Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Требуемый баланс давлений в такой конструкции достигается за счет малых упругих деформаций футеровки под действием рабочего давления. В силу малости внешнего объема эта деформация приводит к существенному изменению величины последнего (в ту или другую сторону), что вызывает необходимое изменение давления во внешнем сосуде. Таким образом, не требуется предусматривать специальных конструктивных элементов футеровки, обеспечивающих повышение ее сильфонных свойств. Вследствие большой относительной величины рабочей полости 260 последняя практически ие изменяется при деформациях футеровки, что дает возможность поддерживать в ней требуемые рабочие параметры.
Для эффективного применения «принципа малого внешнего объема необходимо уметь рассчитать нужную величину k— отношения свободных объемов футеровки Кф и несущего сосуда Vc Такой расчет может быть выполнен на основе анализа упругого деформирования плавающей футеровки в условиях гидротермального синтеза. В предположении гомогенного состояния жидких сред внутри и снаружи футеровки такой анализ позволяет в линейном приближении получить следующее соотношение, устанавливающее область допустимых ошибок в заливках этих сред:
O1I+ O2Il
Азі -Г аіЦ
[а]
ГДЄ 0|, . . ., On коэффициенты, зависящие от конфигурации футеровки, свойств ее материала и отношения объемов k\ g, т) — ошибки в заливке футеровки и внешнего сосуда; [а]— допустимое эквивалентное напряжение материала футеровки при рабочей температуре; E — модуль Юнга.
Под ошибкой в заливке полости понимается отношение фактического коэффициента заливки к теоретическому, т. е. такому, который в точности обеспечит давление при рабочей температуре Tp, равное технологически требуемой величине.
Для теоретических коэффициентов заливки перепад давлений равен нулю и изменение начальных свободных объемов футеровки Уф и несущего сосуда Vc в рабочих условиях связано только с тепловыми расширениями. Формулы для вычисления коэффициентов аи ..., а4 довольно громоздки по форме, но ие? сложны для вычисления и имеют следующий вид:
ol = (1 + ЗоСф) (1 + Зас + 3k (ас —аф)); а2= (і + Л^(1 + Заф)(1 — 3ac + 3k(ac—аф));
а3= — ol/? Г—---1;
L <uR ^ 1 +3ас + 36(ас-аф) J
a* = R (1 + -^Ц [ 1 + Зас + Sk (ас— аф)], V. u>R J
где R = —---коэффициент объемной деформируемости
Уф ["1
футеровки, характеризующий максимально допустимое изменение объема футеровки Л Уф; у— параметр, характеризующий толстостенность футеровки, равный отношению толщины ее стенки к внутреннему радиусу; а — тепловое расширение единицы длины материала футеровки или сосуда при его нагреве
261 от начальной до рабочей температуры; to — интенсивность роста давления при увеличении коэффициента заливки; k — характеристика относительной малости внешнего объема.
Как следует из вида зависимости давления в жидкой гомогенизированной среде от степени заполнения и температуры (см. рис. 63), величина to практически не зависит от последней и очень слабо меняется при изменении первой. Так как в рассматриваемом случае в силу тонкостенности футеровки перепады давлений весьма незначительны, то можно считать ю постоянной величиной.
Коэффициент объемной деформируемости футеровки может быть рассчитан для каждой конкретной конструкции. Чем больше R, тем больше возможное относительное изменение объема футеровки при предельно допустимом уровне напряжений в ее материале.
Для достаточно общего случая цилиндрической футеровки с плоскими крышками можно оценивать величину R по формуле
Зд/З 7(3+ц)3 Vv
где ц — коэффициент Пуассона материала футеровки при рабочей температуре; уі — второй геометрический параметр футеровки, характеризующий ее удлиненность и равный отношению внутреннего радиуса к высоте.
Коэффициент объемной деформируемости футеровки зависит от параметров ее толстостенности и удлиненности. Первый определяет максимально допустимые перепады давления. Целесообразные пределы изменения параметра у для некоторых футе-ровочных материалов приведены ниже.
Фторопласт .............. 5—20
Медь ................. 75—750
Серебро ................ 20—200
Платина ................ 20—200
Сталь ..................................100—1000
Независимо от вида материала футеровки для большинства конструкций аппаратов синтеза параметр Y1 лежит в пределах 0,05—0,5. Коэффициенты объемного деформирования R гладких цилиндрических тонкостенных футеровок из различных материалов следующие:
Фторопласт ............................1,5—2,1
Медь ..................................2,1—7,6
Серебро ................................2—5
Платина ................................2—5
Сталь ..................................2,2—8,5
На рис. 88 приведены зависимости максимально допустимой относительной ошибки в заливке внешнего объема футеровки 262 (при условии точной заливки ее внутреннего объема) от величины отношения внутреннего и внешнего объемов для некоторых материалов. Наибольший эф" фект дает применение принципа малого внешнего объема в случае использования фторопласта и других термопластичных материалов. Это связано с тем, что коэффициент термического расширения таких материалов в 10—20 раз больше, чем у сталей (у фторопласта в 15 раз), и в процессе разогрева аппарата футеровка, расширяясь, резко уменьшает свободный внешний объем. Из рис. 88 видно, что для фторопластовой футеровки с внутренним объемом, превышающим внешний всего в 5—7 раз, допустимая ошибка в заливке достигает 15—30 %., что вполне достаточно для обеспечения надежной эксплуатации футеровки. При определении коэффициентов заливки внутренней и внешней полостей такой футеровки необходимо учитывать изменения объемов этих полостей при тепловых расширениях футеровки.
