Расчетно-экспериментальный анализ прочности цилиндрических стенок автоклавов высокого давления

• Автор: Еловенко, Денис Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 217 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОЗДАНИЯ, РАЗВИТИЯ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА АВТОКЛАВОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С

МНОГОСЛОЙНЫМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ СТЕНКАМИ

1 Л. Обзор основных этапов создания и развития сосудов и автоклавов высокого давления с многослойными стенками
1.2. Аналитический обзор методов математического моделирования и методов расчета многослойных компонентов и узлов цилиндрических стенок автоклавов.
1.3. Перспективы совершенствования и развития автоклавов высокого давления для синтеза материалов и выращивания кристаллов
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ МНОГОСЛОЙНОЙ ЧАСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ СТЕНКИ КОРПУСА АВТОКЛАВА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ СО ВСТРОЕННЫМИ

НАГРЕВАТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

2.1. Исследование экспериментальной модели автоклава высокого давления со встроенными в стенку корпуса нагревательными элементами

2.1.1. Описание конструкции автоклава высокого давления.

2.1.2. Проведение испытаний автоклава, изготовленного из опрессованных царг

2.1.3. Обработка и анализ результатов.
2.1.4. Заключение.
2.2. Учет конструктивных особенностей слоя с нагревательными элементами при расчете цилиндрических стенок автоклавов.
2.3. Развитие итерационных методов численного анализа термомеханических взаимодействий в многослойной несущей части цилиндрической стенки автоклавов с учетом контактной податливости и контактной теплопроводности.
2.3.1. Двухшаговый метод
2.3.2. Одношаговый метод.
2.4. Разработка программного комплекса для расчета температурных полей и напряженного состояния цилиндрических стенок автоклавов высокого давления
2.4.1. Алгоритм и программа для расчета многослойной несущей части цилиндрической стенки
2.4.2. Модификация метода Ньютона для решения систем уравнений относительно контактных давлений.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОЧНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ СТЕНКИ В АВТОКЛАВАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ СО ВСТРОЕННЫМИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.
3.1. Исследование влияния дистанционных планок нафевательных элементов на напряженное состояние, возникающее в сопряженных консгруктивных элементах цилиндрической стенки автоклавов высокого давления.
3.1.1. Выбор программного комплекса как инструмента для проведения численных исследований и его основная концепция
3.1.2. Анализ контактного взаимодействия дистанционных планок, представленных абсолютно жестким телом с упругой несущей стенкой сосуда.
3.1.3. Анализ напряженного состояния несущей стенки автоклава, представленной упругой полуплоскостью, под действием периодического нагружения постоянным давлением на ограниченных участках с заданным расстоянием между ними.
3.1.4. Анализ контактного взаимодействия дистанционных планок и несущей стенки сосуда, имеющих одинаковый модуль упругости.
3.2. Исследование напряженного состояния ценфальной стенки автоклава, сопряженной с дистанционными планками нагревательных элементов и их рациональное проектирование
3.2.1. Исследование зависимости напряженного состояния центральной стенки от расстояния между дистанционными планками и количества нафевательных элементов между ними
3.2.2. Рациональное проектирование формы дистанционных планок нагревательных элементов
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СТЕНОК АВТОКЛАВОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ СО ВСТРОЕННЫМИ В КОРПУС НАГРЕВАТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.
4.1. Исследование упругих характеристик теплоизоляционных материалов
4.2. Исследование теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов
4.2.1. Оборудование для определения зависимости теплопроводности изоляционного материала от давления.
4.2.2. Методика исследования
4.2.3. Обработка результатов эксперимента.
4.2.4. Анализ результатов.
4.3. Исследование под давлением оболочки царги со встроенными в стенку нагревательными элементами и слоем теплоизоляционного материала.
4.3.1. Характеристика объекта исследований
4.3.2. Исследование НДС экспериментальной оболочки
4.3.3. Тепловые испытания экспериментальной оболочки
4.3.4. Расчет коэффициентов теплопроводности материалов теплоизоляции.
4.3.5. Выводы.
ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЛЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СТЕНОК АВТОКЛАВОВ СО ВСТРОЕННЫМИ В КОРПУС
НАГРЕВАТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ И СЛОЕМ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА.
5.1. Определение контактных давлений в сборной цилиндрической стенке автоклава, нагруженной внутренним давлением и тепловым полем.
5.1 Л. Определение контактных давлений в цилиндрической стенке
автоклава, нагруженного внутренним давлением.
5.1.2. Особенности распределения теплового поля и учет его влияния при определении контактных давлений в цилиндрической стенке автоклава
5.2. Определение конструктивных параметров работоспособных цилиндрических стенок автоклавов высокого давления.
5.3. Разработка программного комплекса для расчета температурных молей и напряженного состояния цилиндрических стенок автоклавов высокого давления
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Бесспорное преимущество метода рулонирования состоит в том, что не нужно заготавливать, вальцевать и хранить большое число разрезных обечаек или лепестков, технология изготовления многослойных обечаек приобретает машинный характер, становится полностью механизированной. При испытании многослойные сосуды разрушаются вязко, процесс разрушения постепенно проникает от одног о слоя к другому. Эксплуатация многослойных сосудов более безопасна по сравнению с монолитными. Основными причинами разрушения и аварий автоклавов в промышленных условиях являются коррозионные повреждения металла дефекты, допущенные при изготовлении, монтаже и ремонте отсутствие и неисправности блокировочных устройств и крышек . В процессе экспериментальных работ изготовлены десятки рулонированных обечаек. Изготовление рулонированных обечаек производилось как на стандартных вальцах, так и на специальных установках для сворачивания рулонированных обечаек. Технологические приемы и режимы намотки рулонированных обечаек по основным требованиям обеспечения плотности прилегания и предварительного напряжения отрабатывались с использованием тензометрирования. Установлено, что основным фактором, влияющим на плотность прилегания слоев в рулонированной обечайке, является разнотолщинность стали в поперечном сечении. Технология рулонирования обеспечила минимальный сход ленты, необходимую плотность навивки и точность внутреннего диаметра по овальности в пределах 8 класса точности при намотке на нежесткую центральную обечайку. Проведены большие экспериментальные и опытнопромышленные работы по технологии сварки кольцевых швов с поиском оптимальной разделки кромок, режимов предварительного и сопутствующего подогрева мер, снижающих деформации кромок и уровень остаточных напряжений. В комплексе исследований важное место занимали работы по определению прочностных качеств рулонированных сосудов. Прочностные исследования осуществлялись на отдельных рулонированных обечайках диаметром мм, моделях диаметром 0 мм и экспериментальных сосудах промышленных размеров диаметром 0, 0 и мм. Большое внимание было обращено на изучение механизма работы рулонной конструкции. Исследования моделей и экспериментальных сосудов промышленных размеров проводились со статическим и динамическим тензометрированием наружной и внутренней поверхности. Несущая способность определялась при испытаниях до разрушения. Программа экспериментальных исследований включала тензометрирование основных узлов модели сосуда при опрессовке технологическим давлением с измерением упругопластических деформаций, тензометрию при упругой работе сосуда, измерение больших пластических деформаций при испытаниях до разрушения. В результате этих исследований установлены основные особенности, характеризующие напряженное состояние сосудов многослойной конструкции . Способы изготовления многослойных цилиндрических стенок сосудов высокого давления в процессе их развития были опубликованы в авторских свидетельствах. Разные конструкции имеют как достоинства, так и недостатки. Развитие какойто конструкции идет обычно по пути развития е сильных сторон и устранения недостатков. Различные технологические решения, предложенные в авторских свидетельствах, направлены на решение технологических проблем, возникающих в процессе производства и на частичное или полное устранение конструктивных недостатков. В предложен способ изготовления многослойных корпусов толстостенных сосудов высокого давления, направленный на упрощение изготовления толстостенных сосудов, увеличение их прочности и экономию высоколегированных материалов. В описано четыре способа, по которым могут быть изготовлены многослойные рулонированные царги корпусов автоклавов высокого давления методом спиральной навивки корпусов лентой. В 6 предложено три способа изготовления многослойных обечаек, которые позволяют повысить прочность изготавливаемого сосуда за счет равномерного распределения напряжений в зоне шва. В 7 предложены два способа сварки корпусов сосудов высокого давления. Этот способ позволяет повысить качество сварки за счет снижения изгибающих напряжений на внутренней поверхности сосуда.