Подручја рада
Претрага
57. Анализа услова рада, захтева и жељених својстава машинског система

Уводни део:

 Услови рада саставних делова конструкције у највећој мери зависе од врсте машинског система и окружења у коме он функционише.

 Тако су, на пример, делови у топлотним машинским системима изложени високим температурама, друмска моторна возила конструишу се у зависности од врсте пута (теренска возила), рад машина и машинских система условљен је окружењем (температура, влажност ваздуха, корозија, прашина и др.).

 Средишњи део:

 Топлотни машински системи су они у којима се претварање једног вида енергије у други остварује термодинамичким процесом који ослобађа велику количину топлотне енергије.

 Најзначајнији мећу њима су системи у којима се током сагоревања остварују физичко-хемијски , односно термо-динамички процеси у којима се добија енергија жељеног вида, односно непосредно или посредно одрађена врста рада.

 Код мотора са унутрашњим сагоревањем хемијска енергија горива непосредно се претвара у механичку, док се код котлова енергија горива посредно користи у виду енергије врелих гасова преко размењивача топлоте или се врела вода и врела пара користе у технолошке сврхе.

 У клипним моторима сагоревање се остварује у цилиндрима, те су топлотно најоптерећенији цилиндар, поклопац (глава мотора) и клип са клипним прстеновима (слика ).                        
                                                                                                                     1.

tabela.jpg      

У гасним турбинама осим коморе за сагоревање високим температурама су изложени и лопатице, кућиште турбине и други делови, као и код парних турбина. У топлотним системима са посредним коришћењем топлотне енергије највишим температурама изложени су разноврсни размењивачи топлоте који се претежно састоје од низа цеви.

 Делови топлотних машинских система изложени су не само механичким оптерећењима, силама и спреговима већ и изразитим топлотним и знатним структурним оптерећењима. Стања изазвана овим оптерећењима представљају радна стања и она

морају бити мања од критичних.

 Механичка оптерећења настају услед притиска радног флуида на зидове елемената, као што су цилиндри, цеви, коморе за сагоревања и др. и изазивају у њима напонска стања на основу којих се одређују мере делова, дебљине зидова цеви, цилиндара и комора за сагоревање. Услед динамичког дејства флуида површински слојеви изложени су разарању и трошењу. Ако флуид садржи чврсте честице, као код сагоревања угља у лежишту котла, оне услед кинетичке енергије нападају површинске слојеве изазивајући њихово постепено разарање, односно трошење.

 Иако флуид не садржи чврсте честице, при великим брзинама струјања, услед динамичког дејства флуида настају ерозивна поврпшинска разарања метала (лопатице гасних и парних турбина, на седиштима вентила и у самим цевима).

 Приликом промењљивог топлотног оптерећења, на пример током пуштања топлотног система у рад или ако је топлотни процес у току рада промењљив, сви делови мењају мере, шире се или скупљају. Ако им слободно ширење или скупљање нису конструкционо решени, на пример на местима ослонаца или ако цеви нису савитљиве, настају велики допунски напони у деловима који могу изазвати трајне деформације и разарања.

  Уколико је ситем добро конструкционо решен, најзначајније дејство топлотних оптерећења огледа се у додатном оптерећењу конструкције у променама механичких својстава материјала, која опадају са повишењем температуре. У табели 1. дате су вредности затезне чврстоће Rm, напона течења Rpo,2, временска затезна чврстоћа σh коју епрувета може да издржи 100.000 часова и напон пузања σr . Ови напони опадају са повишењем температуре а код челика нарочито изнад 400оС. Услед тога радни напони морају бити мањи.

 За температуре изнад 400оС треба користити легиране челике који су повољнији од угљеничних.

 Граница пузања σr  представља напон при коме се достиже критична величина пузања (појава трајних пластичних деформација) после одређеног времена рада ако су температура и напон изнад одрећене границе.

 Гранична температура изнад које се појављује пузање креће се код челика између 300 и 400оС. Мање вредности односе се на угљеничне, а веће на на легиране челике.

 На структурна оптерећења делова утиче и корозија, као и таложења на површини делова.  

 Табела

 Затезна чврстоћа Rm , Напон течења Rpo,2 Временска затезна чврстоћа σh 100 000 Граница пузања σr све у N/mm2.  

Корозија  представља површинско разарање металних делова услед хемијског или електрохемијског деловања одређених флуида под одрећеним условима. Када су изложени високим температурама, корозија настаје првенствено услед оксидациоје површинских слојева и хемијских реакција других елемената (сумпор и натријум).

 Посебан вид структурног оптерећења представљају таложења чврстих честица на површине делова. Те наслаге мењају мере и облике делова, повећавају дебљине зидова цеви и судова и смањују интензитет пролаза топлоте кроз зидове.

 При прорачуну и конструисању делова изложeних високим температурама – основни захтеви се односе првенствено на то да машинском ситему треба обезбедити да радна стања изазвана наведеним оптерећењима не пређу критична. Од свих критичних стања најзначајнија су она у којима се разарају делови. Зато се при прорачуну дебљина зидова цеви и цилиндричних судова танких зидова који раде под притиском одређује према највећим напонима у правцу тангенте на кружни пресек (слика ).



Према JUS E2.253 дебљина зидова судова под притиском одрећује се на основу једначине