Устройство лабораторной установки.

Исследование работы предохранительных мембран.

Цель работы: изучение работы предохранительных мембран различных размеров и выполненных из различных материалов, анализ применяемости расчетных формул.

Общие положения.

Предохранительные мембраны применяются для защиты химических аппаратов от повышенного давления среды в аппарате. Наибольшее распространение получили предохранительные мембраны разрывного типа. При превышении давления среды в аппарате сверх допустимого происходит разрушение мембраны и через образовавшееся отверстие осуществляется сброс давления. Первоначально мембрана имеет плоскую форму, в процессе нарастания давления она деформируется, приобретая некоторую сферичность, после чего происходит ее разрыв.

Давление, при котором плоская мембрана теряет прочность:

где S – толщина мембраны, мм;

k – коэффициент, учитывающий способ соединения мембраны со стенками корпуса;

D – расчётный диаметр мембраны, мм;

s_в – предел прочности материала мембраны, МПа.

Однако опыт показывает, что при эксплуатации это условие является необходимым, но недостаточным для разрушения. При таком давлении разрушаются мембраны лишь из хрупких материалов. На самом деле, Для большинства конструкционных материалов, вследствие явления текучести мембрана изменяет свой профиль и становится сферической. Разрывное усилие в этом случае вычисляется по формуле:

где D_с – диаметр сферической мембраны, мм.

Определение геометрических параметров сферической мембраны проиллюстрировано на рис. 1 и определяется по следующим зависимостям.:

Рисунок 1 – Схема определения радиуса и сферы и угла между образующими сферы

Эквивалентное напряжение в пластине сферической формы определяется по формуле:

Если расчётное эквивалентное напряжение превышает предел текучести, начинается пластическое течение материала и происходит необратимые деформации. Когда эквивалентные напряжения в материале мембранв достигнут придела прочности для данного материала происходит разрушение (разрыв) мембраны.

Устройство лабораторной установки.

Лабораторная установка включает в себя испытательный стенд и компрессор с аппаратурой для замера (манометр) и регулировки давления (краны). Испытательный стенд состоит из основания с концентрическими поверхностями различных диаметров, крышки, средств прижатия крышки. При установки днищ малого диаметра используют вспомогательный цилиндр соответствующего диаметра. Для уплотнения днищ имеется комплект прокладок. Замер высоты сегмента осуществляют при помощи стержня с делениями.

1-основание; 2-крышка; 3-средства прижатия; 4-вспомогательный цилиндр; 5-прокладки; 6-стержень для измерения высоты сегмента; 7-исследуемая пластина; 8-соединительный трубопровод; 9-манометр; 10-регулирующий вентиль; 11-вентиль сброса; 12-компрессор

Рисунок 2 - Устройство лабораторной установки