Файл: Вуколов В.М. Детали из пластмасс в пневмогидравлических системах.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.07.2024
Просмотров: 117
Скачиваний: 0
Исследования по данной методике показали, что капролоновые линзы обладают весьма широкими демпфирующими свойствами. При этом наибольшая величина демпфирования по сравнению с металлическими линзами (для выбранной конструкции) имеет место при меньших частотах (до 30 Гц) и больших углах отклоне ния от плоскости вибрации. Это, очевидно, можно объяснить тем, что с увеличением частоты происходит некоторое запазды вание по времени отдельных циклов гашения вибрации и наложе ние амплитуд двух смежных циклов.
Рис. 39. Ниппельное закрытое соединение для определения демпфирующих свойств линз
На рис. 40 показан график A J A K= f (Ф), где А м— амплитуда испытуемого участка при металлических линзах; А к — то же при линзах из капролона; Ф — частота. Как видно из графика, демпфирующие свойства полимерных линз, находящихся в си стемах без давления, значительно выше, чем линз, находящихся под давлением.
Установлено, что относительное демпфирование улучшается
сувеличением угла петли трубопровода к плоскости колебания. Кроме того, при больших абсолютных амплитудах имеется неко торый предел демпфирования, который в данном случае численно совпадает с амплитудой колебания вибрации трубопровода, уста новленного на металлических линзах с минимальным углом к пло скости вибрации. Величина резонансной амплитуды магистралей
сполимерными линзами на 10% меньше, чем с металлическими. Следует учитывать факт наступления резонанса при максимальной'
90
величине вибрации, что, как указывалось выше, является худ шим вариантом для работы пластмассовых прокладок. Полимер ные линзы, установленные в магистрали, имеющие вибрации 10— 15 Гц, уменьшают амплитуду колебаний системы на 50—60%. Это благоприятно сказывается на работе системы, увеличивая
еепрочностные характеристики.
Впроцессе эксплуатации поли мерные линзы испытывают воз действие рабочей среды, темпера турных условий и механических
нагрузок. Следствием этого явля
ются |
процессы, |
протекающие |
|
|||||
во времени и сопровождаемые раз |
|
|||||||
рывами химических связей в глав |
|
|||||||
ных цепях |
макромолекулы |
мате |
|
|||||
риала. |
С |
целью |
окончательного |
|
||||
определения возможности исполь |
|
|||||||
зования нового материала в разъ |
|
|||||||
емных соединениях трубопроводов |
Рис. 40. График зависимости A J A K |
|||||||
непосредственно в грузоподъемных |
||||||||
от частоты Ф: |
||||||||
машинах |
необходимо |
провести |
-------------------- петля трубы перпенди |
|||||
специальное |
испытание, |
имитиру |
кулярно к направлению амплитуды; |
|||||
ющее |
натурные условия |
работы, |
— — — — петля трубы под углом 20° |
|||||
к направлению амплитуды; |
||||||||
и определить |
следующее: |
готов |
1 — система без давления; 2 — система |
|||||
1) степень |
постоянной |
под давлением 260» І05 Н/м2 |
||||||
ности |
к работе разъемного |
маги |
|
стрального соединения с уплотнительными линзами в условиях длительного хранения и периодически проводимых регламентных работ;
2)работоспособность полимерных уплотнений в чередующихся режимах: хранение, работа, транспортировка;
3)степень набухания уплотнителя в рабочей среде и измене ние в этой связи эксплуатационных качеств соединения.
Определение периодичности технического обслуживания соединений в процессе длительного хранения и эксплуатации системы
Этот вид испытаний имитирует ходовые испытания агрегата, длительное хранение на консервации, длительное нахождение в рабочем положении и определяет необходимость технического обслуживания соединений. Первоначальную оценку способности выбранного материала к этому виду рабо^ следует производить на основании данных ускоренных испытаний на релаксационную стойкость уплотнителя при температурах 223 и 323 К с уче том разницы коэффициента линейного расширения материала уплотнителя и деталей соединения.
91
Релаксацией называется процесс самопроизвольного изме нения во времени напряжения в нагруженной детали. Релакса ция в металлах является следствием перехода упругой деформа ции материала в пластическую под действием нагрузки. При этом общая деформация остается
постоянной.
В пластмассах релаксация про
текает |
несколько |
иначе. Пласти |
|
ческие |
деформации в |
пластиках |
|
появляются сразу |
же при затяге |
||
и продолжаются |
в |
дальнейшем |
в процессе работы. Поэтому для полимерных линз, применяемых в соединениях в качестве уплот няющего материала, очень важно знать процесс протекания релак сации и его функциональную зави симость от различных факторов. Значение величины релаксации и ее ограничение в ряде случаев являются решающими для обеспе чения герметичности соедине ния.
Испытания на релаксацию мо жно проводить на стенде, кон струкция которого показана на рис. 41. В верхней части стенда расположено винтовое нажимное устройство, создающее необходи мую нагрузку. Под ним — устрой ство со съемными элементами, имитирующими разъемное сое динение, что дает возможность производить испытание линз с раз личным диаметром проходного отверстия. Фиксация напряжения
влинзах производится динамо
метром типа ДС-3. В нижней части стенда имеется устройство для подачи давления во внутреннюю полость испытываемого сое динения.
Давление контролируется по манометру. Испытания произ водятся путем создания определенной величины первоначального затяга и последующих периодических замеров напряжений в уплотнителе как без давления, так и при наличии давления рабочей среды.
Если это приспособление поместить в .холодильную камеру, то можно получить имитацию работы в различных климатиче ских условиях.
92
Для ориентации при выборе материала рассмотрим результаты испытаний некоторых пластмасс. В табл. 5 приведены данные по испытанию некоторых линз без подачи рабочей среды, т. е. изме нение удельного линейного напряжения во времени. На основании этих таблиц и кривых, построенных по ее параметрам (рис. 42), можно сделать следующие выводы.
Во всех испытанных полимерных линзах независимо от ве личины первоначального затяга имеет место процесс релакса-
приложения нагрузки
ции внутреннего напряженного состояния. Он начинается с мо мента стабилизации нагрузки вне зависимости от ее первоначаль ной величины.
Характер релаксации одинаков для всех испытанных поли мерных материалов—крутое падение напряжения в течение корот кого времени (около 10 мин), за который первоначальная нагрузка падает на 60—80% общей величины релаксации. Затем идет замедление процесса релаксации. Этот второй этап продолжается при нормальной температуре примерно 1,2— 1,5 ч. Затем релак сация еще больше замедляется и примерно через 5 ч от начала процесса для некоторых полимеров практически прекращается, для других уменьшается на 70%.
Первый период релаксации по величине (не по характеру) не сколько отличается для различных полимеров. Так,, для смолы П-68 напряжение (кривая II) падает быстрее, чем для капролона (кривая I), и медленнее, чем для поликапролактама (кривая III).
Эти три кривые близки друг к другу и характеризуют полиа миды при релаксации напряжения. Изменение напряжения у по лиформальдегида в этих же условиях происходит несколько
93
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 5 |
Изменение удельного линейного напряжения су ІО '3 (в Н/м) |
|||||
|
|
|
Материал |
|
|
Время действия нагрузки |
Капрон |
Смола П*68 |
Поликапро |
Полиформ |
|
|
|
лактам |
альдегид |
||
|
0 |
2490 |
2490 |
2500 |
2710 |
1 |
МИН |
2440 |
2390 |
2430 |
2570 |
6 мин |
2390 |
2364 |
2360 |
2500 |
|
11 |
мин |
2370 |
2360 |
2340 |
2480 |
21 |
мин |
2360 |
2340 |
2330 |
2450 |
36.мин |
2350 |
2^30 |
2325 |
2420 |
|
1 ч 26 мин |
2330 |
2320 |
2315 |
2370 |
|
1 ч 56 мин |
2320 |
2315 |
2305 |
2340 |
|
3 ч 26 мин |
2310 |
2305 |
|
2320 |
|
4 ч 26 мин |
2315 |
2310 |
|
2360 |
отлично от полиамидов (кривая IV). Такие различия, очевидно, связаны с особенностями структуры молекулярных цепей пласт масс, которые при высоких начальных напряжениях ведут себя по-разному. Отличия в процессе релаксации со временем умень шаются и указанные материалы на третьем этапе и дальше (рис. 42) меняют напряжейия практически одинаково.
Чем больше первоначальная нагрузка, тем быстрее в началь ный момент идет релаксация, так как скорость релаксации зависит от уровня внутренней энергии пластика, создаваемой внешней нагрузкой: чем выше этот уровень, тем быстрее идет процесс релаксации.
Конечная величина внутреннего напряжения линз независимо от материала, первоначального напряжения и размеров линз оказалась практически одинаковой, уменьшившись по сравнению с первоначальной нагрузкой на 10—20%. Это обстоятельство дает основание считать, что при одинаковом конструктив-ном исполнении уплотнения при нормальных температурах и сопоста вимых по величине первоначальных нагрузках конечная вели чина релаксации определяется конструктивными особенностями соединения, в котором установлена линза.
Следующим этапом были испытания при наличии в соедине нии рабочей среды под давлением. Проводились они на той же установке (рис. 41) путем подвода масла АМГ-10 во внутреннюю полость центральной части стенда. Все испытываемые уплотнения выдержали давление рабочей среды (350-ь-400) ІО5 Н/м2 с полной
34
герметичностью.' В процессе подачи рабочей среды |
напряжения |
в линзе повышались, при максимальном давлении |
приближаясь |
к напряжению, соответствующему началу релаксации. При сня тии давления внутреннее напряжение в течение нескольких минут приходило к первоначальному, стабильному положению соответ ствующему концу релаксации.
Наконец, необходимо знать, как влияют температурные усло вия на релаксацию полимеров. С этой целью при испытаниях
центральная часть стенда (рис. |
41) помещалась в одном случае |
в специальную ванну с сухим |
льдом, в другом — нагревалась |
электронагревателем. В результате испытаний было установлено, что пониженная температура значительно уменьшает интенсив ность релаксации внутреннего напряжения в уплотнении, осо бенно на первом этапе. Повышение температуры оказывает обрат ное действие. С повышением температуры интенсивность релакса ции значительно увеличивается. Для линз из капролактама ин тенсивность релаксации при 323 К в 2,5 раза выше, чем при 223 К применительно к начальному периоду релаксации. Явления, опи санные выше, объясняются структурой полимера: повышенные температуры увеличивают пластичность полимера, а следова тельно, и скорость релаксации. При теплосменах внутреннее напряжение в полимерных линзах значительно меняется. Прекра щение процесса охлаждения соединения увеличивает напряже ния в линзе.
Прекращение нагревания снижает напряжение. Это объяс няется разницей коэффициента линейного расширения материала линзы и деталей соединения (коэффициент линейного расширения исследуемых пластмасс в 10— 12 раз больше коэффициента линей ного расширения стали). Перед началом и после исследования влияниярелаксации на герметичность соединения производится замер наружного и внутреннего диаметров, а также высоты линз. Из анализа результатов исследований определяется способность работать выбранного материала в пределах упругой деформации и даются рекомендации о целесообразности дальнейших испыта ний при длительной работе и хранении машин.
После предварительных испытаний, имеющих целью прибли жение условий работы и хранения к действительным, гидравли ческую панель без давления рабочей среды помещают в закрытое неотапливаемое помещение. Для оценки готовности соединений к работе через каждые 30 сут. нужно проверять их на герметич ность при статических, динамических и вибрационных испыта ниях. Часть испытаний в зависимости от района, в котором дол
жна работать |
машина, следует проводить при температуре 223 |
и 323 К после |
выдержки уплотнителей при относительной влаж |
ности 15, 50 и 100%.
Рассмотрим результаты испытаний капролоновых уплотните лей с диаметром проходного сечения до (25-10_3)м . Они вклю чили в себя статические испытания (выдержка соединения под
95
давлением рабочей среды 400+5° -ІО5 Н/м2), динамические испы тания (проведение 1000 циклов, т. е. подачу рабочей среды под
давлением |
400+50 |
• 10s Н/м2 и дренаж до давления |
Р = 0) и ви |
|
брационные испытания (работа |
приспособления на |
вибростенде |
||
в течение |
15 ч с |
параметрами: |
Р ср = 400-ІО5 Н/м2; амплитуда |
А = 5 -10-4 м; частота / = 55 Гц). Перед началом испытаний и после них производился замер внешнего диаметра, внутреннего диаметра и высоты, а также веса линз. Для всех партий по этим параметрам быди посчитаны средние значения, В течение испы тываемого времени температура окружающего воздуха менялась от 310 до 250 К, влажность также колебалась в пределах 60—
100%.
Испытания показали, что чередование в широких пределах режимов хранения, транспортировки и работы капролоновых линз в ниппельном соединении не влияет на их работоспособность. Длительное хранение при различных температурах приводит лишь к некоторому изменению основных параметров. Так, при переходе температур от 250 до 310 К внешний диаметр увели чивается на 25%, а высота— на 1%. Однако на работоспособ ности линз это не отразилось. Все они обеспечивали герметичность соединений. Вибрационные воздействия с указанными парамет рами также не нарушают герметичности соединения.
При использовании капролонового уплотнителя в открытом фланцевом соединении необходимо предусмотреть регламентные работы по проверке герметичности соединений. Эти работы сле дует рекомендовать в том случае, если монтаж соединения про ходил при температуре ниже 293 К, а соединение по каким-либо причинам было нагрето до температуры выше 323 К.
Таким образом, из всего сказанного следует, что уплотнитель ные линзы из капролона могут быть рекомендованы к применению в магистральных трубопроводах и аппаратуре пневмогидравлических систем, находящихся по условиям эксплуатации про должительный период времени на хранении. Причем переход от состояния хранения к состоянию эксплуатации для ниппельного соединения не сопряжен с обязательной дополнительной подго товкой. Разумеется, наши рекомендации относятся прежде всего к указанным соединениям трубопроводов, а также определенным уплотнительным материалам. Применение полимерных уплот нителей в соединениях другой конструкции требует дополнитель ной проверки, применительно к нужной конструкции.
Определение степени набухания выбранного материала в рабочей среде
Как уже отмечалось в гл. И, способность полимеров к набу ханию характеризуется степенью набухания., которая выражает количество жидкости, поглощенной полимером, отнесенной к еди нице объема или веса полимера. Из этого определения видно, что
96