Термомеханические соединения

Содержание

1. Основные направления развития механомонтажных работ в современных условиях судостроения

. Описание материалов с эффектом памяти формы

. Реализация нанотехнологии на основе материалов с памятью формы

. Термомеханические соединения трубопроводов

.1 Основные понятия ТМС

.2 Конструктивные особенности ТМС

.3 Методология расчётов ТМС в обеспечении прочности и герметичности соединения

. Технология монтажа

.1 Укрупнённая последовательность работ

.2 Технологический процесс.

. Расчёт взаимозаменяемости конструкций

. Расчёт технологической трудности монтажных работ

. Расчёт вспомогательных материалов

. Требования ТБ, ПБ мероприятия по охране окружающей среды

Заключение

Список источников

1. Основные направления развития механомонтажных работ в современных условиях судостроения

Механомонтажное и трубообрабатывающее производства наиболее современных иностранных судостроительных верфей имеют коренные отличия от существующих производств отечественного судостроения.

В основу постройки судов и кораблей всех классов и назначений заложен в максимальном объеме модульно-агрегатный метод монтажа основного и вспомогательного оборудования, что в значительной степени позволяет значительно сокращать трудоемкость и продолжительность постройки заказов.

Для наиболее эффективной реализации основных достоинств модульно-агрегатных принципов, а также снижения загрузки механомонтажного и трубообрабатывающего производств верфи потребуется создание региональных производственных цехов, участков по изготовлению наиболее сложных и трудоемких сборочно-монтажных единиц энергетических установок, например агрегатов, зональных блоков турбинных, дизельных установок.

Существенным шагом на пути совершенствования монтажа судового оборудования станет широкое использование компенсирующих полимерных материалов, исключающих сложную механическую обработку судовых фундаментов и опор, отверстий дейдвудных подшипников и баллеров рулей.

В целях обеспечения достижения высокой собираемости СМЕ и их строгого базирования в судовых помещениях представляется необходимым создание новых более точных измерительных бесконтактных средств, выполненных на основе акустолазерных эффектов.

Другим, не менее важным направлением, в повышении уровня механизации монтажных работ несомненно будет - создание нового поколения высокоэффективного механизированного инструмента, разработанного на основе использования новых материалов, открытий и изобретений.

В решении проблем трубообрабатывающего производства определены научно-технические мероприятия, которые необходимо реализовать за счет: автоматизации и комплексной механизации производства с гибкопереналаживаемой технологией; проектирования и изготовления нового высокоэффективного оборудования и перехода на групповые поэтапные методы изготовления труб; внедрения автоматизированных систем проектирования трубопроводов, технической подготовки производства и управления техническими процессами.

Самый ощутимый экономический эффект может быть получен при переносе основных работ по трассировке и пригонке труб с судна в цех. С этой целью разрабатывается технология "бесшаблонного" изготовления труб судовых систем.

Важным шагом в повышении технологичности конструкций трубопроводов станет полное применение новых бессварных соединений, позволяющих быстро и надежно производить их сборку и ремонт.

2. Описание материалов с эффектом памяти формы

Эффект памяти формы (ЭПФ) были открыты в конце 60-х годов этого века. Уже через 10 лет (конец 70-х - начало 80-х) появляется множество сообщений в научных журналах, описывающих различные возможности его применения. В настоящее время для сплавов ЭПФ определенны функциональные свойства: одно - и двухсторонний эффект памяти, псевдо- или суперэластичность, высокая заглушающая способность.

Сплавы с ЭПФ уже нашли широкое применение в медицине, в качестве имплантируемых в организм длительно функционирующих материалов. Они проявляют высокие эластичные свойства, способны изменять свою форму при изменении температуры и не разрушаться в условиях знакопеременной нагрузки. Сложный характер фазовых превращений мартенситного типа, происходящий в сплавах на основе никелида титана, ярко проявляется в пористых структурах. Фазовые переходы в таких сплавах характеризуются широким гистерезисом и продолжительным температурным интервалом, в котором материал проявляет эффекты памяти формы и сверхэластичности. Кроме сплавов на основе Ni-Ti, мартенситные превращения существуют например в таких системах, как Pt-Ti, Pt-Ga, Pt-Al.

В зависимости от температуры мартенситного превращения и механических свойств, сплавы обладающие памятью формы имеют широкий диапазон применения.

На сегодняшний день известно уже более десятка сплавов с памятью формы на базе разных элементов. Однако семейство нитиноловых остается самым распространенным. В них четко выражен эффект памяти формы, причем диапазон температур можно с хорошей точностью регулировать, вводя в сплав различные примеси.

Экспериментальные исследования показали, что сплавы на основе никелида титана радикальным образом отличаются от других материалов, физические свойства которых максимально приближают их к тканям организма, благодаря чему конструкции из сплавов на основе никелида титана (TiNiMo) способны длительно функционировать без каких-либо изменений. Исследования, проведенные к настоящему времени, показали, что эти сплавы не токсичны, не вызывают канцерогенного действия на окружающие ткани, имеют высокую коррозийную стойкость в тканях живого организма и высокую степень биологической совместимости.

Наиболее широко применяют сплавы на основе мононикелида титана NiTi, получившие название нитинол. Эффект “ памяти формы ” в соединении NiTi может повторяться в течение многих циклов.

Механизмом, определяющим свойства “ памяти формы ”, является кристаллографическое обратимое термоупругое мартенситное превращение - эффект Курдюмова. Это превращение сопровождается изменением объема, которое носит обратный характер, обеспечивая память.

В сплавах с эффектом “ памяти формы ” при охлаждении происходит рост термоупругих кристаллов мартенсита, а при нагреве - их уменьшение или исчезновение. Эффект “ памяти формы ” наиболее хорошо проявляется при низких температурах и в узком интервале температур, иногда порядка нескольких градусов ( кельвин ). В настоящее время известно большое число двойных и более сложных сплавов с обратным мартенситным превращением, обладающих в разной степени свойствами “ памяти формы ”: Ni - Al, Ni - Co, Ni - Ti; Ti - Nb; Fe - Ni; Cu - Al, Cu - Al - Ni и др.

Исследования показали склонность никелида титана на свободной поверхности при термических воздействиях. В атмосфере, содержащей кислород, сплав окисляется с образованием оксидного слоя, содержащего в основном оксид TiO₂. Можно полагать, что поскольку титан химически весьма активен то в бескислородной среде атомы титана будут образовывать соединения с любым неинертным газом, например в атмосфере азота - нитриды. Избежать образования оксидов по границам зерен и на поверхности можно лишь при термообработках образцов в вакууме либо в инертной среде.

3. Реализация нанотехнологии на основе материалов с памятью формы

Способность материала к восстановлению формы основана на обратимых мартенситных превращениях, которые реализуются в кристаллических объемах размером менее 0,1мм, т.е. на наноуровне. Поэтому, в свете современных веяний, данные сплавы вполне можно рассматривать как наноструктурированные материалы.

Мартенситные превращения по кристаллофизическому механизму являются близкими к двойникованию. Они так же осуществляются без участия диффузии путем кооперативного перемещения атомов. Но, в отличие от двойников, в мартенситной фазе решетка оказывается кристаллогеометрически неэквивалентной материнскому кристаллу. Мартенситные реакции, так же как и двойники, могут порождаться механическими усилиями или деформациями. Однако, в отличие от последних, они инициируются и изменением температуры кристалла. Исходя из вышесказанного, различают термомартенсит, мартенсит напряжения и мартенсит деформации.

Мартенситное термопревращение, за редким исключением, можно возбудить как нагреванием, так и охлаждением. Поэтому необходимо условиться о названиях материнской фазы и продукта реакции. Высокотемпературную фазу, из которой образуется низкотемпературная, принято называть аустенитом, а низкотемпературную, из которой образуется высокотемпературная, - мартенситом.

Конкретный механизм превращения бывает самым разнообразным. Простейшим примером, сводящимся к однородной деформации решетки, является реакция В2→R в никелиде титана. Аустенитная фаза В2 представляет собой кубическую ОЦК решетку, упорядоченную по типу СsCI. Фаза R получается из фазы В2 путем простого растяжения куба вдоль одной из его пространственных диагоналей. В том же никелиде титана при других обстоятельствах осуществляется реакция В2→В19^′ с образованием орторомбической фазы В19′ с моноклинным искажением. При такой реакции происходит неодинаковая деформация в различных направлениях одновременным изменением углов между кристаллографическими осями. Рассмотренные примеры касаются в основном превращений, описываемых однородной деформацией. Во многих случаях мартенситные превращения сопровождаются ярко - выраженными перетасовками атомов, т.е. не могут быть сведены только к однородной деформации.

Для обратимых мартенситных превращений характерна зависимость фазового состава от температуры, изображенная на рисунке .При охлаждении материала из аустенитного состояния мартенсит начинает образовываться при некоторой температуре Мн. По мере дальнейшего охлаждения его количество увеличивается, пока при достижении температуры Мк весь объем не испытывает превращение. Ниже температуры Мк термодинамически устойчивой оказывается только мартенситная фаза. Аналогично, при нагревании мартенсит остается стабильным до температуры Ан и полностью превращается в аустенит при температуре Ак. Ширина гистерезиса кривых по температурной шкале, т.е. Ан-Мк или Ак-Мн, может быть различной для разных материалов и сильно влияет на их механические свойства вблизи температур фазового превращения. Характеристики фазового превращения для материалов с широким гистерезисом представлены на рисунке 3.1, а, а с узким - на б. При анализе подобных диаграмм вводят обычно еще три характеристические температуры: То, Мд, Ад; где То - температура термодинамического равновесия; Мд - температура, ниже которой мартенсит может возникнуть не только вследствие понижения температуры, но и под действием механического напряжения; температура Ад характеризует возможность образования выше нее аустенита не только вследствие нагрева, но и за счет механической нагрузки.

Повторный цикл нагружения приводит к уменьшению пластической деформации и увеличению степени псевдоупругого восстановления формы:71-цикл первый; 2-второй цикл; 3-нормальное упругое поведение.

Рисунок 3.1. Кривая напряжение-деформация для образцов RB сплава Cu-39,8% (по массе) Zn, деформированных выше M_Н (но ниже М_Д), иллюстрирующая наличие трех основных участков, разделенных точками А и В.

Так же весьма существенным, что для материалов с широким и узким гистерезисом взаимное расположение характеристических температур может оказаться неодинаковым. Рассмотрим это на примере температуры Мд. В случае широкого гистерезиса Мд может оказаться левее Ан (рисунок а), а в случае узкого - правее Ак (рисунок 3.1 , б). Тогда для материалов с широким гистерезисом наведенный механомартенсит будет термодинамически устойчив и должен сохраняться при разгрузке (превращение аустенит → мартенсит условно обозначено вертикальной стрелкой). При узком гистерезисе точно такой же процесс приведет к образованию нестабильного мартенсита, который должен исчезнуть при разгрузке.

Характер влияния температуры на фазовый состав материала оказывается чрезвычайно важным в формировании упругопластических свойств кристаллов. Как показывает опыт, вся совокупность явлений, связанных с обратимыми мартенситными реакциями, обнаруживается при температурах, не очень сильно выходящих за интервал Мк-Ак. В этой связи особую ценность представляют сведения о влиянии различных факторов на характеристические температуры.

Все характеристические температуры зависят, как правило, от химического состава сплавов. В настоящее время установлено, что температуры мартенситных превращений изменяются с различной интенсивностью в зависимости от характера легирования, легирующего элемента и от того, является ли он элементом внедрения или элементом замещения. Некоторые добавки весьма сильно смещают температуры превращений, другие - незначительно. Так, в системе Тi Ni X, где Х - легирующий элемент, железо понижает температуры превращений сильнее, чем кобальт, но слабее, чем марганец, а медь и кремний в довольно широком интервале концентраций могут практически не изменять температуры фазовых переходов. При этом следует заметить, что не только величина изменения, но даже и знак могут оказаться не одинаковыми для Мн, Мк, Ан, Ак. В силу сказанного, вариации в химическом составе сплава сказываются и на ширине гистерезиса. Так, медь, вводимая в Тi Ni в качестве заменителя никеля, при определенных концентрациях резко расширяет гистерезис превращения, а железо, кобальт и германий почти не сказываются на нем. Весьма сильные смещения температур переходов наблюдаются при отклонении состава соединений от стехиометрического. Например, у интерметаллида Ti Ni при изменении концентрации Ni от 50 до 52 % температуры фазовых переходов снижаются почти на 17 117 градусов, а обогащение титаном на такую же величину практически не влияет на характеристические температуры. Таким образом, за счет изменения химического состава даже путем весьма экономного легирования удается изменять характеристические температуры прямого и обратного мартенситных превращений и ширину гистерезиса в необходимом температурном диапазоне. Если учесть, что обращение к различным металлическим системам так же является способом выбора нужных температур перехода, то можно сказать, что в настоящее время освоен весьма широкий диапазон температур.

4. Термомеханические соединения трубопроводов

.1 Основные понятия ТМС

Термомеханические соединение (ТМС) представляет собой неразъемное соединение трубопроводов, которое выполняется муфтой, изготовленной из сплава, обладающего эффектом памяти формы (ЭПФ). ЭПФ заключается в способности сплава возвращать предварительно заданную в низкотемпературном состоянии деформацию при переходе в высокотемпературное состояние. Образование ТМС трубопроводов происходит путем защемления концов соединяемых труб предварительно деформированной в охлажденном состоянии муфтой за счет реализации ЭПФ при ее естественном отогреве. Температуру восстановления формы можно задавать химическим составом сплава в широких пределах от -200 до +200°С. Лучшие сплавы с ЭПФ восстанавливают до 8% заданной деформации. Если процессу восстановления формы создать препятствие, то материал развивает напряжение и способен совершать значительную работу против внешних сил. Серийно производимыми сплавами с ЭПФ являются сплавы на основе нелегированного никелида титана марки (ТН-1, ВСП-1), а также содержащие в качестве добавок железо (ТН-1К), или медь (ТНМ-3).

Применение ТМС в судостроении регламентировано рядом отраслевых документов (ТУ5.564-11429 - 90) «Муфты термомеханических соединений судовых трубопроводов», РД5.УЕИА.2836 - 90 «Соединения термомеханические трубопроводов судовых систем. Технология изготовления и сборки. Типовой технологический процесс»

Свойство памяти формы никеле-титановых сплавов первоначально открыли в начале 1958 году в лаборатории оружия ВМС США, г. Уайт-Оук, шт. Мэриленд. Сплав получил название НИТИНОЛ, из начальных букв названий составляющих сплава и названия открывшей его лаборатории - Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory.

Рис. 4.1. Общий вид термомеханических соединений с использованием муфты, изготовленной из сплава с эффектом памяти формы: а) исходное состояние; б) радиальная деформация муфты; в) образование термомеханического соединения в результате нагрева.

Компания Raychem Corp. Начала работать с материалом в середине 60-х годов и разработала несколько специальных сплавов под общим названием “тинель”. Первоначально тинель применялся для муфт, соединяющих трубопроводы системы гидравлики на самолетах с высокими летными характеристиками. После этого его начали применять и для различных электрических соединителей, и для электромеханических приводов, а также для фитинговых соединений трубопроводов, предназначенных к применению в определенных отраслях промышленности.

Впервые муфты из сплава с ЭПФ применяли на АПЛ Великобритании в 1973г., а в США - в 1978г. на эсминцах.

В России развитием технологии монтажа ТМС занималась авиационная промышленность. Были созданы основополагающие документы на материал и конструкцию, проведены всесторонние исследования которые нашли свое отражение в сборнике стандартов по ТМС. Совместно с Всесоюзным институтом легких сплавов было освоено производство металлов в виде прутков для ТМС10 и ТМС14 с металлическим сердечником, а для термомеханических соединений больших размеров в виде катанных и прессованных труб. Практическое применение, ТМС получили при создании космического летательного аппарата «Буран», где по условиям конструкции были заменены 7 сварных соединений на термомеханические соединения. В судостроении приоритет развития принадлежит ЦКБ МТ «Рубин», которое совместно с НИПТБ «Онега» и ГП «Звездочка» применили ТМС в составе технологических цеховых трубопроводов. Позже эта тема была подхвачена ГП ЦНИИ КМ «Прометей», где и в настоящее время продолжается установка термомеханических соединений в опытно-промышленном варианте.

ТМС могут быть использованы для соединения труб с наружным диаметром от 10 до 38 мм судовых систем гидропривода, воздуха низкого и среднего давления, топлива и масел, а также систем пресной и морской (для труб из сплавов ПТ1-М, МНЖ5-1) воды. Материалы, давление и рабочие среды трубопроводов в которых применяются термомеханические соединения:

–       сталь марки 08Х18Н10Т по ТУ14-3-197, рабочее давление жидких сред до 16,3 МПа и воздуха до 6,5 МПа;

–       сплав марки ПТ-1М по ТУ14-3-820 (в том числе оксидированный) рабочее давление всех сред до 6,5 МПа;

–       сплав марки МНЖ5-1 по ГОСТ 17217, рабочее давление жидких сред до 4,1 МПа.

Общий вид ТМС представлен на рис. 4.1. Основой конструкции ТМС является муфта, которая показана на рис.4.1.2, из рисунка видно, что муфта представляет собой устройство для жесткого соединения труб состоящее из: 1 - тела; 2 - пояска; 3 - кармана и 4 - хвостовика.

Рис. 4.2 Муфта ТМС.

4.2 Конструктивные особенности ТМС

Муфты ТМС имеют следующие конструктивные особенности:

–       Внутренние уплотняющие перемычки. Когда муфте при нагревании возвращается ее первоначальный диаметр, сплавом с ЭПФ создается кольцевое напряжение. Уплотняющие перемычки - выпуклые кольца по внутреннему диаметру муфты, которые «захватывают» трубу и образуют газонепроницаемое уплотнение.

–       Изменение диаметра. Благодаря ЭПФ муфта расширяется приблизительно на 8% и все же принимает свой первоначальный диаметр. При проектировании муфты этот 8-% прирост делят между зазорами, допусками и желаемым «натягом» между муфтой и трубой.

–       «Пожизненное обжатие». Когда муфта сжимается на трубе, труба выдерживает сжатие и создается напряжение у границы раздела муфты и трубы. Труба препятствует полному восстановлению первоначального диаметра муфты, и, так как нет отдачи, эта сила между двумя границами остается на протяжении всего срока службы соединения. Это основная конструктивная особенность, от которой зависят высокие характеристики и длительная надежность муфт.

Основные преимущества ТМС следующие:

–       высокая надежность, прочностные характеристики, определяющиеся свойствами материала соединяемых деталей;

–       более низкая масса по сравнению с известными соединениями;

–       отсутствие отрицательных тепловых и электрических воздействий на материал соединяемых деталей и на электрооборудование;

–       соединение труб малой пластичности, особотонкостенных, из разнородных материалов, в том числе композиционных, неподдающихся пайке и сварке;

–       высокая плотность и простота монтажа и контроля качества;

–       возможность установки муфт в ранее изготовленных системах с пожароопасной средой (топливо, масло) без какой-либо дополнительной подготовки;

–       низкая трудоемкость и малые энергозатраты;

–       простота технологической оснастки;

–       высокая стандартизуемость, обусловленная возможностью соединения труб разных толщин и материалов муфтой одного типоразмера.

–       не требуют при выполнении работ применения открытого пламени или высоких температур.

ТМС по сравнению со сварными соединениями имеют ряд значительных преимуществ. Нет необходимости в службе газоанализа, и не требуется установка газоанализаторов в закрытых объемах. Сокращается численность задействованных рабочих потому, что монтаж ТМС может осуществлять один рабочий, а в случае сварных соединений кроме сварщика необходим наблюдающий. Исключается несчастные случаи, возникающие в связи с применением сварки в среде аргона.

В последнее время сплавы с ЭПФ получили широкое применение в разных областях. В частности они заинтересовали медиков. Хирург вводит в артерию пациента крошечную нитиноловую трубочку. Нагревшись до температуры тела, она расширяется, и укрепляет стенки ослабленного недугом сосуда. Сконструировано приспособление для автоматического (в зависимости от погоды) открытия и закрытия стеклянных панелей теплиц, окон и дверей в разных сельскохозяйственных постройках. В США выпущено устройство, отсекающее струи слишком горячей воды в душе и предотвращающее тем самым ожоги. Сплавы с ЭПФ применены в саморазбрызгивающих (спринклерных) противопожарных системах в зданиях - они работают быстрее и надежнее, чем традиционные устройства. Используются и в электрических коммутаторах - при перегреве они отключаются, а затем сами возвращаются в исходное положение.

.3 Методология расчётов ТМС в обеспечении прочности и герметичности соединения

Методика расчета муфт (Рис.) термомеханических соединений включает в себя следующие этапы:

–       определение оптимальной деформации муфты и диаметра калибрующего пояска деформирующего инструмента;

–       расчет геометрических параметров цилиндрической части муфты;

–       расчет геометрических параметров демпфирующего участка и ширины опорной площадки для деформации муфты;

–       проверочный расчет на прочность.

Определение оптимальной деформации .

Под оптимальной деформацией понимается необходимая и достаточная деформация муфты в криогенной среде для установки ее на соединяемые трубы, определяемая в зависимости от диаметра последних.

Расчет геометрических параметров муфты.

. Расчет внутреннего параметра по герметизирующим пояскам D_п. Внутренний диаметр муфты по гометизирующим пояскам рассчитывают (рис. 4.3) исходя из диаметра соединяемых труб из условия создания соединения с наибольшим натягом, максимально используя энергию термомеханического возврата:

 (1)

где первые два сомножителя определяют диаметр вибрирующего пояска деформирующего инструмента D_{н.тр .}- наружный диаметр соединяемых труб; - величина упругой относительной деформации муфты; -величина относительно диаметрального зазора, необходимого для сборки соединения; - величина плюсового допуска на трубу.

Рис. 4.3. Зависимость конструкторско-технологических параметров соединения от диаметра соединяемых труб: - раздача: - обжим; - относительная упругая составляющая при раздаче; - относительная упругая составляющая при обжиме;  - относительный сборочный зазор; К_з - коэффициент запаса прочности; К_о - коэффициент натяга.

2. Расчет расстояния между герметизирующими поясками L_п. Расчет производится из условия, что зоны пластически деформированного состояния участков труб под поясками муфты не должны влиять друг на друга [1]:

 (2)

где  - коэффициент Пуассона; S_тр - толщина стенки трубы.

Принимая для расчетов , после преобразования получим

 (3)

Определение внутреннего диаметра муфты Внутренний диаметр определяется из условия, что труба под муфтой между поясками должна находиться в упругодеформируемом состоянии, по формуле

 (4)

где К₀ - коэффициент натяга.

. Определение рабочей длины муфты L_раб. Под рабочей длиной понимается длина муфты без демпфирующих участков которая, определяет прочность соединения и рассчитывая, исходя из условия равнораспределенного давления поясков на тело трубы из формулы

 (5)

где п - количество герметизирующих поясков на муфте.

. Расчет наружного диаметра муфты D_п. Наружный диаметр муфты может, быть определен исходя из трех основных условий, вбираемых конструктором в зависимости от технических требований на прочность соединения:

вырыв трубы из муфты не должен происходить раньше, чем разрушение трубы от внутреннего давления

 (6)

соединение должно, оставаться прочным до определенного допустимого давления в трубопроводе

 (7)

соединение должно быть прочным при определенной нагрузке на вырыв (определенном осевом усилии)

 (8)

где Р_разр - разрушающее давление в трубопроводе; Кз - коэффициент запаса, учитывающий минусовый допуск на трубы (при допуске, менее 0,8% или при калибровке коэффициент запаса не учитывают); [Р] - максимальное допустимое давление в трубопроводе; [F_выр] - максимальное допустимое усилие вырыва трубопровода из муфты; [F_выр], [Р] - задаются конструктором) ;А_уд -максимальное значение работы на единицу объема сплава при деформации 6,5% .Для расчета можно также пользоваться величиной, полученной в работе [2] и равной 2,0 Нм/см³ (2,04кгс*мм/.мм³) f_тр - коэффициент трения (см. таблицу); К₁-коэффициент, учитывающий долю совместной деформации муфты и трубы при образований соединения от максимальной определяемый из соотношения,

 (9)

- максимальная деформация раздачи муфты, позволяющая достичь наибольшей работы единицы объема сплава и степень восстановления формы, равная по экспериментальным данным ~6,5%; подставляя значение  в соотношение (9), получим:

, (11)

К₂ - коэффициент, учитывающий среднюю объемную деформацию муфты

, (11)

D¹_н - наружный диаметр муфты, рассчитанный по формуле (6) без учета влияния коэффициента К₂; К_п-коэффициент, учитывающий увеличение прочности соединения от одного герметизирующего пояска по сравнению с гладкой конструкцией муфты и определенный экспериментальным путем при испытании соединений на разрушающее внутреннее давление и осевое растяжение (см. таблицу); n_т-количество герметизирующих поясков, приходящихся на одну трубу.

Таблица 1

Из опыта удалось установить, что первое условие (6) является наиболее общим при критерии оценки термомеханического соединения в целом. Вторые два условия (7), (8) являются фактически частными случаями первого и при расчете соединений ТМС в трубопроводных системах летательных аппаратов применяются редко.

. Расчет ширины герметизирующего пояска h_т. Расчет проводится из условия, что сжимающее напряжение в материале трубы на ее поверхности под поясками муфты должно быть не ниже предела текучести материала трубы в состоянии поставки

 (12)

где  - предел текучести материала трубы в состоянии поставки; K_т - коэффициент, учитывающий жесткость трубы

 (13)

. Расчет геометрических параметров демпферирующего участка муфты L_д. Демпфирующий участок предназначен для увеличения предела усталостной прочности соединения и выполняется на концах цилиндрической части муфты. Нам удалось установить, что демпфирующий участок, рассчитанный по приведенным формулам, повышает предел усталостной прочности соединения с 0,4-0,5 до 0,7-0,8 от предела усталостной прочности трубы.

. Расчет диаметра D_д1. Проводится исходя из условия, что момент сопротивления демпферирующего участка в месте сопряжения его с цилиндрической частью муфты должен быть равен моменту сопротивления трубы и определяется из соотношения

, (14)

которое решается относительно диаметра D_д1, методом последовательного приближения. Первоначально для расчета принимают D_д1=D_в+2s_тр.

. Расчет диаметра D_д2. Ведется из соотношения, полученного в результате экспериментальных исследований при испытании соединений на усталостную прочность с углом наклона демпферирующего участка к горизонтуи величины D_д1, определенной из формулы (14).

, (15)

9. Определение длины демпферирующего участка L_Д. Выполняется по формуле

, (16)

где 0,157 - тангенс угла наклона демпферирующего участка к горизонту .

Приведенный расчет демпферирующего участка справедлив только для стальных и титановых труб. Для алюминиевых и медных труб полученные значения диаметров по соотношениям (14) и (15) следует уменьшить в два раза.

. Расчет диаметра D_н0. Термомеханические муфты перед установкой на соединяемые трубы подвергаются радиальной деформации, поэтому в конструкцию муфты должен быть введен элемент, обеспечивающий данный процесс. Для этого торцевую поверхность цилиндрической части муфты выполняют определенной ширины, которая зависит от конструкции.

Для опор с постоянным установочным диаметром наружный диаметр муфты определяется по формуле.

 (17)

Для опор с изменяющимися установочным диаметром наружный диаметром при деформации

 (18)

. Проверочный расчет соединений на прочность. После определения геометрических параметров муфты производят проверочный расчет соединения на прочность, то есть определение усилия вырыва трубы из муфты и момента скручивания трубы в муфте соответственно

; (19)

 (20)

Профессором Шишкиным С.В. института РАН “ Машиноведения “ предложен метод определения основных размеров муфты при обеспечении пластической деформации труб и минимальной массы соединения. В его основе лежит упруго-пластическое решение задачи в посадке с натягом 2-х дисков на базе деформационной теории пластичности Генки, где в качестве деформационного аналога муфты бралась термомеханическая. При этом расчет сводится к решения следующего нелинейного уравнения при обозначении:

K₁=1+2H/d ; K₂=d/(d-2h) (1)

где A_j,m_j - коэффициенты термомеханической диаграммы никелида титана муфты j=1 и кривой растяжения материала трубы j=2;

g;N - контактное давлением относительный натяг  H;h - толщина стенки муфты и трубы; d - диаметр трубы.

Поэтому в зависимости от постановки задачи из уравнения (1) при обеспечении смятия труб в ТМС вычисляется Н при; степень заданной деформации  по известным Н и g_см; или величина давления g в уплотняемом соединении

Рис.4.4 .Конструкция базовой муфты с ЭПФ при её проектировании с обозначением основных расчётных размеров при изготовлении: 1-дорн; 2-муфта с ЭПФ; 3-труба; 4-опорная втулка (при расчёте ТМС с опорной втулкой); 5-муфта после раздачи.

Карточка основных размеров муфты при изготовлении и силовых параметров ТМС типа “Крайофит” при сборке с зазором z=0,05 мм по результатам проектного расчета.

5. Технология монтажа

.1 Укрупнённая последовательность работ

ТМС могут быть использованы для соединения труб с наружным диаметром от 10 до 38 мм судовых систем гидропривода, воздуха низкого и среднего давления, топлива и масел, а также систем пресной и морской (для труб из сплавов ПТ1-М, МНЖ5-1) воды. Материалы, давление и рабочие среды трубопроводов в которых применяются термомеханические соединения:

–       сталь марки 08Х18Н10Т по ТУ14-3-197, рабочее давление жидких сред до 16,3 МПа и воздуха до 6,5 МПа;

–       сплав марки ПТ-1М по ТУ14-3-820 (в том числе оксидированный) рабочее давление всех сред до 6,5 МПа;

–       сплав марки МНЖ5-1 по ГОСТ 17217, рабочее давление жидких сред до 4,1 МПа.

Температурно-технологическая схема образования ТМС показана на рис. 5.1 при этом укрупненно технологический процесс будет представлять собой перечень следующих операций:

–       изготовление муфты из сплава с ЭПФ с внутренним диаметром, меньшим наружного диаметра соединяемых труб;

–       охлаждение муфты до температуры ниже температуры начала прямого мартенситного превращения перехода сплава в мартенситное состояние в среде жидкого азота (ГОСТ 9293 сорт I) или охлажденного жидким азотом ректификованного спирта (ГОСТ 18300);

–       радиальная деформация муфты с увеличением ее внутреннего диаметра на величину, обеспечивающую свободную посадку муфты на соединяемые трубы;

–       хранение по мере необходимости деформированной муфты при криогенной температуре ниже температуры восстановления формы;

–       посадка муфты на концы соединяемых труб;

–       возврат первоначальных размеров муфты при ее нагреве до температур выше температуры конца обратного мартенситного превращения и перехода сплава в аустенитное состояние и образование термомеханического соединения.

Рис. 5.1 Технологическая схема образования термомеханического соединения.

Из рассмотренной схемы видно, что никакого специального подогрева не требуется, а восстановление формы муфты происходит при ее отогреве за счет тепла окружающей среды.

Отечественная конструкция ТМС прошла всестороннюю проверку на: пневмо- и гидропрочность при действии внутреннего давления в трубопроводе (даже выше, чем для самой трубы); высокое сопротивление воздействию внешнего изгибающего и крутящего моментов; малоцикловую долговечность, превышающую этот показатель для сварных соединений; герметичность; высокую вибро- и ударостойкость; устойчивость к изменению температуры в интервале от минус 70°С до плюс 300°С; коррозионное воздействие. Разработан технологический процесс, включающий: определение свойств «памяти» материала, изготовление соединительных муфт, их низкотемпературную деформацию монтаж соединений и контроль их качества.

К особенностям технологического процесса относится необходимость применения жидкого азота. Данный технологический процесс не следует относить к работам, имеющим повышенную пожарную опасность, т.к. содержание кислорода в азоте существенно ниже 30%-й, опасной концентрации. Учитывая, что этот хладагент широко применяется в различных областях народного хозяйства, нетоксичен, пожаробезопасен, имеет низкую стоимость, не требует специальных мер в отношении техники безопасности, применение жидкого азота не создает серьезных трудностей. Вместе с тем, промышленность освоила выпуск малогабаритных установок производящих жидкий азот в объеме нескольких десятков литров в сутки.

Поскольку при операциях деформирования муфт и сборки ТМС используется жидкий азот, изготовлена специальная технологическая оснастка: штампы для низкотемпературного деформирования муфт; монтажные щипцы и щипцы-охладители; переносные термосы с крышками для транспортировки муфт и охлаждения инструмента в жидком азоте; центраторы для предварительного монтажа муфт; ограничители (съемные) для предотвращения осевого перемещения муфт при сборке; фальш-муфты и калибры-втулки для контроля наружных диаметров концов труб.

Кроме того, криогенная технология обеспечивает простую реализацию ремонта ТМС без слива рабочей жидкости. Поврежденный участок замораживается и вырезается, и на его место устанавливается новый с двумя муфтами ТМС.

5.2 Технологический процесс

. Требования к муфтам ТМС.

Муфты ТМС должны соответствовать требованиям чертежа и настоящим техническим условиям и сопровождаться сертификатом установленной формы.

. Требования к соединяемым трубам.

Соединяемые трубы должны соответствовать действующей нормативно-технической документации на поставку труб для судовых систем: ТУ 14-3-197 для стали марки ОХ18Н10Т, ТУ 14-3-820 - для сплава ПТIМ, в том числе оксидированного, ГОСТ 17217 для сплава МНЖ5-1.

Концы труб должны быть подготовлены, как указано в РД5.9633 .

На наружной поверхности концов труб длиной, равной 1,5 длины муфты от торца, не допускается наличие рисок, царапин, заусениц, вмятин и других механических повреждений, а также масла, окалины, грязи;

Допускается зачистка концов труб с указанными дефектами, не выводящая трубы за пределы минусовых допусков по наружному диаметру и толщине стенки.

Концы труб должны быть обезжирены протиркой хлопчатобумажной тканью по ГОСТ 7138, смоченной растворителями:

в цеховых условиях - уайт-спиритом - по ГОСТ 3134;

в условиях заказа - ректификованным спиртом (ГОСТ 18300).

Концы соединяемых труб на длине, равной 1,5 длины муфты, должны соответствовать требованиям табл. 2 по допускам по наружному диаметру.

Таблица 2

Примечание: х - обеспечивается калибровкой концов труб.

Концы труб должны быть проверены на собираемость путем заведования на них фальшивой муфты, изготовленной из любого материала с внутренним диаметром, равным

Дф=Дн.тр.+ВД+0,1,

где: Дф - внутренний диаметр фальшивой муфты, мм;

Дн.тр. - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

ВД - плюсовой допуск по наружному диаметру трубы, мм.

В случае превышения требований табл. 1 по предельным отклонениям по наружному диаметру труб допускается калибровка концов труб в холодном состоянии.

Для правильной установки муфт ТМС должна быть произведена разметка концов труб путем нанесения несмываемым карандашом меток на расстоянии от торца, равном половине длины муфты, ширина метки должна быть не более 1 мм.

. Требования к технологической оснастке.

Технологическая оснастка для получения ТМС включает оснастку для низкотемпературного деформирования муфты:

монтажный инструмент;

переносные холодильные камеры для транспортировки муфт и охлаждения инструмента в жидком азоте.

Пуансоны должны быть изготовлены из стали типа ХI, Х12М и термически обработаны на твердость 52…58НRС.

Калибрующий диаметр пунсонов должен обеспечивать деформацию муфт и герметизирующим пояскам от 5,0 до 8,5%. Комплект пуансонов должен изготавливаться для каждого типоразмера муфт и включать в себя пуансоны для деформирования муфт для соединения труб различных групп точности. Минимальные значения калибрующих диаметров пунсонов, обеспечивающих собираемость ТМС при максимальных, по техническим условиям на трубы, значениях наружных диаметров соединяемых труб, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

Допускается применение пуансонов меньших диаметров по результатам измерений партий труб при условии обеспечения собираемости.

Емкость для деформирования муфт в среде хладагента должна быть теплоизолирована для уменьшения тепловых потерь.

Толкатель и подставка должны быть изготовлены из стали типа Ст. 45, опорная шайба из сплава ВТ1-0.

Допускается применение других материалов, удовлетворительно работающих при пониженных температурах (в среде жидкого азота).

Щипцы для выемки муфт из среды хладагента должны иметь длинные ручки с теплоизолированными наконечниками.

Монтажный инструмент состоит из:

щипцов для выемки муфт из емкости, для хранения или транспортировки в среде жидкого азота продеформированных муфт;

съемных ограничителей ;

монтажных клещей для установки муфт на трубы ;

клещей-охладителей концов труб .

Съемные ограничители предназначены для ограничения осевого перемещения муфт при сборке.

Монтажные клещи должны иметь внутренние накладки, изготовленные из материала с большой теплоемкостью или облицованные фетром толщиной не менее 3 мм. Внутренний контур монтажных клещей должен соответствовать наружному контуру муфты ТМС, а ширина их равна (L+4) мм.

Клещи-охладители, служащие для охлаждения концов труб, должны иметь захватную часть, выполненную из материала со скорой теплоаккумулирующей способностью (медь и др.), с внутренним диаметром, соответствующим наружному диаметру соединяемых труб шириной, равной половине длины муфты.

Переносная холодильная камера (черт. 7), предназначенная для доставки продеформированных муфт ТМС к месту сборки и охлаждения монтажного инструмента, должна иметь теплоизоляционный слой, быть устойчива против опрокидывания; иметь отверстие для выхода испаряющегося жидкого азота; крышку, обеспечивающую непроливаемость при опрокидывании, и ручки для переноса.

Перечень ТМС для установки на заказ и количество оснастки:

Таблица 4.

Низкотемпературное деформирование муфт ТМС:

Деформирование муфт должно производиться на прессах любого типа, обеспечивающих усилия сжатия до 100 кН и скорость перемещения подвижных элементов в диапазоне 4-20 мм/мин.

Сборка оснастки должна производиться в емкости для хладагента в следующей последовательности:- подставка;- кольцо;- опорная шайба;- муфта ТМС;- пуансон.

Собранная оснастка помещается на рабочий стол пресса.

Емкость должна заполняться жидким азотом и выдерживаться до прекращения кипения хладагента. Уровень хладагента над верхним торцем пуансона должен быть не менее 50 мм.

Деформирование муфт с температурами начала прямого мартенситного превращения (Мн) не ниже - 120^оС (по данным сопроводительного сертификата) рекомендуется производить в ректификованном этиловом спирте, охлажденном жидким азотом до температуры на 20-40^оС ниже температуры начала прямого мартенситного превращения Мн.

На пуансон устанавливается толкатель, к толкателю подводится подвижная траверса, рабочим ходом машины передается усилие на толкатель и осуществляется прохождение пуансона через муфту.

Повторное использование пуансона допускается до появления на нем заметных повреждений после деформирования (полосы срабатывания, следы схватывания и т.п.).

Для уменьшения усилий деформирования и предотвращения задиров на пуансоне и муфтах рекомендуется наносить на пуансоны в качестве смазки гальваническое покрытие цинком толщиной 4-6 мкм с восстановлением его после каждого использования пуансона.

После прохождения пуансона через муфту последняя щипцами (черт. 3) извлекается из хладагента, переносится в холодильную камеру с жидким азотом или сразу устанавливается на трубы.

Уровень жидкого азота в холодильной камере должен быть не менее чем на 5- мм выше муфт. Муфты, погруженные в жидкий азот могут в нем находиться неограниченное время.

. Предварительный монтаж труб.

Предварительный монтаж труб производят центраторами ЦН-60, изготовленными из обычных материалов в соответствии с разделами 3 отраслевых стандартов ОСТ5.9190 и ОСТ5.9810.

Для начала предварительного монтажа должны быть полностью или частично установлены детали насыщения, к которым или с помощью которых крепятся смонтированные трубы.

Концы труб при сборке совмещают от руки, без применения механических приспособлений (рычаги, тали, домкраты и др.), и устанавливают на них по меткам центраторы.

Отклонение плоскости реза труб от перпендикулярности, несоосность стыкуемых труб и излом осей должны быть не более указанных в п. 3.3.9 ОСТ5.9190, а их контроль должен производиться в соответствии с ГОСТ 8.050 (СТ СЭВ 1155) и п. 3.10.31 ОСТ5.9190.

Обеспечение сборки труб и центраторов при несоосности в изломе осей соединяемых муфт в указанном диапазоне производят натягом от руки. При больших величинах несовпадений производят подгибку труб в соответствии с требованиями разделов 3 отраслевых стандартов ОСТ5.9190 и ОСТ5.9810.

Для обеспечения правильности монтажа и для проверки соответствия размещения трассы трубопроводов чертежам трубы предварительно монтируют «на фальшиво».

Собранный «на фальшиво» трубопровод из труб, не подлежащих химической очистке, крепят к деталям насыщения на заказе штатными подвесками для установки ТМС.

Химически очищенные трубы устанавливаются на заказе на временных подвесках и после проверки несоосности и правильности монтажа стыков обвязываются бязью по ГОСТ 29298 и полиэтиленовой пленкой по ГОСТ 10354 и передаются в дальнейшую сборку в составе трубопровода.

. Предварительный монтаж забойной трубы.

Забойные трубы с ТМС «пригоняют» после установки труб основной трассы «на фальшиво» и закрепляют их штатными подвесками.

Забойные трубы сложной конфигурации должны быть с припусками на обоих концах; забойные прямые трубы - с припуском на одном конце, другой конец должен иметь штатную обработку.

После пригонки труб по месту припуски отрезают на станке или труборезом на месте; концы труб обрабатывают в соответствии с п. 3.2.2. настоящего РД.

Для облегчения монтажа каждую забойную трубу «пригоняют» по шаблон-макету с закреплением на одном из концов соединения, соответствующего штатному соединению, а на другом конце - центратор.

Шаблон-макет «пригоняют» на ПЛ по месту, а затем по нему в цехе в позиционерах «пригоняют» забойную трубу, после чего производят ее предварительный монтаж на заказе.

. Сборка ТМС.

Непосредственно перед монтажом ТМС в одну переносную холодильную камеру с жидким азотом укладывают необходимое количество продеформированных муфт ТМС в соответствии с очередностью их монтажа. Уровень жидкого азота в камере должен быть выше муфт не менее чем на 50 мм. Вторая переносная камера наполняется жидким азотом и служит для охлаждения инструмента и концов труб.

Обе холодильные камеры транспортируют к месту монтажа совместно с оснасткой. Установленные у места монтажа ТМС холодильные камеры и оснастка должны быть расположены компактно, в порядке последовательного использования.

Перед сборкой ТМС производят охлаждение монтажного инструмента в жидком азоте до прекращения интенсивного кипения азота.

Сборка ТМС может производиться:

с осевым перемещением труб;

с радиальным относительным смещением концов труб, образующих стык;

с одновременным монтажом ТМС с двух концов трубы, временно извлекаемой для этого из общей предварительной сборки.

Перед сборкой ТМС производят частичную разборку предварительно собранного трубопровода и удаление центраторов в порядке, определяющем удобство проведения сборки.

После удаления центраторов на концы труб устанавливают съемные ограничители. Расстояние от торца трубы до съемного ограничителя должно составлять:

при сборке с осевым перемещением - половину длины муфты (L/2+ 0,5) мм;

при сборке с радиальным перемещением - на одной трубе (L/2+ 0,5) мм и на второй трубе (1,2L + 0,5) мм;

при одновременном монтаже ТМС с двух концов - на неподвижных трубах - (L/2+ 0,5) мм, и на временно извлекаемой трубе - (1,2L + 0,5) мм с обоих концов.

Муфту извлекают из холодильной камеры щипцами и укладывают в охлажденные монтажные клещи.

При сборке с осевым перемещением муфту надевают на одну из труб до упора в ограничитель, и в свободный конец муфты вставляют вторую трубу до стыка труб.

При сборке с радиальным перемещением муфту надевают на трубу до упора в ограничитель, установленный на расстоянии (1,2L + 0,5) мм от торца трубы, трубу с установленной муфтой обратным радиальным движением стыкуют со второй трубой, образующей стык, и муфту перемещают от руки на вторую трубу до упора в ограничитель, установленный на расстоянии (L/2+ 0,5) мм от торца.

При сборке ТМС одновременно с двух концов трубы все операции производят аналогично, но с двух концов трубы с минимальным разрывом по времени.

Рекомендуемое время сборки ТМС не должно превышать 40 с с момента извлечения муфты из холодильной камеры.

Для обеспечения сборки и при необходимости увеличения времени монтажа перед установкой муфты ТМС концы соединяемых труб могут быть охлаждены клещами-охладителями (черт.6), предварительно выдержанными в жидком азоте.

Соединенные трубы и муфта должны быть выдержаны в штатном положении неподвижно в течение времени (2-4 мин.), необходимого для прогрева и реализации обратного мартенситного превращения.

При случайном свободном, частичном или полном возврате первоначальных размеров продеформированной муфты, исключающих сборку ТМС, муфта должна быть возвращена для повторного деформирования.

6. Расчёт взаимозаменяемости конструкций

Для данного расчёта взаимозаменяемости исходные данные брались из ТУ 14-3Р-197-2001 "Трубы бесшовные из коррозионностойких сталей с повышенным качеством поверхности". Только трубки соответствующие этим техническим условиям подходят для монтажа соединений с эффектом памяти формы.

Раздача муфты в холодном состоянии на примере ТМС 10х2 производиться поусоном с колибрующим диаметром 10,35, но даже при раздачи муфты на холодную допускается возвратное сжатие муфты до 10,3, при этом условии, установка муфты на трубки соответствующие ТУ 14-3Р-197-2001 проходит без каких либо проблем.

При полном сжатии установленной муфты диаметр должен вернуться на 8-9% от колибрующего диаметра поусона. Что обеспечивает необходимую прочность и герметичность соединения.

Таблица 5.

Минимальный натяг муфты на трубку обеспечит прочность и герметичность соединения выполненного по технологии.

термомеханический муфта трубопровод память

7. Расчёт технологической трудности монтажных работ

Необходимое количество термомеханических соединений принимается для каждого заказа разное. В нашем случае заданная программа количества ТМС на заказ представлена в таблице 6. Согласно таблицы делаем вывод, что максимальное количество ТМС устанавливается на трубки 14х2. поэтому для расчёта трудоёмкости принимаем ТМС14.

Таблица 6.

Трудоёмкость - это время затраченное основными работниками на выполнение определённой задачи.

Таблица 7

. Расчёт вспомогательных материалов

Расчет выполнен путем суммирования материалов по этапам технологического процесса и внесен в таблицу 8.

Таблица 8

Таблица 9 Общий перечень вспомогательных материалов.

9. Требования Тб, Пб мероприятия по охране окружающей среды

.Оценка опасности работ.

Выполнение работ по монтажу ТМС сопутствуют следующие опасные и вредные факторы:

–   Низкие температуры (до -196°С) при охлаждении муфты ТМС и монтажного инструмента жидким азотом и возможность получения обморожений.

–       Опасность возгорания горючих материалов при случайном контакте с хладагентом (жидким азотом) при накоплении в нем при испарении азота остаточного кислорода в концентрации более 30% по объему.

–       Возможность разлива жидкого азота в закрытых помещениях участка и снижение содержания кислорода в воздухе.

–       Возможность разбрызгивания жидкого азота и опасность получения ожогов глаз.

–       Отсутствие естественного и недостаточность искусственного освещения на рабочих местах.

–       Создание избыточных давлений при испытаниях и возможность разрушения испытываемых трубопроводов.

–       Применение уайт-спирита при подготовке трубопроводов, оснастки и инструмента к монтажу.

2. Требования к персоналу, допускаемому к выполнению работ.

К выполнению работ по монтажу и испытаниям трубопроводов с ТМС допускаются слесари-монтажники, имеющие квалификацию не ниже третьего разряда, не моложе 18 лет, не имеющие медицинских противопоказаний, изучившие требования технологического процесса, нормативно-технических документов по безопасности труда, прошедшие обучение по установленной программе и сдавшие зачет. Знания рабочих проверяются комиссией, назначенной приказом начальника цеха, после чего каждому рабочему выдается удостоверение на право выполнения работ с жидким азотом. Допуск к работе должен оформляться приказом начальника цеха. Повторная проверка знаний рабочих осуществляется не реже одного раза в 12 месяцев.

Количество рабочих, одновременно занятых при выполнении работ по данным технологическим указаниям, должно быть выбрано в зависимости от объема работ, но не менее одного звена численностью 2-3 человека.

К руководству работами с применением жидкого азота допускаются инженерно-технические работники, изучившие требования указаний и инструкций по технике безопасности.

. Основные организационно-технические мероприятия по обеспечению безопасного выполнения работ.

Рабочие, занятые выполнением работ с жидким азотом, должны быть обеспечены следующими средствами индивидуальной защиты:

·   Фартук тип В ГОСТ 12.4.029.

·   Обувь, сапоги резиновые ГОСТ 5375.

·   Защитные очки тип 3Н13-72 ГОСТ 12.4.013.

·   Наголовный щиток ИБТ ТУ64-1-456.

·   Перчатки кожаные ГОСТ 15092-70.

·   Рукавицы суконные или брезентовые.

·   Каска защитная ГОСТ 12.4.087.

·   Нарукавники.

·   Комбинезон или рабочий костюм тип А ГОСТ 27652-88.

Спецодежда должна быть чистой. Рабочий костюм (комбинезон) должен полностью закрывать тело рабочего, брюки должны закрывать обувь (одеты на сапоги).

При транспортировке сосудов Дьюара соблюдать следующие требования:

·   транспортировка сосудов должна производиться в специальных контейнерах;

·   запрещается сосуды Дьюара перевозить вместе с какими бы то ни было жировыми или горючими материалами;

·   сосуды Дьюара при перевозке должны быть закреплены в вертикальном положении, чтобы при тряске они не сдвигались с места и не подвергались ударам;

·   переливание сжиженного азота в пути не допускается;

·   сосуды емкостью 5л могут переноситься одним человеком, емкостью 16л - двумя;

·   отверстие сосуда Дьюара должно быть закрыто специальной заглушкой (пробкой), прикрепленной к горловине цепочкой.

При выполнении работ с применением жидкого азота не допускается присутствие посторонних лиц на рабочих местах. Район работы должен быть огражден предупреждающими надписями, информирующими о применении жидкого азота: «Осторожно. Жидкий азот t = -196°С». Работы по монтажу ТМС необходимо проводить в смены с наименьшей численностью работающих.

В процессе работы на рабочем месте могут находиться только рабочие, осуществляющие деформирование муфт и сборку ТМС, производственный мастер и представитель ОТК. Присутствие посторонних лиц запрещается.

Обращение с жидким азотом с температурой ниже минус 196°С требует соблюдения особых мер предосторожности. Попав на кожу, жидкий азот вызывает быстрое и сильное обморожение сходное с ожогом. Особенно опасно попадание жидкого азота в глаза, это может привести к потере зрения. При работе с жидким азотом необходимо пользоваться защитными очками тип 3413-72 ГОСТ 12.4.013 или наголовным щитком ИБТ ТУ 64-1-456.

Во избежание получения обморожений запрещается прикасаться открытыми частями тела к охлажденным деталям. При переливании азота предотвращать пролив, разбрызгивание.

Пары азота, испаряющиеся при охлаждении деталей, нетоксичны и не влияют на окружающую среду. При заполнении парами азота закрытого объема происходит вытеснение кислорода и снижение его концентрации в воздухе. Помещения, где производятся работы с применением жидкого азота, а также спирта и уайт-спирита, должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией. Объем и кратность естественной или принудительной вентиляции в помещениях должны быть таковы, чтобы при испарении всего количества используемого азота концентрация кислорода в воздухе не стала менее 19%.

При многократной доливке жидкого азота в расходные емкости по причине его испарения возникает опасность повышения концентрации кислорода в жидком азоте. Остаток жидкого азота может быть повторно использован только при условии контроля концентрации кислорода в нем с тем, чтобы в процессе работы она не достигла 30%. Анализ содержания кислорода в жидком азоте осуществляется специалистами химических лабораторий по заявке монтажного цеха.

Учитывая малое количество азота, а также то, что в течение смены содержание кислорода в нем в несколько раз ниже критического (30%), работы по установке ТМС с использованием жидкого азота в 2-3 литровых термосах не относятся к числу работ имеющих повышенную пожарную опасность. Расчет изменения содержания кислорода в трехлитровом термосе с жидким азотом при выполнении операций установки муфт ТМС представлен в пункте 5.5.

Работы по установке ТМС разрешается производить в любую смену без ограничения в части проведения огневых работ вблизи места установки ТМС, т.к. работы с использованием трех литровых термосов с жидким азотом не относятся к категории пожароопасных.

Допускается доливка жидкого азота в переносную холодильную камеру в течение одной смены.

По окончании работ необходимо испарить оставшийся азот на участке предмонтажной подготовки (открыв крышку холодильной камеры) под наблюдением ответственного лица в огороженном месте, защищенном от возможного попадания в жидкий азот посторонних предметов.

Категорически запрещается выливать жидкий азот на пол помещения и в канализацию.

Перед заливкой жидкого азота в переносную холодильную камеру (или бачок для раздачи муфт) на следующие сутки необходимо убедиться в том, что оставшийся жидкий азот испарился полностью.

Временное хранение муфт и сосудов Дьюара с жидким азотом, а также заполнение (доливку) жидким азотом оснастки и холодильных камер перед транспортировкой их на заказ выполнять только на участке предмонтажной подготовки производства. Участок должен быть оборудован средствами пожаротушения.

Запрещается закрывать сосуды Дьюара и емкости из состава оснастки, заполнение жидким азотом, глухими пробками.

Не допускается охлаждать в жидком азоте детали и инструмент, имеющие температуру выше комнатной.

Холодильные камеры с муфтами ТМС и оснастку для монтажа муфт транспортировать к заказу только вручную без применения подъемно-транспортных средств во избежание пролива жидкого азота. При транспортировании оснастки через люки и вертикальные трапы заказа пользоваться капроновым канатом диаметром 8-10мм ГОСТ 10293. Данную операцию выполнять двум рабочим, причем один из них должен находиться внизу и не допускать посторонних к месту погрузки оснастки.

Холодильные камеры для монтажа ТМС устанавливать таким образом, чтобы исключить их опрокидывание. Емкости, заполненные жидким азотом, крепить к штатным металлоконструкциям с помощью капронового каната диаметром 8-10мм ГОСТ 10293.

В случае необходимости местного освещения при выполнении работ применять переносные электрические светильники напряжением не выше 12В во взрывобезопасном исполнении.

Оснастка для деформирования муфт, муфты и инструмент должны быть чистыми. Обезжиривание оснастки, муфт и инструмента производить (на участке) протиркой ветошью, смоченной уайт-спиритом ГОСТ 3134 или спиртом по ГОСТ 18300-87 за 2-3 приема с соблюдением мер пожарной безопасности и последующей сушкой путем протирки чистыми бязевыми салфетками.

Загрязненную ветошь собирать и транспортировать для утилизации в специальной таре.

Заключение

В данной курсовом проекте был изучен технологический процесс монтажа термомеханических соединений который был описан в презентации технологии изготовления и монтажа ТМС, разобран принцип работы с муфтами из материалов с эффектом памяти формы, описана методология расчётов в обеспечении прочности и герметичности соединения. Произведён расчёт взаимозаменяемости конструкций в котором были подобраны трубки подходящие по ТУ к калибрующему паусону. Так же был проведён расчёт технологической трудности монтажных работ, и подобрано количество вспомогательных материалов.

Список источников

1.   Баусов А.В. Совершенствование технологии монтажа судовых трубопроводов путем использования термомеханических соединений. Судостроение -1996г.

2.      Соединительные конструкции на основе эффекта "памяти формы" Под научной редакцией Д.Б.Чернова 1986г.

.        Применение арматуры из сплавов "с памятью" в трубопроводных системах. Издательство "Машиностроение", "Авиационная промышленность" , 1986г.

.        Александров С. Космические технологии: между чертежом и стартом: сплавы с памятью формы. Техника - молодёжи - 2007г.