Поверхностные напряжения

К выходной части двигателя присоединяется особый аппарат — конденсатор F, в котором поддерживается низкое давление; в паровых машинах — около 0,1—0,15 бар и в паровых турбинах 0,03—0,05 бар. Таким образом, расширение рабочего тела в двигателе происходит до давления в конденсаторе, значительно более низкого, чем атмосферное. В конденсаторе пар конденсируется, что достигается отнятием от пара тепла (скрытой теплоты парообразования). Большей частью применяются так называемые поверхностные конденсаторы. Процесс отнятия тепла от пара происходит в них таким образом. Из какого-либо водоема — реки или озера — циркуляционным насосом /С вода подается в трубки, размещенные внутри конденсатора; пар от двигателя поступает в межтрубное пространство конденсатора; проходящая по трубкам вода отнимает от пара тепло, кон-денсируя пар; получившаяся из пара вода — конденсат — стекает в нижнюю часть конденсатора, а охлаждающая (циркуляционная) вода выбрасывается обратно в реку. Скопившийся конденсат засасывается конденсатным насосом G и направляется в питательный бак.

догреватели, в которых тепло от газов передается воздуху; водоводя-ные и пароводяные подогреватели (рис. 15-4); поверхностные конденсаторы для конденсации пара (рис. 15-5); отопительные радиаторы и многие другие. Применяют теплообменники без разделительной стенки. К ним в частности, относятся смесительные и регенеративные устройства . Смесительные теплообменники, называемые также контактными, получили широкое распространение для использования тепла чистых продуктов сгорания, выходящих из котельных агрегатов. В смесительных теплообменниках (рис. 15-6) тепло передается от пара или газа к воде при их смешивании. В регенеративных теплообменниках тепло

Конденсаторы пароэжекторных холодильных машин. Конденсаторы пароэжекторных машин во многом подобны конденсаторам паросиловых установок. Отличие их от обычных конденсаторов холодильных машин вызывается следующими причинами: давление в конденсаторе пароэжекторной машины весьма низко (падение давления пара, протекающего по конденсатору, недопустимо); пар постоянно приносит с собой воздух, выделившийся из воды в испарителе и проникший сквозь неплотности; пар поступает в конденсатор с большой скоростью; сжиженный в конденсаторе пар обычно в холодильной машине более не используется *, поэтому существуют конденсаторы, в которых пар смешивается с охлаждающей водой (применяются также поверхностные конденсаторы).

Назначение конденсационного устройства. Конденсационное устройство имеет своим назначением обеспечение в выхлопной части турбины вакуума определённой величины. Для этой цели нужно иметь возможность сконденсировать покидающий турбину пар при достаточно низкой температуре. В современных паротурбинных установках в выхлопном патрубке поддерживается давление порядка 0,05—0,03 ата. Это означает, что конденсация пара должна происходить при температуре порядка 32 —24° С и при этом должно быть отведено большое количество тепла пара. Для паровых турбин в настоящее время применяются исключительно поверхностные конденсаторы.

В настоящее время, как правило, применяют поверхностные конденсаторы. Они состоят из корпуса, к торцам которого (обычно на фланцах) крепятся трубные доски с большим количеством отверстий, предназначенных для закрепления в них трубок. Снаружи эти трубки омываются конденсируемым паром, а внутри них циркулирует охлаждающая вода. Наружная поверхность трубок образует поверхность охлаждения конденсатора. К фланцам трубных

У —первая ступень увлажнения; 2 — вторая ступень увлажнения; 3 — гидротормоза; 4, 4', 4" — поверхностные конденсаторы; 5, 5'. 5" — пароструйные эжекторы; 6 — третья ступень увлажнения; 7 — дренажные баки и баки нижних точек; 8, 8, S — мерные баки- 9 — насосы.; / — стенд для исследования сопл методом взвешивания реактивной силы при умеренных степенях влажности; II — отенд для исследования сопл методом взвешивания при высокой влажности и на испаряющейся воде; III — контур влажного пара (КВП-2) для физических исследований со сменными рабочими частями; УК —газодинамическая влажнопаровая труба для зондовых исследований реактивных решеток (КВП-3)- V — газодинамическая труба для исследования активных решеток при сверхзвуковых скоростях (КВП-6); VI — большая влажнопаровая газодинамическая труоа для исследования решеток веерных турбинных ступеней; VII — газодинамическая труба для исследования кольцевых решеток; VIII, IX — двухвальные влажнопаррвые турбины (для исследований ступеней с цилиндрическими (VIII) и закрученными (IX) лопатками; л, ЛГУ-стенды высокого давления для исследований двухфазных потоков капельной и пузырьковой структур (КВП-4 и КВП-5); XII, XIII- стенды для измерения критических параметров двухфазного потока и скорости распространения малых возмущений в двухфазных потоках разных структур; XIV- экспериментальная турбина ?„ °п™^ески про Трачной рабочей частью (КВП-1): XV-оптический прибор ИАБ-457; XVI-^двухзальная экспевиментальная турбина для исследования промежуточных ступеней; X. VII — экспери-ментальная турбина для исследования последней ступени с выхлопными патрубками; XVIII - воздуходувка; ХУАГ - водовоздушный стенд для исследования пленочных течений и двухкомпонентных пограничных слоев

В целях сохранения конденсата для питания паровых котлов на паротурбинных электростанциях применяют исключительно поверхностные конденсаторы. Конечная температура пара, отработавшего в турбине, при этом выше, чем при смешивающих конденсаторах рациональной конструкции (струйные противоточные), превышая температуру подогретой охлаждающей воды на величину „недогрева" охлаждающей воды $ = tK — t^, обуславливаемую необходимостью преодоления термических сопротивлений передачи тепла от конденсируемого пара к воде через металлические стенки трубок конденсатора.

1. Поверхностные конденсаторы могут работать с 'более глубоким вакуумом, т. е. содействуют получению 'более высокого к. п. д. паросиловой установки.

Д. Конденсационное устройство паровых турбин /. Поверхностные конденсаторы П. Циркуляционные насосы

циркуляционного насоса. Однако, как уже отмечалось, поверхностные конденсаторы устойчиво работают лишь при достаточно высоких давлениях, а это ведет к потере работы прямого цикла, пропорциональной произведению площади 9—10—И—14—5— 4—9 на относительный расход рабочего тела через конденсирующий инжектор и способствует снижению энергетической эффективности ПТУ в целом. Данное обстоятельство также не позволяет однозначно сравнить энергетическую эффективность рассматриваемых ПТУ без проведения специального исследования.

ПОВЕРХНОСТНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Как отмечалось выше, плакирование сплавов может обеспечивать их катодную защиту от межкристаллитной коррозии и КРН. Для предупреждения КРН эффективны сжимающие поверхностные напряжения, поэтому на практике изделия иногда подвергают нагартовке путем дробеструйной обработки.

Дефекты механической обработки. Наиболее частым дефектом механической обработки является несоответствие геометрических размеров и качества поверхности установленным требованиям. Дефекты типа не-сплошностей в процессе механической обработки возникают редко, например, при обработке резанием в металле, который имеет большие поверхностные напряжения, могут возникнуть трещины. Исключение составляет операция шлифования, при которой происходит резкий нагрев поверхностного слоя металла, что может привести к появлению сетки мелких трещин и к прижогам (локальным перезакаленным участкам). При правке и рихтовке изделий и монтаже оборудования также могут появляться поверхностные трещины, расположенные поперек направления максимальных растягивающих напряжений.

Однако для зон контакта характерно возникновение всесторонних сжимающих напряжений, что позволяет материалу выдерживать без разрушения высокие поверхностные напряжения.

Дефекты механической обработки. Наиболее частым дефектом механической обработки является несоответствие геометрических размеров и качества поверхности установленным требованиям. Дефекты типа не-сплошностей в процессе механической обработки возникают редко, например, при обработке резанием в металле, который имеет большие поверхностные напряжения, могут возникнуть трещины. Исключение составляет операция шлифования, при которой происходит резкий нагрев поверхностного слоя металла, что может привести к появлению сетки мелких трещин и к прожогам (локальным перезакаленным участкам). При правке и рихтовке изделий и монтаже оборудования также могут появляться поверхностные трещины, расположенные поперек направления максимальных растягивающих напряжений.

абразивным, происходит достаточно медленно, однако в этом случае возможно появление выкрашивания боковых поверхностей зубьев. Оно начинает развиваться по истечении определенного времени работы, тем меньшего, чем больше поверхностные напряжения. Причиной выкрашивания является усталость поверхностного слоя материала.

тоит не в химическом взаимодействии поверхности с воздухом. Практически не повысилась усталостная прочность и после отжига шлифованных образцов (650°С, 1,5 ч) в аргоне, в результате чего остаточные поверхностные напряжения должны были практически полностью сняться. Таким образом, растягивающие поверхностные напряжения в данном случае также не являются главной причиной снижения усталостной прочности.

Абразивное электрохимическое шлифование (АЭХШ) при удачно выбранных режимах не только снижает растягивающие поверхностные напряжения (по сравнению с обычным шлифованием), но дает возможность получать на поверхности напряжения сжатия [175]. Так, при обратной полярности и применения шлифовального круга ППЗООХ25 X127 СЭШ2 К325 усталостная прочность сплава ВТЗ-1 повысилась с 294 (обычная шлифовка) до 422 МПа. Это может открыть широкие возможности для применения АЭХШ даже в качестве финишной операции. Тем не менее следует тщательно проверять возможность использования различных видов ЭХО, так как они могут привести и к отрицательным результатам [173,176].

Лиль [37] установил, что при травлении технических железных сплавов возникают значительные поверхностные напряжения (напряжения сжатия), что выражается в увеличении параметров решетки (от 4-10~4 до 9- 1СГ4 единиц). Это поверхностное состояние, напряжение травления, создается предположительно во время снятия поверхностного слоя химическим или электролитическим способом при определенной концентрации кислоты. Величина напряжения травления зависит от материала, от его термообработки (тонко- или грубозернистая структура), а при электролитической полировке — также от плотности тока, и не зависит от вида применяемой кислоты. Имеются различные гипотезы, объясняющие возникновение напряжения при травлении. Точка зрения, которая основана на том, что при термообработке загрязнения и примеси выделяются дисперсно на границах зерен и мозаики и что вследствие сильного взаимодействия с реактивом в этих зонах напряжения травления должны сниматься, является самой достоверной. Это подтверждается тем, что у электролитического железа не обнаруживается никаких изменений постоянной решетки. В результате возможного наложения внутренних напряжений и напряжения травления усложняется определение фактического напряженного состояния.

Проблема воздействия импульсных сил, распределенных вдоль линии, на анизотропное полупространство была рассмотрена для трансверсально изотропного упругого материала в работе Краута [88]. В частности, если поверхность полупространства нормальна к оси симметрии, линейный источник вызывает появление двух волновых поверхностей (рис. 22). Обобщение этого решения на случай соударения с упругим телом к настоящему времени не получено. Волны, образующиеся при сосредоточенном ударном нагру-жении изотропного полупространства, изучались Пекерисом 11351, который показал, что большие поверхностные напряжения распространяются со скоростью поверхностных волн Релея. Однако решение динамической задачи об ударе упругой сферы по упругому полупространству до настоящего времени не известно.

по поверхности раздела. Керамические волокна, такие, как стекло и сапфир, очень чувствительны к дефектам поверхности, которые ослабляют материал. Удаление поврежденного поверхностного слоя травлением или полировкой в пламени восстанавливает прочность. Напротив, определяющие прочность борного волокна дефекты в основном расположены в сердцевине, и поэтому борные волокна не столь чувствительны к повреждению поверхности. (Другим фактором могут быть сжимающие поверхностные напряжения в боре.) Отсюда следует, что при изготовлении упрочненных окислами композитов необходимо значительно более жесткое ограничение степени химического взаимодействия, чем для композитов с волокнами типа борных.

Работа коррозионного деформационного гальванического элемента будет продолжаться до полного стравливания в глубь полосы скольжения или же до восстановления пленок в месте их разрыва. По мере углубления коррозионная язва становится постепенно концентратором механических напряжений, т. е. напряжения в ее вершине начинают превышать поверхностные напряжения детали (образца). По мере углубления зародышевой трещины работа деформационного элемента угасает, но вместо него может возникнуть и интенсивно функционировать качественно новый гальванический элемент: напряженная вершина зародышевой трещины (анод) - стенки трещины и поверхность детали (катод). Таким образом, в развитии трещины может наступить следующий (третий) этап: перерождение зародышевой трещины в собственно трещину с последующим коррозионным углублением.. При наличии на поверхности деталей и конструкций естественных или искусственных концентраторов напряжений