Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
= 200 МПа (это отвечает коэффициенту запаса прочности т] = 1,5 по пределу псевдотекучести). Кривые 5 — 7 построены при значениях коэффициента у, равных 0,1; 0,2 и 0,23, что отвечает значениям относительной толщины футеровки b/R, равной 0,15; 0,25 и 0,01.
Кривые 3 и 4 на рис. 92 построены соответственно для футеровок из коррозиестойких сталей при рабочей температуре 300— 500 0C и при табличных механических свойствах материалов. Коэффициент у при построении этих кривых принимался равным 0,2; а допустимое напряжение [а] определялось по пределу текучести при рабочей температуре с коэффициентом запаса и= 1,5.
Возможная ошибка в заливке зависит от конструкции затвора и материала футеровки крышки. Изготовление последней из термопластичных материалов типа фторопласт-4, обладающих большим тепловым расширением, приводит к возможности возникновения ошибки в заливке камеры в 20—50 %. Для металлических футеровок эта ошибка лежит в пределах 10—30%. Из графиков на рис. 92 видно, что для обеспечения прочности футеровки при рабочей температуре в случае возникновения ошибки в заливке камеры объем последней должен составлять: для термопластичных футеровок (0,03—0,3)г3, для металлических (0,01—0,1)г3.
В связи с тем, что основной задачей камеры является замер давления технологической среды, представляется целесообразным оценить возможное отклонение давления в камере от давления в реакционном объеме. Эта оценка может быть выполнена на основе зависимости между параметром у, характеризующим 270 размеры и механические свойства футеровки крышки, и величиной AEssE-, определяющей максимальный перепад давления [а]2
Дрпр (соответствующий работе футеровки крышки в упругой области), который, в свою очередь, характеризует абсолютную ошибку замера давления. Для того, чтобы получить численные значения Дрпр для различных футеровочных материалов, необходимо оценить целесообразные пределы изменения величины тонкостенности r/h футеровки крышки. Верхний предел этой величины определяется конструктивно, а нижний целесообразно определять из условия ~ 2, так как при меньших значениях у футеровка крышки работает как жесткая (а не гибкая) пластина, что снижает эффективность предлагаемого затвора. Таким образом можно получить, что для термопластичных материалов типа фторопласта r/h> 10, а для металлических r/h>70. Тогда максимальная ошибка замера давления в камере составляет: для термопластических материалов 2 МПа, а для металлических 10 — 30 МПа, что вполне достаточно для подавляющего большинства технологических процессов гидротермального выращивания.
Наличие камеры в крышке верхнего затвора, в которой поддерживается давление, близкое к давлению в реакционном объеме, позволяет довольно просто и эффективно решить вопрос обеспечения самоуплотнения затвора. Для этого камера снабжается специальной полостью, расположенной вблизи уплотнительной поверхности затвора. Эффект самоуплотнения осуществляется за счет упругих деформаций стенок полости под действием рабочего давления в камере (см. рис. 90).
При использовании термопластичных футеровочных материалов необходимо предусматривать такую форму стенок камеры и уровень механических свойств их материала, которые бы обеспечивали одновременно прочность под действием рабочего давления в камере и необходимую податливость для самоуплотнения затвора. Для повышения степени уплотнения затвора целесообразно использовать малые значения угла конического уплотнения. Ниже приведены максимально допустимые перемещения уплотняющего выступа крышки затвора (см. рис. 90), полученные расчетным путем. При расчетах предполагалось, что угол уплотнения очень мал и выступ имеет клинообразную форму с соотношением максимальной и минимальной толщин клина 4:1. Такая форма уплотняющего выступа оптимальна.
Внутренний диаметр футеровки, ни
Максимально допустимое перемещение тонкого края уплотняющего выступа, нн
100 120 200 300 400
0,5—0,1 0,05—0,15 0,1—0,2 0,15—0,3 0,2—0,4
271 Приведенные допустимые перемещения в общем достаточны для компенсации перемещений футеровочного материала в зоне уплотнения (вследствие его ползучести, а также упругих деформаций затворной части корпуса и шпилек) даже для наиболее ползущих материалов типа фторопласта. Для оценки прочности уплотняющего выступа указанной формы под воздействием рабочего давления можно воспользоваться следующей приближен-
O . о 1 О Г [°]
нои формулой: 1,о-=?--
hp
Кроме рассмотренных выше футеровок плавающего и контактного типов возможен гибридный вариант. В этом случае используется плавающий стальной сосуд-вкладыш, снабженный контактной футеровкой. Такой вариант применяют, когда нет возможности создать высоконадежную плавающую тонкостенную футеровку. Конструирование таких футеровок осуществляется так же, как и контактных, а эксплуатация — как плавающих толстостенных.
Следует иметь в виду, что использование любых типов футерованных аппаратов гидротермального выращивания кристаллов связано с определенными трудностями по созданию и поддержанию технологического температурного перепада между зонами растворения и кристаллизации. Особенно это обстоятельство существенно для плавающих футеровок, вокруг которых устанавливается сложный и не всегда стационарный конвективный тепломассообмен внешней поддерживающей среды. Поэтому иногда бывает необходимо устанавливать дополнительные перегородки и диафрагмы в полости между плавающей футеровкой и несущим сосудом для обеспечения требуемого термоградиента.
