|
|
Динамічні навантаження викликають утворення внутрішніх напружень в конструкціях апарата, значно вищих за ті, що виникають за статичної дії цих навантажень. Відношення внутрішнього напруження, яке викликане навантаженнями динамічного характеру, до напруження, що викликане статичним впливом, називають динамічним коефіцієнтом, величина якого коливається в діапазоні від 1,5 до 15.
Динамічні навантаження виникають за різких змін величини тиску в апаратах, при гідравлічних ударах, які пов’язані з різким гальмуванням потоку рідини або газу, що рухаються, в результаті вібрацій, від випадкових ударів транспортом, який рухається, при падінні вантажів тощо.
Різкі зміни тиску в апаратах або трубопроводах можуть виникати при випробуваннях їх на міцність, при пуску в експлуатацію, в моменти зупинки, а також при грубих порушеннях встановленого режиму температур та тиску.
Гідравлічні удари виникають звичайно в результаті швидкого закривання та відкривання вентилів на трубопроводах, за великих пульсацій рідини, що подається насосами, за різкої зміни тиску на будь-якій ділянці трубопроводу. Впливу гідроударів частіше всього піддаються трубопроводи і насоси.
Приріст тиску (ΔР) в трубопроводі, який виникає при повному гідравлічному ударі, можна визначити за формулою Н.Е.Жуковського:
 (5.19)
де c - швидкість поширення ударної хвилі, м/с;
 - густина рідини за робочої температури, кг/м3;
 - зменшення швидкості руху рідини в трубопроводі, визначається за формулою, м/с:
 (5.20)
де  , - відповідно початкова і кінцева швидкості руху продукту в трубопроводі, м/с (часто = 0).
Швидкість поширення ударної хвилі можна визначити за формулою:
 (5.21)
де d - внутрішній діаметр трубопроводу, м;
 – товщина стінки трубопроводу, м;
Е – модуль пружності матеріалу трубопроводу;
 – модуль пружності рідини (величина, обернена до коефіцієнту об’ємного стиснення  ).
Тиск при гідравлічному ударі залежить від часу закриття запірних пристроїв та довжини трубопроводу. Чим довший трубопровід та менший період закриття засувки, крана, клапана, тим більший тиск.
Частою причиною пошкодження газових компресорів від гідравлічних ударів є потрапляння в їх циліндри рідин (води, газового конденсату, дистилятних продуктів) разом з газом, що поступає на стиснення. Це відбувається за відсутності на газовій лінії перед компресором пристроїв для очищення газів від рідин. Оскільки рідина практично не стискається, вплив на неї поршня, який швидко рухається, приводить до поломки штока, самого поршня, клапанів і навіть стінок циліндрів. З потоком газу в циліндри компресорів може потрапити також незначна кількість змащувального компресорного масла із ступінчастих віддільників мастила, особливо при порушенні встановленого для них рівня рідини та за сильної пульсації газу. В циліндри компресора може також потрапити вода з холодильників газу, коли теплообмінна поверхня холодильника пошкоджена, а тиск газу менший за тиск води. Частіше всього це відбувається в періоди тимчасової зупинки та пуску компресора, оскільки при непрацюючому компресорі та несправному холодильнику вода накопичується в газовій лінії, а при пуску газ продавлює воду в компресор.
Коли тиск газу більший за тиск води, через пошкоджені трубки холодильника горючий газ буде потрапляти до води, створюючи при цьому небезпеку вибуху апаратів (наприклад, градирень), які застосовуються для охолодження оборотної води.
Захист апаратів і трубопроводів від гідравлічного удару полягає в наступному:
- влаштування на з’єднувальних лініях поблизу апаратів з великим тиском зворотних запобіжних клапанів;
- зниження пульсації тиску шляхом влаштування на лінії газових ковпаків або підключення апаратів з пароповітряним об’ємом;
- контроль за різкою зміною продуктивності насосів;
- заміна поршневих насосів на відцентрові насоси;
- контроль за плавністю зміни тиску при пуску та зупинці апаратів у період переходу з одного режиму тиску на інший;
- контроль за попаданням в компресори рідин.
Вібрації апаратів та трубопроводів виникають в результаті систематичної зміни внутрішнього тиску або при впливі внутрішніх підбурюючих сил. В результаті вібрації утворюються нещільності у фланцевих з'єднаннях, руйнуються шви, виникає руйнація.
Вібрація спостерігається в трубопроводах, які знаходяться під тиском та недостатньо закріплені, в апаратах, що з’єднані з поршневими насосами та компресорами, а також у недостатньо закріплених зовнішніх апаратах і від впливу вітру.
Найбільша небезпека від вібрації виникає в тому випадку, коли число коливань підбурюючої сили за своїм значенням буде наближатися до числа особистих коливань системи або відрізнятися від нього на ціле число разів. При цьому спостерігається так зване „явище резонансу”. Параметри вібрації вимірюють вібрографами.
Для запобігання вібрації технологічного обладнання необхідно:
- зменшити пульсацію при роботі насосів (заміна поршневих насосів відцентровими, встановлення „повітряних” ковпаків тощо);
- влаштовувати під агрегатами, що вібрують, масивні фундаменти;
- ізолювати агрегати, які вібрують, від фундаментів конструктивних елементів будівель;
- застосовувати еластичні прокладки, пружини та інші пристрої для гасіння коливань;
- контролювати міцність кріплення апаратів (трубопроводів).
До механічних пошкоджень від дії навантажень динамічного характеру також можна віднести пошкодження від необережної роботи цехового транспорту, ударів падаючими вантажами, ударної дії уламків при аваріях сусідніх апаратів тощо. Для запобігання пошкодження обладнання на виробництві влаштовують захисні огородження, обмежують швидкість руху транспорту, вантажопідйомних машин та механізмів, трубопроводи прокладають в закритих траншеях або на естакадах, обмежують зони проїзду транспорту, газові лінії прокладають над мостовими кранами та іншими засобами переміщення вантажів.
|