Tlakové nádoby a vakuové komory pro práci s epoxidem a porézními materiály

Vakuová komora je klíčem k čistému, profesionálnímu výsledku při práci s epoxidem, polyuretanem či silikonem. Ať už odléváte šperky, vyrábíte designové produkty, stabilizujete dřevo nebo zaléváte elektroniku, vzduchové bubliny mohou zničit hodiny práce. Všechny komory jsou vhodné pro práci s epoxidem, polyuretanem i silikonem. V portfoliu jsou nabízeny jak celé sety vakuových komor i s vývěvami, tak jen vakuové komory samostatně a i vývěvy samostatně.

Vakuové komory a jejich použití

Vakuová komora VC2523A se používá v procesu odbublinkování (odplynování) odlévaných produktů, jako jsou epoxidy, polyuretany, silikony, sádra, vosky atd. Má objem 12,5 litrů a je vyrobena z hliníku. Všechny komory jsou vyrobeny z kvalitního hliníku a jsou osazené vulkanizovaným silikonovým těsněním, které je spolehlivé a má nízkou náchylnost k mechanické deformaci. Dva kulové ventily umožňují libovolně ovládat průběh odplyňovacího procesu, zatímco glycerinové vakuometry ukazují aktuální vakuum v komoře.

Typy vakuových komor a jejich specifika

  • Varianty s polykarbonátovým víkem: Tyto varianty jsou cenově příznivější a vývěvy mají i nižší výkon, který stačí k tomu, aby se z míchaných směsí odstranil vzduch. Je důležité poznamenat, že tyto varianty se nesmí používat pro stabilizaci porézních materiálů, zejména ne akrylátovými pryskyřicemi, neboť výpary z akrylátových pryskyřic mohou naleptávat polykarbonát, tím snižovat jeho pevnost a v určitý moment by mohla hrozit imploze (opak exploze, tedy nebezpečný jev, při kterém se těleso nebo hmota zbortí do vlastního objemu nebo je jeho strukturální integrita porušena vyšším tlakem prostředí).
  • Komory se skleněným víkem: Tyto komory jsou účelově vhodné jak pro odbublinkování směsí, tak i pro proces stabilizace dřeva, kostí, paroží či jiných porézních materiálů. Zároveň je sklo celistvé a veškeré ventily a měřidla jsou vyvedené mimo víko. Tyto varianty mají dvoustupňové, tedy i výkonnější vývěvy (udělají větší vakuum) právě pro maximalizaci odvodu vzduchu i z mikroporů stabilizovaných materiálů.

Práce s vakuovou komorou

Práce s vakuovou komorou je jednoduchá. Jednoduše zamíchanou směs, ve které je díky míchání zamíchaný vzduch, vložíme i s kelímkem nebo nádobou přímo do vakuové komory, zavřeme, nastavíme správně odsávací ventily, pustíme vývěvu a přitlačíme bezpečnostní víko k nádobě tak, aby se k ní přisálo a na ukazateli vakua se začalo ukazovat vakuum. Díky zvyšujícímu se vakuu se bude v odplyňované kapalině začne tvořit pěna tím, jak bude vzduch ze systému pomocí vakua vytahován pryč.

Je třeba hlídat hladinu pěny, aby nám nevytekla z kelímku v nádobě ven. Když by k tomu mělo dojít, upustí se trochu vakuum pomocí ovládacího ventilu, hladina pěny klesne a zase pustíme vakuum. V poměrně krátkém čase, v řádu minut, pěna začne klesat až do bodu, kdy na hladině zůstane jen pár bublin. Pak vakuum zastavíme a začneme ho pomalu upouštět a vyrovnávat tlaky.

Vývěvy

Nejdůležitějšími parametry vývěvy jsou hodnota konečného vakua, její účinnost a rychlost charakterizovaná množstvím odsávaného vzduchu za jednotku času a její výkon. Používané nové řady vývěv se vyznačují vysokou účinností, velmi vysokou hodnotou vakua a tichým chodem. Všechny vývěvy jsou vybaveny filtrem olejové mlhy a jednocestným mechanickým ventilem, který zabraňuje zpětnému toku oleje z vývěvy do komory.

Čtěte také: Překližka: Tlaková pevnost

Kompozitní nádoby

Kompozitní nádoby jsou ideální pro různé aplikace a jsou vyrobeny z kompozitu epoxid - skelné vlákno s vnitřním polyetylénovým povrchem.

Typy kompozitních nádob

  • Kompozitní nádoby typ Q: Nádoby se dodávají v rozsahu velikostí 4,6 až 103,1 litrů.
  • Kompozitní nádoby typ C: Nádoby se dodávají v rozsahu velikostí 140 - 1840 litrů. Tyto nádoby jsou dodávány s podstavcem.
  • Kompozitní nádoby velkých rozměrů: Tyto nádoby jsou vyrobeny ze stejného kompozitu a technologií jako nádoby standardních rozměrů. Dodávají se s podstavcem a jsou k dispozici v rozsahu velikostí 1381 - 5620 litrů.

Příslušenství kompozitních nádob

Horní a spodní rozvodné systémy se dodávají jako příslušenství ke kompozitním nádobám a slouží pro stejnosměrný rozvod kapaliny v nádobě. Jsou vyrobeny z kvalitního polypropylénu. Rozvodné systémy sestávají z trysek s velikostí štěrbiny 0,2 nebo 0,5 mm.

Možnosti připojení zahrnují závit 4“ nahoře, závit 4“ nahoře/dole, přírubu 6“ nahoře, přírubu 6“ nahoře/dole.

Analýza únavového poškození tlakových nádob

V oblasti teplot do teplot významného creepu je životnost části tlakové nádoby i nádoby jako celku určena zejména jejím únavovým poškozením. Vlivem cyklického zatěžování části nádoby dochází k cyklování napětí/deformací v průřezu části a v jejím důsledku k únavovému poškození materiálu, které končí vznikem únavové trhliny. Při posuzování těchto trhlin a následných lomů rozlišujeme vznik trhliny, která je definována jako trhlina zjistitelná makroskopicky, a konečný lom části.

Typy únavy

Z hlediska fyzikální podstaty vzniku únavových trhlin můžeme rozlišit dva typy vzniku trhlin, které v technických předpisech označujeme jako únavu „nízkocyklovou" a únavu „vysokocyklovou".

Čtěte také: Jak na tlakovou injektáž dřeva?

  • Nízkocyklová únava: Vzniká při neelastických stavech napětí v průřezu jako důsledek disipace energie při cyklické plastické deformaci. Skutečné napětí v průřezu cyklu je zhruba řečeno mezi hodnotami mezí kluzu +Re a -Re. Důsledkem úplné plastické deformace v těchto mezích je zároveň i to, že např. i u míjivého vnějšího zatížení, což je nejběžnější případ cyklického zatížení tlakové nádoby (natlakování - odtlakování), je konečné deformační i napěťové cyklické zatížení průřezu střídavé, tedy s nulovým středním napětím.
  • Vysokocyklová únava: Naopak vzniká u částí, které jsou zatěžovány elasticky s počty cyklů přibližně nad 105. U tohoto typu zatížení nedochází k přerozdělení napětí a střední napětí cyklu hraje významnou roli.

Výpočtové metody a normy

Výpočtové metody jak ČSN tak i evropské normy vycházejí z určení počtu cyklů do vzniku trhliny s příslušnou bezpečností k tomuto stavu. Exaktní únavová analýza tlakové nádoby, nebo uzlu tlakové nádoby je poměrně komplikovanou záležitostí, která vyžaduje podrobnou deformačně-napěťovou analýzu uzlu. V praxi by takovéto analýzy byly z cenových i časových důvodů neúnosné. Z těchto důvodů byly vypracovány přibližné výpočtové postupy, které splňují dobře požadavky technické praxe.

V 70. letech byla ve VÚCHZ současně s vývojem metod mezních stavů plastické únosnosti vyvinuta i metoda přibližného posouzení únavového poškození, která na tyto metody navazuje. Datová báze metody byla vytvořena ve spolupráci s KCA-Dresden a metoda byla zavedena do mezinárodního standardu RVHP, tudíž i do ČSN, a to již v 70. letech. V 90. letech byla zavedena i v AD-Merkblätter a metoda z AD-Merkblätter je nyní převzata do evropské normy. Z téměř třicetileté praxe zjednodušené metody posuzování únavového poškození plyne, že pokrývá téměř ze 100% požadavky běžné výpočtářské praxe.

Zjednodušená metoda posuzování únavového poškození

Základem zjednodušené metody posuzování únavového poškození je požadavek jednoduchosti výpočtu. U podrobné analýzy únavy musíme pro každý kontrolovaný uzel nádoby provést konkrétní napěťově-deformační analýzu, protože výpočet "pevnosti" je proveden na základě mezního stavu plastické únosnosti a pro daný uzel není známa napjatost. Musely by se tudíž pro tlakovou nádobu provádět výpočty dva.

Při vývoji teorie mezního stavu únosnosti uzlů skořepin a ověřování konzervativnosti těchto postupů vůči mezi přizpůsobení (shake-down) bylo zjištěno, že průběhy těchto kritérií jsou navzájem téměř ekvidistantní, a že jejich poměr vykazuje vlastnost lokálního maxima. Lze tedy pro daný typ uzlu určit maximální hodnotu tvarového součinitele, který popisuje poměr mezi hodnotou globálního namáhání uzlu z teorie mezního stavu plastické únosnosti a špičkovým pseudoelastickým napětím v uzlu. Tento poznatek je potom základem celé metodiky přibližného posouzení únavové životnosti.

V průběhu 70. let byly analyzovány všechny v normě uvedené a řešené uzly tlakových nádob a výsledky těchto analýz byly potom uvedeny jako tvarový součinitel η (jak v ČSN tak i v evropské normě). Tím bylo dosaženo požadovaného cíle. Výpočet únavy, tedy dovoleného počtu cyklů se potom provede pro daný uzel pouze určením amplitudy špičkového přepočtem podle jednoho jednoduchého vztahu, který pomocí tvarového součinitele napětí určí špičkové napětí z již známé hodnoty dovoleného mezního zatížení uzlu ("pevnost") a z této hodnoty se dalším vztahem, který popisuje únavovou křivku materiálu stanoví dovolený počet cyklů. V evropském standardu se místo vztahu pro popis únavové křivky uvádí vlastní únavová křivka.

Čtěte také: Více o průhledných tlakových PVC trubkách

Uvedená metoda je konzervativní. Získané výsledky jsou na straně větší bezpečnosti. V případě, že konstrukce podle této metody nevyhovuje, můžeme provést podrobnou analýzu nebo upravit konstrukci. Většinou je cenově výhodnější provést úpravu konstrukce a nebo dimenzování. Využitím konzervativní metody přibližného posouzení meze únavy můžeme odvodit další velmi důležitá konzervativní kritéria, která podstatně sníží náročnost výpočtů tlakových nádob a jejích částí.

Jak ČSN tak i evropská norma uvádějí počet plných zatěžovacích cyklů, pro který není nutné únavovou analýzu vůbec provádět. Předpokládejme ocel P265GH s mezí kluzu Re = 265 MPa. Maximální hodnota tvarového součinitele podle ČSN je η = 5,0 a maximální hodnota součinitele vrubu svaru ξ = 1,5. Výpočet pro austenitické oceli je ještě příznivější. Můžeme tedy, i podle konzervativní metody konstatovat, že každá tlaková nádoba vyrobená ve shodě s ČSN 69 0010 vydrží nejméně 1000 provozních cyklů s cyklováním plného dovoleného přetlaku podle pevnostního výpočtu. Skutečný počet těchto dovolených cyklů se podle podrobnější analýzy blíží hodnotě 3000. Při výpočtu je přitom uvažována ještě bezpečnost proti počtu cyklů 10.

Na rozdíl od ČSN se uvádějí únavové křivky a to až do 108 cyklů. Kritérium pro provádění únavové kontroly je konzervativnější, a to 500 plných cyklů. Oproti ČSN se ale připouští přepočítávat neplné zatěžovací cykly na cykly plné a tyto potom porovnávat s kritériem podle vztahu plynoucího z nízkocyklové části únavové křivky. Tento vztah umožňuje např. pro cykly, které dosahují pouze 50% úrovně plných cyklů určit počet ekvivalentních cyklů, při kterých není nutná únavová kontrola na 4000. Tím se dále rozšiřuje oblast výpočtů, u kterých není nutné provádět ani zjednodušenou únavovou analýzu.

Ze vztahu (3) plyne další důležitý poznatek o elastické napjatosti a jejích zrádných úskalích. Vztah říká, že pro rozkmit napětí 2.3,75.[σ]= 7,5.[σ]=5.Re není třeba provádět únavovou analýzu. To ale znamená, že na běžné funkční tlakové nádobě se vyskytují napěťová vlákna, ve kterých je v provozu 5 krát „překročena" mez kluzu materiálu. Toto překročení meze kluzu je ovšem jen výsledek pseudoelastické analýzy. Ve skutečnosti dojde ke kluzu materiálu a napětí se v těchto místech příliš neliší od meze kluzu. Dochází však k cyklování deformace, která způsobí „nízkocyklovou" únavu materiálu i když za více než 10.1000 cyklů (10 je bezpečnost proti počtu cyklů podle ČSN). Při kluzu těchto vláken dojde v průřezu samozřejmě z důvodů silové rovnováhy k přerozdělení napětí, a proto neodpovídají napětí z pseudoelastické analýzy skutečnosti.

tags: #tlakova #nadoba #na #epoxid #informace

Oblíbené příspěvky: