CC BY
10
телемеханики, с помощью которых возникает возможность оперативного вмешательства в работу ПРГ.
Совокупность систем, которые используют для контроля и выполнения производственных процессов, частично или без участия человека называют автоматизацией.
Вывод: Устанавливая на объектах газораспределительных систем ПРГ с автоматизацией, у эксплуатирующих организаций появляется возможность сокращения затрат на обслуживающий персонал, материалы и оборудование при этом увеличивается эффективность, надежность и безопасность системы газораспределения.
Список использованной литературы:
1. Музалевская Г.Н. Инженерные сети городов и населенных пунктов: учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению 653500 "Строительство". М.: Ассоц. строит. вузов, 2006. 149 с.
2. Чурилин А.В., Демичева Л.В. Пункты редуцирования газа: учебное пособие для бакалавров направления 140100 «Теплоэнергетика и теплотехника» дневной и заочной форм обучения. Тамбов: ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2014. 93 с.
© Васильев А.А., 2020
УДК 62-9
Востриков А. А.
Студент 2 курса магистратуры ТГУ
Тюмень, РФ
СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИЛЬФОНОВ
Аннотация
В данной статье обобщаются результаты исследования, в ходе которого была спроектирована и построена инновационная испытательная установка с целью испытания под нагрузкой тонкостенных ^ образных металлических сильфонов. Значения напряжений, рассчитанных на основе деформаций, полученных с использованием имеющихся в продаже тензорезисторов для различных режимов деформации, сравнивались с значениями, предсказанными с помощью существующих уравнений статического напряжения. Отмечено, что результаты экспериментальных испытаний отличаются от значений напряжений, рассчитанных с помощью аналитических уравнений статического напряжения. Приводятся и обсуждаются возможные объяснения расхождений. Сделан вывод, что обычные коммерчески доступные тензодатчики не подходят для измерения деформаций гофрированной оболочки сильфонов с небольшим радиусом свертки.
Ключевые слова:
металлические сильфоны, гофрированная оболочка, напряжения, деформации, испытательная установка.
Сильфоны - это тонкостенные гофрированные трубы, разработанные для обеспечения высокой гибкости при различных условиях нагрузки. Такие сильфоны часто используются в авиационных двигательных установках, где малый вес и высокая гибкость являются важными конструктивными соображениями.
При прогнозировании ожидаемого срока службы формованных металлических сильфонов традиционно учитываются две составляющие напряжения. Это статические и динамические напряжения, возникающие в результате ожидаемых эксплуатационных нагрузок, таких как осевая и поперечная деформация, внутреннее давление и изгиб. Ранее были разработаны экспериментально проверенные математические модели для прогнозирования динамических напряжений, возникающих в результате колебаний, вызванных потоком [1-4]. Однако не было проведено сопоставления аналитических моделей
сильфонов, прогнозирующих статические напряжения, с эмпирическими данными о напряжениях в тонкостенных ^образных металлических сильфонах.
Цель данного исследования состоит в том, чтобы спроектировать и построить испытательный стенд, который можно было бы использовать для испытания формованных тонкостенных ^образных металлических сильфонов и определить, можно ли использовать обычные коммерчески доступные тензодатчики для точного измерения деформации сильфонов.
Экспериментальные значения напряжения, рассчитанные на основе измеренных деформаций, сравниваются со значениями, предсказанными с помощью имеющихся в настоящее время уравнений статического напряжения.
Испытательная установка была спроектирована и построена для получения значений статического напряжения, которые будут сравниваться с прогнозами существующих аналитических уравнений статического напряжения для ^образных металлических сильфонов. Установка состоит из двух подвижных платформ с шестью степенями свободы, одной фиксированной и одной подвижной. Концепция платформы с шестью степенями свободы была получена из так называемого «стола Стюарта», используемого для обеспечения трехмерного движения в авиасимуляторах [5]. Путем дифференцированного выдвижения или втягивания каждой из шести ножек стола Стюарта можно обеспечить в определенных пределах любое желаемое положение платформы. Установку, разработанную для этого исследования, можно использовать для испытания сильфонов любого типа. Установку также можно использоваться для проведения усталостных испытаний металлических сильфонов.
Каждый тренажер с шестью степенями свободы состоит из вращающейся столешницы диаметром 25 дюймов, поддерживаемой шестью ножками. Каждая ножка подвижного стола состоит из стержней с резьбой 0,5 дюйма, соединенных с подшипниками на конце стержня, что позволяет перемещать столешницу в любое положение с шестью степенями свободы. Ножки подвижной платформы также содержат талрепы, которые позволяют выдвигать или втягивать каждую ногу, и датчик нагрузки, используемый для определения того, происходит ли какое-либо из движений стола вне плоскости вертикального движения. Чтобы избежать проблем, связанных с деформацией кручения формованных металлических сильфонов, движения вне плоскости не рассматривались. Ножки шарнирного стола содержат электромеханический преобразователь LVDT, который отражает осевое перемещение ноги. Перед установкой датчики веса и LVDT были откалиброваны, чтобы гарантировать точность требуемых перемещений. Была написана управляющая программа для расчета разгибаний ног, необходимых для достижения заданного положения платформы, на основе трехмерных уравнений движения для стола Стюарта [6].
После сборки платформ и проверки программы управления были установлены датчики и проведены предварительные перемещения для проверки точности положения столов. На начальном этапе процедуры проверки обе поверхности стола были выровнены и выровнены относительно друг друга. Это было достигнуто за счет использования пузырьковых уровней и выравнивающего устройства. После того, как столы были правильно размещены, нейтральная высота шарнирного стола была установлена и введена в программу управления.
Точность, с которой шарнирно-сочлененный стол мог быть размещен относительно заданного местоположения, была установлена путем перемещения центра тяжести стола в положение, которое привело бы к удлинению образца сильфона на 25 мм. Выяснилось, что стол может быть перемещен в пределах ± 0,3% от желаемой позиции. После проверки точности позиционирования столов на верхние части стола были установлены фланцевые угловые приспособления с углом 90 °.
Концевые приспособления располагались таким образом, чтобы расстояние от одного фланца до другого было одинаковым для любой точки на окружности фланца. Затем на внутренней стороне каждого концевого приспособления был установлен глухой фланец, чтобы можно было провести испытания внутреннего давления.
Образцы для испытаний сильфона были установлены между двумя платформами, причем один конец был прикреплен к неподвижному столу, а другой - к подвижному столу. Желаемое отклонение сильфона достигалось путем выдвижения или втягивания ножек, поддерживающих подвижный стол. Для
перемещения платформы требовалось одновременное регулирование только двух ножек, что обеспечивало возможность ручного позиционирования одним оператором. Испытательная установка была оснащена мощными приборами для получения данных о деформации, необходимых для расчета напряжений сильфона. Следует отметить, что при помещении некоторых сильфонов в испытательную арматуру наблюдалась значительная деформация и провисание. Это объяснялось чрезвычайно тонкой толщиной стенок и большой рабочей длиной некоторых испытуемых изделий.
Перед каждым тестом производилось выравнивание столов. Затем шарнирный стол перемещали в положение, соответствующее горизонтальному удлинению 25 мм, чтобы проверить точность тестовых движений. Стол считался правильно выровненным, когда центр тяжести находился в пределах ± 0,3% от желаемого положения. Также определялось расстояние, разделяющее концевые зажимы чтобы гарантировать, что концы образцов для испытаний сильфона будут выровнены. Каждый испытательный образец сильфона подвергался нагрузкам растяжения, бокового смещения, изгиба и внутреннего давления. Испытание считалось завершенным, когда любое из напряжений, индуцированных в испытываемом образце, достигало или превышало 80% предела текучести материала сильфона. Испытания на смещение выполнялись за счет подвижных ножек, движения которых задавалось программой управления на основе заданного конечного значения смещения. Испытания внутреннего давления проводились с использованием калибратора HEISE 730 в качестве измерительного прибора.
В качестве рабочей среды для испытаний внутреннего давления использовался газообразный азот. Значения деформации были вычислены по дифференциальным сопротивлениям тензодатчиков, зарегистрированных системой сбора данных. Эти значения рассчитывались с использованием уравнения:
ART
а =-
RTGF
где ART - сопротивление дифференциального тензодатчик; Rf - номинальное сопротивление тензодатчика; GF - манометрический коэффициент (равный 1,95). Напряжения рассчитывались на основе деформаций [7] в соответствии с законом Гука.
Меридиональное напряжение:
Е
т (1-Ц2)
Окружное напряжение:
Е
(£т + ߣc)
■(£c + ߣm)
С Ц-Ц2)
где (Г1 - расчетные напряжения; £( - измеренные деформации.
Испытательный стенд был проверен на предмет ошибочных показаний путем присоединения дополнительных тензодатчиков к двум образцам для испытаний сильфона, а затем проверки согласованности и повторяемости полученных показаний. Дополнительные тензодатчики были того же типа (двухосные под углом 90°), но были получены от другого производителя. На основании согласованных показаний, полученных от дополнительных тензодатчиков, был сделан вывод, что данные о деформации, полученные с помощью испытательной установки, воспроизводимы.
Образцы, использованные в программе испытаний, представляли собой однослойные сильфоны и-образной формы диаметром 12,7 см и 20,3 см, изготовленные из нержавеющей стали СтЗсп (Е = 1,94 МПа, ц = 0,32).
Измерялась геометрия каждого испытуемого образца, чтобы определить его соответствие спецификациям изготовления, предоставленным производителем. Эти измерения включали внутренний и внешний диаметры, высоту свертки, толщину материала, а также внутреннюю и внешнюю ширину и шаг каждой свертки.
По результатам проведенных исследований были сделаны следующие выводы:
Во-первых, можно увидеть, что для геометрических параметров, рассматриваемых в этом исследовании, значения напряжений, рассчитанные с использованием аналитических уравнений, очень мало коррелировали с экспериментальными значениями, рассчитанными на основе значений деформации,
полученных с помощью имеющихся в продаже тензодатчиков. Различия между экспериментальными результатами и теоретическими предсказаниями можно объяснить несколькими факторами. Использование плоских тензодатчиков для измерения деформации на резко изогнутых поверхностях могло внести значительную ошибку в измерения деформации. Кроме того, из-за малых радиусов кривизны в окружном и меридиональном направлениях возникали сложности с согласованием плоских тензодатчиков с изогнутыми поверхностями сильфона.
Эти факторы указывают на то, что обычные тензодатчики не подходят для измерения деформаций гофрированной оболочки в тонкостенных формованных металлических сильфонах с очень маленькими радиусами свёртки.
Во-вторых, существующие уравнения, прогнозируют статические напряжения в результате осевой деформации и внутреннего давления, однако напряжения, связанные с угловыми и боковыми смещения, в них не учтены.
В-третьих, из экспериментальных значений отношения напряжений можно увидеть, что часто существует широкий диапазон уровней напряжения в пределах конкретного испытуемого образца. Вариации уровней напряжений в сильфоне, скорее всего, были вызваны внутренней асимметрией и геометрической неоднородностью образцов для испытаний сильфона. Список использованной литературы:
1. Головина Н.Я. Исследование устойчивости поперечных колебаний гибких металлических трубопроводов // Научное обозрение: строительство и архитектура. 2017. № 2. С. 27.
2. Кривошеева С.Я., Головина Н.Я. Исследование влияния осевой жесткости на работу гибких металлических трубопроводов // Научное обозрение. 2016. № 16. С. 213-216.
3. Головина Н.Я., Кривошеева С.Я. Исследование различных факторов, влияющих на вибрационную прочность гибких металлических трубопроводов // Естественные и технические науки. 2015. № 6 (84). С. 269-272.
4. Головина Н.Я. Вопросы устойчивости вынужденных поперечных колебаний гибких металлических трубопроводов // Научное обозрение. 2014. № 10-1. С. 63-66.
5. Dieudonne, J. E., An actuator extension transformation for a motion simulator and an inverse transformation applying Newton-Raphson's method. NASA TN-D-7067, Washington, DC, 1972.
6. Samoiloff, A. A. Evaluation of expansion joint behavior // Power. 1961. № 105. P. 57-59.
7. Belov P.A., Lurie S.A., Golovina N.Ya. Classifying the existing continuum theories of ideal-surface adhesion // Adhesives and Adhesive Joints in Industry / Edited by Anna Rudawska. London, 2019.
© Востриков А. А., 2020
УДК 697.911
Кузьмин А. М.
Студент
Санкт-петербургский государственный архитектурно-строительный университет г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
ТЕПЛОВОЗДУШНЫЙ РЕЖИМ ЧИСТЫХ ПОМЕЩЕНИЙ
Аннотация
В данной статье отмечается особая роль чистых помещений, которые активно используются в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ). Чистые помещения разнообразны по медико-технологическому обеспечению, что создает проблемы при проектировании подобного рода объектов. В
