала. Рубіновий стержень 2 (рис.1.1) розміщують поряд з імпульсною лампою накачки 3 всередині дзеркального циліндра 4.

При освітленні рубіна імпульсною лампою більшість атомів хрому поглинають фотони і переходять до збудженого стану. Атом у збудженому стані може спонтанно повернутися до звичайного стану, випромінюючи при цьому фотон світла.

Вздовж осі рубінового стержня такий процес проходить лавиноподібно, внаслідок багатократного відбивання фотонів від торців кристалу.

Рис.1.1 Схема квантового генератора: 1 - непрозоре дзеркало, - кристал рубіна, 3 - імпульсна лампа накачування, 4 - корпус-відбивач, 5 - напівпрозоре дзеркало, 6 - система спостереження, 7 - система фокусування, 8 - джерело живлення.

Потік квантів енергії (фотонів), спрямований на поверхню твердого тіла, трансформує свою енергію в теплову, і температура твердого тіла різко зростає, так як потік фотонів має дуже високу концентрацію енергії.

Зварювання лазером не вимагає вакууму і ведеться в імпульсному режимі, так як постійний приплив енергії впливає на випромінювач (розігрів кристала рубіна). Режим зварювання регулюється такими параметрами: частотою, тривалістю імпульсу і ступенем розфокусування променя лазера до рівня щільності енергії, необхідної для зварювання. Коефіцієнт використання подаваємої потужності в цьому виді зварювання дуже невисокий (~ 1...1,5%), але з'єднання цілого ряду виробів можна здійснити тільки таким чином (наприклад, неметалеві матеріали). Крім того, потік фотонів можна використовувати для прошивки отворів в самих твердих матеріалах, різання металів і їх поверхневої обробки.

1.2 Особливості та сфери застосування лазерної обробки матеріалів

Головною особливістю лазерного випромінювання є висока концентрація енергії, що перевершує всі інші джерела, концентрація енергії в лазерному промені в 170 разів більша, ніж у плазмовій дузі, і в 1720 разів більша, ніж в електричній дузі з плавким електродом.

На відміну від електронно-променеве зварювання, яке теж має високу концентрацію енергії, лазерну обробку матеріалів можна проводити на повітрі, в інертних газах, вуглекислому газі тощо. Тому створюється можливість застосування лазерного зварювання для виготовлення конструкцій будь-яких розмірів. На лазерний промінь не впливають магнітні поля зварюваних деталей, що забезпечує стабільне формування шва по всій довжині.

Лазерний промінь за допомогою оптоволоконної системи легко транспортується на значні відстані та до важкодоступних місць без втрат енергії. Енергетичні характеристики променя легко регулюються, процес лазерної обробки легко керується та автоматизується.

Створене обладнання різної потужності забезпечує широке застосування лазерних технологій від медицини до важкої промисловості.

Якщо установки на базі твердотільних лазерів застосовуються для одержання мікроз'єднань елементів у радіоелектроніці, електронній техніці, то газолазерні установки потужністю до 10 кВт поширені в енергомашинобудуванні, транспортному машинобудуванні, новій техніці для зварювання і різання металів значних товщин. Створення нових лазерів дозволяє вирішити проблему зварювання металів будь-яких товщин.

Лазерне зварювання має суттєві переваги перед електродуговим зварюванням. Об'єм зварювальної ванни при ЛЗ у декілька разів менший, що при утворенні ножеподібних швів із повним проплавленням зменшує деформації укорочення виробів до 10 разів та виключає кутові деформації. Це дозволяє отримувати вироби в заданий розмір без механічної обробки або із частковою механічною обробкою. Термічний цикл ЛЗ забезпечує можливість різкого зменшення зони термічного впливу та мінімальний час перебування металу вище температури 1000 °С, що надзвичайно важливо для попередження холодних тріщин при зварюванні гартованих сталей. Зменшення перегріву металу підвищує стійкість проти гарячих тріщин зварних з'єднань аустенітних сталей та жароміцних нікелевих сплавів. Можливість транспортування променя на значні відстані дозволяє виконувати зварювання у важкодоступних місцях.

На відміну від електронного променя, на лазерний промінь не впливають феромагнітні маси та зовнішні поля. При ЛЗ відсутність вакуумних камер значно спрощує технологію та знижує вартість зварювання великогабаритних виробів. Наприклад, застосування ЛЗ при виробництві корпусів суден переходить у виробничу сферу.

Поряд з перевагами ЛЗ має свої недоліки. Це - складність та висока вартість устаткування і його технічного обслуговування, необхідність високої кваліфікації оператора, низький ККД лазерних установок.

1.3 Зварювання електронним променем

лазерний зварювання генератор

Електронно-променеве зварювання (ЕПЗ) ґрунтується на використанні для нагрівання енергії електронного променя.

Суть електронно-променевого зварювання полягає у використанні для нагрівання і плавлення металу кінетичної енергії електронів, сфокусованих у промінь та прискорених електричним полем з високою різницею потенціалів. При бомбардуванні поверхні металу електрони гальмуються і їх кінетична енергія перетворюється в теплову. Для зварювання використовують гостро сфокусований потік прискорених електронів, який називають електронним променем. Схему формування електронного променя для зварювання показано на рис.2.1. Електронна гармата має катод б, який нагрівається до високих температур і емітує електрони. Навколо катода розміщено прикатодний електрод 5. На деякій відстані від катода знаходиться анод 4 з отвором. Потік електронів попередньо формується електростатичним полем в області катод-анод, причому швидкість електронів є функцією різниці потенціалів між анодом і катодом. Прикатодний електрод 5 та анод 4 завдяки своїй формі фокусують електрони в пучок діаметром, який дорівнює діаметру отвору в аноді 4. На шляху до анода електрони набувають значної швидкості та енергії, оскільки позитивний потенціал анода складає десятки кіловольт.

Пройшовши анод, електрони зіштовхуються один з одним і частково змінюють свою траєкторію. Для збільшення щільності енергії в промені за анодом установлюється фокусуюча магнітна лінза 3. Керують променем за допомогою магнітного поля системи 2. Живлення електронної гармати здійснюється високовольтним джерелом 7 постійного струму. Для забезпечення вільного переміщення електронів від катода до виробу 7, захисту катода і металу шва, запобігання дугового розряду, зварювання звичайно ведуть у вакуумі порядку 1,33-102 Па.



Рис.1. Схема електронно-променевого зварювання: 1 - виріб; 2 - магнітна система керування променем; 3 - фокусуюча магнітна лінза; 4 - анод; 5 - прикатодний електрод; 6 - катод; 7 - джерело живлення

Енергія електронів може досягати великих значень і залежить від різниці потенціалів поля, що їх розганяє; в даний час експлуатуються електронно-променеві установки з напругою прискорення в електронно-променевій гарматі до 200 кВ.

При зварюванні електронним пучком формується вузький і глибокий шов. Глибина проплавлення досягає 200 - 400 мм, а відношення глибини проплавлення до середньої ширині шва становить 20 .. .30 (рис.2.2).

Настільки глибоке проникнення електронів в метал пояснюється утворенням каналу в зварювальній ванні практично на всю її глибину. Основним чинником, що викликає утворення каналу в рідкому металі, є тиск віддачі парів при випаровуванні. У зв'язку з цим канал в зварювальній ванні часто називають пародинамічним.



Рис. 1.2 Типова форма зварного шва при ЕПЗ

1.4 Технологічні можливості і переваги ЕПЗ

ЕПЗ є одним із процесів, які належать до електронно-променевих технологій. Інші - електронно-променеве напилення з парової фази, плавлення титану та отримання композиційних матеріалів із диспергованого розплаву. Усі ці процеси успішно розвиваються завдяки особливостям електронно-променевих технологій. Характерними особливостями є можливість високої концентрації енергії, проведення процесів у вакуумі, а також повної автоматизації процесів.

Однією з головних переваг ЕПЗ є висока концентрація енергії і можливість одержання вузької і глибокої зони проплавлення, площа якої в десятки разів менше, ніж при дуговому зварюванні. При електронно-променевому зварюванні потрібно в 10... 15 разів менше енергії, ніж при електродуговому. Висока зосередженість нагрівання і мінімальна площа зони проплавлення забезпечують незначні залишкові деформації виробів. Вузька зона термічного впливу зменшує небезпеку неприпустимих змін фізико-механічних властивостей основного металу, хоча не виключає виникнення навколошовних тріщин у сталях і сплавах, схильних до їх утворення. Інша важлива перевага ЕПЗ - можливість використання ефективного вакуумного захисту і поліпшення властивостей металу шва в результаті вакуумного переплаву.

Економічна доцільність зварювання у вакуумі визначається не лише підвищенням фізико-механічних показників металу, але і значно меншими витратами на створення вакууму в порівнянні зі створенням захисного високочистого інертного або контрольованого середовища. За даними роботи, якщо враховувати лише експлуатаційні витрати, електронно-променеве зварювання в 35 разів дешевше зварювання в камерах із контрольованою атмосферою. Мінімальні деформації зварюваних виробів та високі фізико-механічні властивості з'єднань після ЕПЗ дозволяють скоротити або цілком виключити наступну механічну і термічну обробки.

Сучасне устаткування для ЕПЗ має системи комп'ютерного управління, діагностики стану та протокольне оформлення результатів зварювання. Комп'ютерна діагностика дає положення фокуса, щільність енергії та зображення на екрані дисплея поздовжніх перерізів променя, сигналізує про необхідність заміни зношеного катода тощо. Весь процес діагностики променя займає близько 1хв.

ЕПЗ широко використовують у промисловості, незважаючи на такі недоліки способу, як складність зварювального устаткування та необхідність висококваліфікованих кадрів. Цим способом зварюють не лише високолеговані сталі і сплави, активні та тугоплавкі метали, але й конструкційні сталі при виготовленні виробів з малим припуском або в остаточний розмір. ЕПЗ використовується в енергетичному та транспортному машинобудуванні, при виготовленні аерокосмічної техніки, авіаційних двигунів та агрегатів, виробів електронної техніки, тепловиділяючих елементів атомних станцій тощо. Воно широко застосовується при виготовленні газотурбінних установок різного призначення для зварювання високолегованих сталей різних структурних класів, жароміцних сталей і сплавів, титану та його сплавів.

1.5 Порівняння перспективних способів зварювання

Найбільш перспективним способом зварювання в космосі визнано електронно-променеве зварювання, так як має такі переваги:

- раціональне використання космічного вакууму;

- можливість з'єднання практично всіх матеріалів, що використовуються в космічній техніці, а іноді і різнорідних;

- використання великої частки енергії (до 80 %) для нагрівання виробу; можливість плавного регулювання густини енергії за рахунок фокусування електронного променя;

- малі розміри та маса обладнання.

Слід відзначити також універсальність електронно-променевого джерела теплоти, його можна використовувати для зварювання, різання, паяння, напилення та термічної обробки. Небезпека утворення пропалів при зварюванні в космосі значно менша, оскільки немає витікання зварювальної ванни під дією сили тяжіння, це полегшує заварювання отворів та виконання ремонтних зварювальних робіт при підвищених зазорах.

Силами ІЕЗ ім. Є.О. Патона створена і пройшла успішні випробування на борту орбітальної станції «Мир» апаратура і набір спеціалізованих інструментів для виконання ручного електронно-променевого зварювання в космосі.

Застосування в космосі лазерів вимагає складних систем спостереження за розташуванням сонця, характеризується низьким ККД та запиленням оптичних приладів парами розплавлених матеріалів.

2.Зварні листові конструкції

2.1 Види й особливості листових конструкцій

Листовими називаються конструкції, основними несучими елементами яких є плоскі або гнуті металеві листи типу пластин і оболонок. Листові конструкції являють собою ємнісні спорудження, що полягають, в основному, з тонкостінних несучих металевих оболонок, і виконують функції огороджуючих.

До них відносяться резервуари для зберігання нафти й нафтопродуктів, зріджених газів, води, газгольдери для зберігання газів, бункери й силоси для зберігання різних сипучих матеріалів, трубопроводи великих діаметрів для транспортування рідин, газів і розріджених твердих речовин, спеціальні конструкції металургійної, хімічної й інших галузей промисловості: кожухи доменних печей, повітронагрівачів, пиловловлювачів, димові й вентиляційні труби, градирні.

За положенням в просторі листові конструкції можуть бути надземними, наземними, заглибленими, підземними, підводними. Вони працюють під дією гідростатичного тиску, внутрішнього надлишкового тиску або вакууму, навантаження від засипання заповнювачів, від зовнішнього шару ґрунту, сприймають сейсмічні й ударні впливи, перебувають під дією низьких, середніх і високих температур (до +400°С), у нейтральних або агресивних середовищах.

Для всіх елементів листових конструкцій застосовуються марки сталей залежно від класу міцності й мінімальної розрахункової температури, при якій гарантується ударна в'язкість. Для листових конструкцій використовують листи товщиною до 4 мм із рулонної холоднокатаної сталі, а при товщині від 4 до 10 мм - із рулонної гарячекатаної сталі.

Для більшості листових конструкцій застосовують марки сталей згідно з табл. 50 СНиП II-23.81.[1]

За розрахункову температуру металу прийметься мінімальна температура продукту що зберігаються, або мінімальна середньодобова температура для даної місцевості. Усі допоміжні елементи конструкцій (сходи, майданчики, огородження), поряд з перерахованими марками сталей, можуть виготовлятися зі сталей С235.

При проектуванні резервуарів з розрахунковою температурою несучих конструкцій вище 100°С треба враховувати зміну фізико-механічних характеристик застосованих марок сталей.

У резервуарах для кислот і інших агресивних рідин доцільне застосування алюмінієвих сплавів або біметалів -- сталевих листів, пакованих з боку агресивного середовища нержавіючою сталлю, нікелем або іншими матеріалами.

Усі елементи листових конструкцій виготовляються на спеціалізованих заводах з листового й фасонного прокату. Сталеві листи проходять виправлення, поздовжні і поперечні краї їх фрезерують. При виготовленні деяких елементів мають місце фасонний розкрій, вальцювання або штампування листів. Заводське виготовлення і наступний монтаж листових конструкцій може виконуватися з використанням рулонних заготовок або методом листового складання. Матеріал для зварних швів визначають відповідно до технологічного процесу виготовлення й монтажу конструкцій та за обраними марками сталей. Необхідно, щоб механічні властивості звареного шва були не нижче властивостей відповідних сталей. Зварні шви з'єднань повинні бути не тільки міцними, але й щільними, тобто герметичними.

Найбільш кращими для основних несучих елементів є стикові з'єднання з обробленими краями листів, тому що вони практично не викликають концентрацію напруг і створюють сприятливі умови для контролю. Тому всі заводські зварні з'єднання рулонних заготовок, а також монтажні зварні шви при листовому складанні корпусів виконуються в стик. З'єднання внапуск роблять для спрощення робіт з виготовлення й монтажу. Для них не потрібна обробка країв листів, але виникаючий при цьому напуск приводить до збільшення витрат металу і появі концентрації напруг. Тому з'єднання внапуск (зі зварюванням з однієї сторони) допускаються в елементах з невеликими розрахунковими зусиллями, наприклад, при складанні днищ із рулонних заготовок та дахів, з величиною напуску не менш 30 мм.

При виготовленні листових рулонних конструкцій у заводських умовах, а також при монтажі використовується автоматизоване зварювання під флюсом, механізоване зварювання у вуглекислому газі або аргоні й механізоване зварювання порошковим дротом. Матеріали для зварних швів вибирається відповідно до технологічного процесу виготовлення і монтажу конструкцій та вибраною маркою сталі. Необхідно, щоб вони забезпечували механічні властивості звареного шва не нижче властивостей відповідних сталей. Зварні шви з'єднань повинні бути не тільки міцними, але й щільними, тобто герметичними.

При зведенні листових конструкцій застосовуються різні види контролю якості зварних з'єднань. Візуальному контролю зазнають усі зварені з'єднання. Контролю на герметичність підлягають усі зварні шви, що забезпечують герметичність листових конструкцій. Фізичні методи контролю використовуються для виявлення внутрішніх дефектів (радіографія й ультразвукова дефектоскопія) і поверхневих дефектів (магнітографія або кольорова дефектоскопія). Радіографічний контроль (рентгенографія проводяться для всіх резервуарів об'ємом 1000 м3 й більш.) застосовується для стикових зварних швів стінки резервуара й швів у зоні сполучення її з днищем.

Обсяг контролю зварних з'єднань визначається залежно від ступеня безпеки споруди, способу монтажу, виду й місця розміщення зварного шва, рівня розрахункових напруг у ньому, умов і режиму експлуатації конструкції, включаючи температуру експлуатації, циклічність, загруження, сейсмічність району тощо.

Наприклад, монтажні стики полотнищ стінок резервуарів повинні контролюватися в обсязі 100 % вертикальних швів і всіх перетинань вертикальних і горизонтальних швів.

2.2 Основні положення розрахунків

Основна маса листових конструкцій за розрахунковою схемою відносяться до оболонок і лише невелика частина їх, наприклад, стінки плоских бункерів, відносяться до пластинок. Усі листові конструкції мають ті або інші елементи жорсткості, ребра, які з погляду розрахунків являють собою стрижневі системи.

2.3 Види й призначення резервуарів

Вибір типу резервуарів залежить від властивостей рідини, що зберігається оборотності продукту і кліматичних умов району будівництва. Більшість резервуарів призначена для зберігання нафти й нафтопродуктів. Деякі їз цих продуктів мають специфічні властивості, зокрема, високою випаровуваність, що веде до погіршення їх якості та більшим втратам, а також впливає на навколишнє середовище. Основним способом зниження втрат нафтопродуктів від випару є зменшення газового простору над продуктом до мінімуму. Цього можна досягти, застосовуючи понтони або плаваючі дахи.

Для зберігання світлих нафтопродуктів, наприклад, гасу й мазуту з низьким тиском пару використовуються звичайні вертикальні циліндричні резервуари низького тиску зі стаціонарним дахом (з надлишковим тиском до 2 кПа й вакуумом до 0,25 кПа). Сирі нафти, бензини з високим тиском пару зберігають у вертикальних циліндричних резервуарах з понтонними або плаваючими дахами або в резервуарах підвищеного тиску (до 70 кПа).

2.3.1 Горизонтальні циліндричні резервуари. Конструктивні особливості

Горизонтальні циліндричні резервуари раціонально застосовувати для зберігання невеликих обсягів рідин при порівняно високих та надлишкових тисках. Нафтопродукти зберігають під тиском 40-70 кПа, а зріджені гази -- під тиском до 2000 кПа, і в них може утворюватись вакуум до 10 кПа.

Переваги горизонтальних циліндричних резервуарів перед іншими типами резервуарів полягають у можливості майже повного усунення втрат рідин, що легко випаровуються при зберіганні під високим внутрішнім тиском, а також у їхньому потоковому виготовленні на спеціалізованих заводах, доставці в готовому виді на будівельний майданчик і швидкості монтажу. Резервуари звичайно виготовляються цілком або при великих обсягах у вигляді двох елементів з одним монтажним стиком. Об'єм резервуарів може досягати 300 м3 за умови, що розміри їх не перевершують залізничні габарити:

- діаметр резервуарів не повинен перевищувати 3,25 м

- довжина відправного елемента -- 15-18 м;.

- товщина стінки t може бути від 5 до 36 мм;

По витратам сталі горизонтальні резервуари уступають вертикальним. Горизонтальний резервуар складається із циліндричного корпусу й двох днищ (рис. 2.1). Корпус резервуару виконують з декількох обичайок (кілець), завалькованих із двох сторін шириною 1,5-2,0 м і довжиною 6-8 м. Поздовжні й кільцеві з'єднання листів роблять встик. При товщині стінки до 12 мм корпус може бути виготовлений з рулонної заготовки. Для сприйняття вакууму, а також для забезпечення жорсткості корпусу резервуару при транспортуванні й монтажі, якщо r/t>200, у кожній обичайці роблять кільця жорсткості з кутків, на обушок і приварених пером до стінки.



Рис. 2.1 Горизонтальний циліндричний резервуар: 1 -- корпус; 2 -- днище; 3 -- кільця жорсткості; 4 -- опорні діафрагми; 5 -- опорні стійки; 6-- сходи; 7 - люк-лаз

У площині опор усередині резервуара встановлюються опорні діафрагми, кожна з яких складається з кільця жорсткості, посиленого трикутною стрижневою системою з кутків.

Резервуар обладнується зовнішніми сходами, люком-лазом і необхідною технологічною апаратурою, що дозволяє наповнювати й спорожняти його, а також підтримувати й контролювати розрахунковий тиск.

2.3.2 Вертикальні циліндричні резервуари підвищеного тиску

Резервуари підвищеного тиску застосовують для зберігання нафтопродуктів, що

легко випарюються, наприклад, бензину, і розраховуються на надлишковий тиск 10-70 кПа, вакуум 1,5 - 3 кПа. У зв'язку з цим вони мають деякі конструктивні особливості.

Плоске днище й стінку виконують так само, як для резервуарів низького тиску. Для забезпечення стійкості при вакуумі стінка підсилюється кільцевими ребрами жорсткості. При невеликому шарі рідини в резервуарі й внутрішньому надлишковому тиску днище може відриватися від піщаної підстави. Щоб цього не відбувалося, нижній пояс стінки в сполученні з днищем прикріплюють анкерними болтами. до залізобетонного фундаменту.

2.3.3 Мокрі газгольдери змінного об'єму

Газгольдери призначені для зберігання, змішування й регулювання витрат і тиску газів. Їх включають у газову мережу між джерелом одержання газу і його споживачами. Вони застосовуються для зберігання природного й штучного газу на металургійних, коксохімічних і газових заводах, у хімічній і нафтовій промисловості, у міськім господарстві.

За функціональними ознаками такі газгольдери розділяють на мокрі й сухі. Газгольдери постійного обсягу мають циліндричну або сферичну форми. Мокрі газгольдери застосовують для зберігання газів, що допускають зволоження через випар води. Вони мають обсяги в основному до 50 000 м3, хоча побудовані газгольдери об'ємом 200 000 м3 (ФРН) і 400 000 м3 (Англія).

Газгольдери складаються з вертикального циліндричного резервуара, заповненого водою, однієї або декількох обичайок (телескопів), дзвону, що представляє собою відкриту знизу циліндричну оболонку з пологою сферичною покрівлею, що є направляючою (рис. 2.3). Через дно резервуару під дзвін підводять трубопроводи для подачі і відбору газу. Як тільки тиск газу на дах дзвона перевищить його масу, дзвін починає підніматися, захоплюючи за собою телескопи. Залежно від числа рухливих частин (дзвона й телескопів) газгольдер складаються з одної або двох кілець.



Рис. 2.3 Мокрий газгольдер низького тиску з вертикальними напрямними об'ємом 20 000 м3: 1-- днище; 2 -- корпус резервуара; 3 -- внутрішні напрямні; 4 -- корпус дзвону; 5 -- стійки дзвону; 6 -- нижній і верхній ролики дзвону; 7 -- покриття дзвону; 8 -- зовнішні напрямні; 9 -- обслуговуючі майданчики; 10 -- сходи; 11 -- нижній і верхній ролики телескопу; 12 -- корпус телескопу; 13 -- опорні підбивки

Непроникність з'єднаних частин газгольдеру, що рухаються, забезпечується гідравлічними затворами, що являють собою дві кільцеві площини, що входять одна в другу (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Гідравлічний затвор

Найвигіднішими розмірами мокрого газгольдеру середніх обсягів з вертикальними направляючими з погляду витрати сталі є такі, коли відношення діаметра резервуара до повної висоти корпуса при найвищім положенні дзвона перебуває в межах від 0,8 до 1,3. Висота циліндричної оболонки всіх рухливих частин прийметься однаковою, а зазор між стінками суміжних частин становить 540 мм для розміщення гідравлічних затворів,

До недоліків мокрих газгольдерів відносяться істотні коливання тиску газу, а також труднощі їх обслуговування при негативній температурі. У цьому випадку доводиться підігрівати воду в резервуарі і затворах мінімум до +5о або споруджувати навколо резервуарів цегельну стінку, що утеплює.

Стінку водного резервуару газгольдеру розраховують на гідростатичний тиск. А каркас розраховують на навантаження від власної маси даху й снігу на ньому. Усі елементи конструкції мокрого газгольдеру разом із системою вертикальних напрямних перевіряються на стійкість від власної маси, снігового і вітрового навантажень, а також корисного навантаження на майданчиках і сходах.

2.3.4 Сухі газгольдери змінного об'єму

Сухі газгольдери низького тиску застосовують в хімічних виробництвах, у яких не допускається контакт збереженого газу з водою. Вони економніші за мокрі газгольдери, тому мають більші об'єми, що доходять до 100000 м3, а в окремих випадках до 600 000 м3. Такі газгольдери складаються із циліндричного корпусу, плоского днища, сферичного даху й рухливої частини -- шайби (поршні) всередині корпусу (рис. 2.5).



Рис. 2.5. Сухий газгольдер обсягом 100 000 м3 з рідинним затвором: 1 - покрівля; 2 - верхнє положення шайби (поршня); 3 - ланцюгова драбина; 4 -- піднімальна кліть; 5 - стінка газгольдеру; 6- шайба; 7 - зовнішній підйомник; 8 - газохід

У зазорі між стінкою корпусу й шайбою розташовується ущільнювач, що забезпечує герметичність об'єму під поршнем. При наповненні газгольдеру тиск газу досягає певної величини й піднімає шайбу. Але труднощі забезпечення надійної роботи ущільнювача, при перекосах шайби й можливість витоку газу обмежують їхнє застосування, особливо в суворих кліматичних умовах.

Стінка газгольдеру складається із зовнішнього каркаса, виконаного із двотаврових стійок, кілець і швелерів та обшивки товщиною 5 мм. Стінку корпусу сухого газгольдеру розраховують як циліндричну оболонку на надлишковий внутрішній тиск. Розрахункова товщина її звичайно виявляється незначною й тому ухвалюється конструктивно рівної 5 мм. Стійкість стінки від дії вакууму, а також від маси корпусу з установленим на ньому встаткуванням, навантажень від снігу й вітру забезпечується зовнішнім каркасом корпусу.

2.3.5 Газгольдери постійного об'єму

Найбільш раціональними конструкціями газгольдерів при зберіганні газу під високим тиском є газгольдери постійного об'єму, що не мають рухливих частин. У порівнянні з газгольдерами низького тиску ці сховища вимагають меншої витрати стали на 1 м3 вільного газу, більш компактні, не мають потреби в обігріві й прості в експлуатації, але вимагають більших витрат на встаткування для стиску газу.

Газгольдери постійного обсягу мають робочий тиск від 400 до 2000 кПа, тому їх проектують з урахуванням вимог правил з безпечної експлуатації посудин, що працюють під тиском. Газгольдери постійного об'єму можуть бути циліндричними й сферичними. Перші мають циліндричний корпус і напівсферичні днища й можуть установлюватися як горизонтально, так і вертикально. Діаметр циліндричних газгольдерів не перевищує 3,25 м, а об'єм їх коливається від 50 до 300 м3. Вони виготовляються на заводі, тому що габаритні розміри не дозволяють перевозити їх залізничним транспортом на майданчик для монтажу. Циліндричні газгольдери, розташовані горизонтально, опираються на дві опори (рис. 2.6). Конструкція корпусів аналогічна конструкціям горизонтальних циліндричних резервуарів. Вертикально встановлені циліндричні газгольдери опираються на фундаменти.

Газгольдери розташовуються звичайно групами (батареями) і поєднуються горизонтальними майданчиками на верхньому рівні, які служать додатковими зв'язками. Сферична форма газгольдерів для зберігання газів при високому тиску за витратою сталі є найбільш вигідною, при цьому економія сталі в порівнянні із циліндричними газгольдерами може досягати 15 %. Але вони складніші у виготовленні і монтажі, тому мають більш високу вартість.



Рис. 2.6 Горизонтальний циліндричний газгольдер постійного об'єму

лазерний зварювання генератор

Основним навантаженням, що визначає товщину оболонки газгольдерів постійного обсягу всіх типів, є внутрішній тиск газу. Оболонки звичайно виконуються зі сталей класів С245 -С375, і товщина їх може досягати 36 мм. Для розрахунків опорних конструкцій треба враховувати власну масу корпусу й масу води при гідравлічних випробуваннях, корисні навантаження на майданчиках, а також навантаження від снігу та вітру. Розрахунки газгольдерів і їх елементів аналогічні розрахункам резервуарів для зріджених газів.

2.4.1 Бункери й силоси. Загальні відомості

Бункери й силоси являють собою ємкості для зберігання й перевантаження сипучих матеріалів. У плані вони можуть бути прямокутними (в окремому випадку квадратними) або круглими із звуженням знизу і отвором для випуску матеріалу. До бункерів відносяться ємкості, найменший розмір яких у плані більше висоти призматичної частини (рис. 2.9, а). Силоси -- це відносно високі й вузькі посудини, у яких висота призматичного або циліндричного корпуса перевершує в 1,5 і більш раз найменший розмір у плані (рис.2.9, б).

Бункери й силоси можуть бути окремо встановлені або об'єднані в групи. Їх установлюють у приміщеннях або на відкритому повітрі. Залежно від розташування випускних отворів можуть бути симетричними й несиметричними. Розвантаження ємкостей відбувається під дією власної маси сипучого матеріалу при відкриванні випускних отворів. Основними геометричними параметрами бункера й силосу, крім заданого обсягу, є кут нахилу стінки вирви до обрію і розмір випускного отвору, які визначаються характеристиками сипучих матеріалів. Найменший кут нахилу стінки повинен бути більше кута природного укосу зберігаємого матеріалу на 5 - 7°. Розміри випускних отворів залежать від габаритів шматків і можуть бути від 300 до 1500 мм.

Для основних несучих конструкцій бункерів і силосів застосовують маловуглецеві сталі звичайної міцності класів С245 -- С285, в окремих випадках з додатковими гарантіями за ударною в'язкістю і кутом загину в холодному стані. При експлуатації в умовах низьких температур (-40 °С й нижче) передбачається застосування низьколегованих сталей. Конструкції бункерів і силосів виконують звареними зі з'єднанням елементів в стик. Їх виробляють, звичайно, в заводських умовах зі застосуванням автоматичного зварювання.

Рис. 2.7 Місткості для зберігання й перевантаженняматеріалів : а -- бункер; б -- силос

Бункери й силоси розраховують на навантаження від тиску сипучих матеріалів і від власної маси конструкцій, а також на навантаження від снігу і вітру та тимчасового навантаження на перекриття.

Cписок використаної літератури

лазерний зварювання генератор

1.ДСТУ 3761.2-98. Зварювання та споріднені процеси. Частина 2. Процеси зварювання та паяння. Терміни та визначення.

2.Григорьянц, А. Г. Лазерная сварка металлов: учеб. пособие для вузов / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов. - М. : Высшая школа, 1988. - 207 с.

3.Николаев Г. А., Ольшанский Н.А. Специальные методы сварки. М.: Машиностроение, 1975. 231 с.

4.Спеціальні способи зварювання: підручник / І.В. Крівцун, В.В. Квасницький, С.Ю. Максимов, Г.В. Єрмолаєв, за загальною редакцією академіка НАН України, доктора технічних наук, професора Б. Є. Патона. - Миколаїв : НУК, 2017.- 346 с.

5.Специальные методы сварки и пайка / В.А. Саликов, М. Н. Шушпанов, В.В. Пешков, А.Б. Коломенский. Воронеж: ВГТУ. 2000. 214 с.

6.ЧНТУ, сайт Кафедри зварювального виробництва та автоматизованого проектування будівельних конструкцій.

Размещено на Allbest.ru

...