Методика расчета защитных чехлов термопреобразователей на прочность и вибрацию

Общие сведения

Термопреобразователи, помещенные в измеряемый поток, подвергаются воздействию высокой температуры и большой скорости рабочей среды. Для повышения срока службы чувствительные элементы термопреобразователей заключаются в защитную арматуру, изготовляемую из специальных сталей.

Рисунок 2– Конструкция защитных чехлов термопреобразователей

По заданной температуре среды можно определить условное давление, по которому выбирается защитная арматура. Защитные гильзы, которые вводятся в поток рабочего тела, подвергаются деформации изгиба, поэтому их необходимо проверять на прочность в статических условиях и при возможных колебаниях. 

Резкое изменение расходов измеряемых сред и срыв вихрей за плохо обтекаемыми гильзами вызывает возникновение их вибрации. В результате становится необходимым расчетная проверка защитной арматуры на виброустойчивость.

           В методическом руководстве приведена методика расчета:

1 Расчет на прочность в статистических условиях защитных чехлов термопреобразователей.

2 Расчет защитной гильзы термопреобразователя на виброустойчивость.

2.1 Расчет предельных скоростей движения потока измеряемой среды при резонансных колебаниях термопреобразователя.

2.2 Определение собственной частоты колебаний гильзы.

12

Методики расчета на прочность в статических условиях защитных чехлов термопреобразователей

Измерительное устройство, которое вводится в поток рабочего тела необходимо проверять на прочность.

При расчетах на прочность преобразователи температуры в первом приближении можно рассматривать как консольную балку с жестко заделанным концом и равномерно распределенной по рабочей длине нагрузкой интенсивностью q от сил, действующих со стороны потока

(рисунок 3; ПРИЛОЖЕНИЕ А, ПРИЛОЖЕНИЕ Б).

 

 

Рисунок 3 -Схема действующих на чехол нагрузок

1 – стенка трубопровода;

2 – измерительное устройство;

3 – заделка (штуцер).

 

Определение прочности заделки производится следующим образом:

1 Определение динамического напора  набегающего потока по формуле:

                                                     Р_дин = , Па,                                       [ 8, 17 ]

 

где с – скорость движения вещества, м/с           [4 ]

ρ - плотность набегающего потока, кг/м³  [3 ]  

 

2  Определение интенсивности нагрузки, действующей на единицу длины защитного ч ехла по формуле

 

                                                    q = Р_дин · d · Сх, Н/м                                     [ 8, 17 ]

 

где Р_дин - динамический напор, Н/м²

  d - диамтр защитного чехла (наружный диаметр защитной гильзы), м; [20, 29, 30 ]

Сх = 1,2- коэффициент сопротивления поперечно обтекаемой цилиндрической трубки.

 

13

3 Определение силы, действующей на защитный чехол термопреобразователей

 

                                                 Р = q · l, Н                                                     [ 8, 17 ]

 

где q - нагрузка, действующая на единицу защитного чехла, Н/м

    l - длина погружаемой части защитных чехлов термопреобразователей, м.    

4 Определение изгибающего момента в заделке защитного чехла

М = Р · (l ₁ – 0,5 · l), Н · м                                                 [ 8, 17 ]                                     [ 8, 17 ]

 

где Р  -сила, действующая на защитный чехол, Н;

     l -длина защитного чехла погруженная в поток, м;

     l ₁  -длина защитного чехла со штуцером, м                                      [20, 29, 30 ]

5 Определение момента сопротивления сечения защитного чехла термопреобразователя

                                        W = 0, 7854  , м³                                                              [ 8, 17 ]                                                                                                           [ 8, 17 ]

 

где R - радиус внешний защитного чехла, м;         

   r – радиус внутренний защитного чехла, м                                                                                                      [20, 29, 30 ]

6 Определение напряжения изгиба защитного чехла в заделке

 

                                                 σ = , Н/ м²                                                                            [ 8, 17 ]

 

где    М – изгибающий момент в заделке, Н м;

   W - момент сопротивления сечения защитного чехла термопреобразователя, м³

 

Вывод:

Изгибающие напряжения в измерительных устройствах, учитывая несовершенство технологии их изготовления и возможные нестационарные явления в потоках измеряемой среды, не должны превышать (30…35)10⁶ Н/м² [ 8, 17 ]. В случаях превышения защитные чехлы должны быть укреплены защитными гильзами.