Моделювання конструкції сепаратора
Автор: Петрик Віктор Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Сепаратор - це пристрій під тиском, що працює при підвищеній температурі та тиску, який використовується для відділення непотрібних компонентів від основного компонента. Оскільки сепаратор не є стандартним виготовленим пристроєм і є пропозицією для конкретного застосування, то його проєктування вимагає індивідуального підходу до конструювання елементів конструкції. Розділення може здійснюватися між компонентами в твердому, рідкому або газоподібному стані. Ця дипломна робота присвячена розробці пристрою, який відокремлює рідкі компоненти від газоподібних компонентів під підвищеним тиском і температурою. У більшості випадків основною причиною відокремлення є відокремлення небажаного компонента від основного. Об’єкт дослідження: силова дія на елементи конструкції сепаратора. Предмет дослідження: залежність конструктивних параметрів елементів конструкції сепаратора від силового навантаження та їх моделювання в CAD системі в середовищі МСЕ. Мета дослідження: підвищити ефективність функціонування сепаратора у відповідності до стандарту EN 13445 згідно попередньо визначеного застосування відповідно до відповідних технічних умов і параметрів. Умови проектування зазвичай регулюються встановленими стандартами, які відрізняються залежно від країни, для якої конструкція пристрою розроблена та затверджена. В першому розділі наведено запропонована конструкція сепаратора з заданими геометричними розмірами. Також наведено положення шийок по висоті відносно циліндричної оболонки. Відстані горловин від зовнішнього діаметра корпусу до торців фланців конкретно не вказуються. Крім основних розмірів, для розрахунку і проєктування сепаратора вказані конструктивні параметри і необхідні технологічні вимоги, що випливають з планованої експлуатації. Це тип робочого середовища, максимальний/мінімально допустимий надлишковий тиск середовища та найвища/найнижча допустима температура середовища. Сформовані задачі дослідження. В другому розділі сформовано систему підмножин статичних характеристик. Розкрито параметри налаштування CAD системи для МСЕ відповідно до європейського стандарту EN 13445-3. Обгрунтовано конструкцію сепаратора поелементно, відповідно завдання. Наведено особливості конструкції окремих частин сепаратора. Третій розділ - наведені використовувані матеріали, їх хімічний склад і властивості матеріалу в залежності від температури і типу вибраного напівфабрикату. Крім того, допустимі значення напружень розраховуються для випадків нормального робочого навантаження і для випадків випробувального навантаження. Ці значення далі використовуються в оцінці в наступних розділах, присвячених обчислювальному моделюванню в програмному забезпеченні кінцевих елементів. Проаналізовані властивості і склад матеріалів використовуються для виготовлення конструкції сепаратора. Вибрані матеріали відповідають стандарту європейському, зокрема ЕН 10269, EN 10222-2+A1, EN 13445-3. Четвертий розділ - моделювання методом скінченних елементів параметрів конструкції сепаратора. Аналіз напружень за допомогою цього методу передбачає модель лінійно-пружного матеріалу відповідно до закону Гука з ізотропними властивостями. Крім того, припускаються малі деформаційні переміщення та малі відносні деформації. Розраховані значення напружень з використанням методу кінцевих елементів, як правило, можна класифікувати відповідно до EN 13445-3. Описана розрахункова модель сепаратора. Розрахункова сітка була вдосконалена на всьому зварювальному шві та кутовому шві. Оскільки в цих місцях очікуються найбільші значення приведених напруг, розмір елементів був встановлений 3 мм. Фланець знову зашитий чотиригранними елементами розміром 10 мм. П’ятий розділ присв’ячений моделюванню напруження втоми відповідних частин сепаратора. Зазначені умови роботи сепаратора визначають навантаження внутрішнього надлишкового тиску від 0 бар до 90 бар з робочою температурою до 100 ?C. Таким чином, це перехідний цикл навантаження, середнє значення якого сягає такого ж, як амплітуда 45 бар. Для визначення допустимої кількості циклів в інших місцях було використано Autodesk Іnventor. Крива втоми для матеріалу з межею міцності на розрив Rm = 450 МПа була введена в модель матеріалу. Отримані в роботі проєктні рішення та відповідні досліджень вказують на їх та доцільність використання на практиці. Ключові слова: сепаратор, тиск, температура, CAD система, напруження максимальне, деформація максимальна, МСЕ.