Розроблення методу оптимального проектування металополімерного клапанного ущільнення
Автор: Марець Андрій Тарасович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Обладнання електронної промисловості
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Марець А.Т., Шеремета Р.М. (керівник). Розроблення методу оптимального проектування металополімерного клапанного ущільнення. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2020. Розширена анотація. Ущільнювальна техніка – галузь техніки, що розробляє наукові основи і практичні методи герметизації об’єктів, проектування та експлуатування ущільнюючих пристроїв. На сучасному етапі розвитку машинобудування, у таких галузях як енергетика, нафтохімія, електронне виробництво, космічні дослідження та інші, постає нагальна потреба піднесення технічного рівня ущільнювальних пристроїв. Від якісних показників ущільнювальних пристроїв значною мірою залежать надійність машини чи апарата в цілому. Працездатність ущільнювальних пристроїв визначає ресурс і надійність більшості технічних об’єктів. Це вимушує постійно підвищувати вимоги до ущільнюючих пристроїв і стимулює роботи по їх удосконаленню. Одним з основних елементів ущільнювальної техніки є клапанний пристрій. Основними елементами клапанного пристрою є нерухомий замикаючий елемент (сідло), зазвичай жорстко закріплений в корпусі виконавчого механізму, і рухомий замикаючий елемент (запірний орган – клапан). При роботі клапанного пристрою посадкою запірного органу на сідло перекривається потік робочого середовища і здійснюється герметизація по ущільнювачу з пружного матеріалу (метал або полімер). Від вибору типу клапанного ущільнення і зусилля герметизації залежать ресурс і герметичність клапанного пристрою. Під дією зусилля герметизації пружний ущільнювач деформується, при цьому здійснюється деяка робота. У переважній більшості існуючих, конструкцій клапанних ущільнень ця робота істотно перевищує роботу, необхідну для герметизації. У зв’язку з цим важливо проаналізувати основні принципи розрахунку зусилля, необхідного для герметизації пружного елементу. При розробці універсальної методики визначення герметичності ущільнювального з’єднання необхідно враховувати як чинники, що забезпечують герметичність зони контакту, так і конструктивно-технологічні і експлуатаційні. Чіткого кордону між вказаними групами чинників не існує, проте наявність такої класифікації дещо спрощує їх загальний аналіз. До першої групи належать наступні характеристики: 1. Силові: зусилля герметизації в зоні контакту, створюване задавачем навантаження (пружиною або приводом), коефіцієнт динамічності пристрою, що визначається швидкістю посадки клапана на сідло (швидкістю прикладання герметизуючого навантаження), жорсткість елементів герметизованого стику. 2. Конструктивні: геометричні параметри зони контакту, до яких належать умовно-прохідний діаметр тракту клапан-сідло, схема контакту (по площині, по конусу, по оболонці та ін.), ширина зони ущільнення і матеріал ущільнюючих поверхонь. 3. Технологічні – параметри технологічної обробки елементів ущільнювального з’єднання: шорсткість, хвилястість, відхилення форм. 4. Фізико-механічні властивості матеріалу поверхневого шару елементів ущільнювального з’єднання: межа текучості, модуль пружності, твердість, мікротвердість. 5. Параметри робочого середовища в зоні ущільнення: тиск, температура, в’язкість, щільність, енергія десорбції та ін. До конструктивно-технологічних характеристик належать: похибки виготовлення, установки і збірки елементів ущільнювального з’єднання та їх кріпильних деталей, технологічний розкид допусків на розміри клапанного ущільнення при прийнятому процесі виготовлення елементів конструкції. До експлуатаційних належать характеристики, що враховують вплив коливань тиску середовища і температури, а також дію зовнішніх силових навантажень. У загальному випадку при визначенні герметичності ущільнювального з’єднання клапанних пристроїв вимагається вирішення ряду завдань, пов’язаних з визначенням епюри контактних тисків, зближення шорстких поверхонь, геометричних параметрів мікроканалів в зоні контакту елементів ущільнювального з’єднання, механізму масопереносу середовища через зону контакту. Створивши модель, за допомогою якої якісно і кількісно пояснюється поведінка механічної системи процесу герметизації клапанного ущільненя, можна перейти до завдання синтезу, тобто до розрахунку параметрів конструкції ущільнювального з’єднання, поведінка якої в експлуатації прогнозується. З технологічних міркувань форму синтезованих елементів повинні утворювати фігури правильної геометричної форми. Під поняттям «оптимальне проектування металополімерного клапанного ущільнення» слід розуміти використання певних розрахунково-конструкторських методик проектування ущільнювального з’єднання, що має задані експлуатаційні показники. Об’єкт дослідження – металополімерне клапанне ущільнення. Предмет дослідження – розрахунок і проектування металополімерного клапанного ущільнення. Мета дослідження: розроблення методики оптимального проектування металополімерного клапанного ущільнення з заданими експлуатаційними параметрами. Результати дослідження дозволяють: визначати оптимальні геометричні розміри профілю сідла клапана, які забезпечують мінімальне зусилля герметизації металополімерної клапанної пари при заданому ресурсі і герметичності. Ключові слова: герметологія; клапанне ущільнення, математична модель; оптимізація; розрахунок; конструювання.