книга2 с254-338 (1085854), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Для хранения жидкого водорода при Т=—269°С изготовляют сварные сосуды из сплава 60% железа и 40% никеля.

Успешно применяют для сварных сосудов, работающих при низких температурах, алюминиевые сплавы, которые свариваются дуговым и электрошлаковым способами. Нередко их изготовляют двустенчатыми. Алюминиевые сплавы обладают повышенной стой­костью против коррозии, малой плотностью и сохраняют пласти­ческие и вязкие свойства при работе в условиях низких темпера­тур. Из листовых элементов изготовляют различные резервуары, стационарные и транспортные цистерны, вакуумные аппараты, теплообменники. На рис. 21.8 приведен пример резервуара из алюминиевого сплава, выполненного аргонодуговой сваркой. Все швы стыковые; толщина стенок цилиндрической части s=6--20 мм, сферического перекрытия s = 15 мм, днища в сегментном кольце s=15 мм и в средней части s=6 мм.

В СССР значительное количество цистерн и резервуаров сва­рено автоматами под флюсом. Хорошо сваривают этим способом конструкции из сплава АМг6 и др. Соединения конструкций из алюминиевого сплава иногда обладают недостаточной сопротив­ляемостью образованию кристаллизационных трещин при сварке. Поэтому при проектировании следует учитывать это обстоятель­ство и избегать соединений очень высокой жесткости, при сварке которых образование трещин наиболее вероятно.

§ 5. Тонкостенные сосуды

По назначению, толщине листовых элементов, применяемым материалам и приемам сварки сосуды, работающие под давлени-нием, весьма разнообразны. Общим для такого типа конструк­ций является требование обеспечить возможно более равномерное распределение напряжений. Этого достигают применением стыко­вых соединений, плавным сопряжением стыкуемых элементов и обеспечением надежного проплавления всей их толщины при условии всемерного исключения дефектов сварки.

Тонкостенные сосуды обычно являются конструктивными эле­ментами различных транспортных установок, в том числе совре­менных летательных аппаратов. Быстрый рост размеров ракет

270

Рис. 21.9. Семейство ракет «Сатурн»

для космических полетов вызывает соответственное увеличение размеров емкостей. Это можно видеть на примере семейства ра­кет «Сатурн» с двигателями на жидком топливе (рис. 21.9). Так, цилиндрические баки со сферическими днищами, входящие в со­став стартовой ступени S—1С ракеты «Сатурн-5», имеют диаметр 10 м. Один из них предназначен для жидкого кислорода, дру­гой— для керосина. При ра­боте двигателей эти емкости испытывают внутреннее давле­ние, так как топливо и окис­литель вытесняются принуди­тельно подачей в кислородный бак газообразного кислорода, а в топливный бак — гелия. Кроме того, такие емкости не­редко входят в состав несущей части конструкции и во время полета могут испытывать до­полнительно сжимающие и из­гибающие нагрузки. Для тран­спортных установок одним из основных показателей совер­шенства конструкции является ее минимальная масса. Поэто­му при изготовлении тонко­стенных сосудов широкое при-

менение получили листовые материалы из алюминиевых, маг­ниевых и титановых сплавов и высокопрочных сталей, обла­дающих высокой удельной прочностью. При изготовле нии ракетных емкостей в зависимости от типа двигателей приме­няют либо алюминиевые сплавы (двигатели на жидком топливе) либо высокопрочные стали или титановые <сплавы (двигатели на твердом топливе).

Правильное представление о предельной несущей способности тонкостенного сосуда можно получить при. рассмотрении его ра­боты в пластической стадии. Особенностью является то, что при работе стенок за пределом упругой деформации и деформирова­нии металла по всем направлениям максимальные кольцевые на­пряжения цилиндрических и сферических сосудов определяются в зависимости от диаграммы растяжения металла, которая прибли­женно выражается соотношением

(21.15)

где

— истинные напряжения и деформации; А и л — коэф­фициенты, зависящие от механических свойств металла

мации

Пр

напряжение

В цилиндрическом сосуде при монотонном нагружении макси­мальное давление достигается при кольцевой пластической дефор-)и этом максимальное условное растягивающее может не соответствовать пределу прочности:

271

В случае если

(диаграмма имеет пологий характер); (диаграмма имеет крутой характер). Действительная конструктивная прочность сосудов в резуль­тате концентрации напряжений может оказаться ниже предель­ной. Большое влияние оказывает отношение

к предельной. Если

=0,6-^-0,75, конструктивная прочность сосуда приближается = 0,9, то конструктивная прочность мо­жет оказаться значительно меньше предельной.

Если в тонкостенном сосуде создается вакуум, то оболочки на до проверить на устойчивость. Цилиндрические оболочки при дли не l<10 r, где г —радиус цилиндра, проверяются по формуле

(21.16)

где о_кр — критическое напряжение; s —толщина оболочки, Е — модуль упругости.

Устойчивость сферической оболочки определяется формулой

где m=0,8 — коэффици-

Допускаемое напряжение ент условий работы.

( 21.17)

Рис. 21.10. Воздушный тор­мозной резервуар железно­дорожного вагона

Тонкостенные сосуды в виде различных тормозных баллонов для наземного транспорта изготовляют крупными сериями, ис­пользуя хорошо свариваемые материалы относительно невысокой прочности. Примером может служить воздушный тормозной ре­зервуар железнодорожного вагона из углеродистой стали. Он име­ет отбортованные днища, приваренные к обечайке стыковым со­единением. Его выполняют либо на остающемся подкладном коль­це (рис. 21.10,а), либо с проточкой отбортованной части днища (рис. 21.10,6). Чем больше диаметр D_н тем более нагруженными

272

прини-

(рис. 12.13,6) при-= 520 МПа, пре-

оказываются резервуары; при расчете на прочность учитывают возможность уменьшения толщины стенок в результате коррозии на 0,7—1 мм. Коэффициент запаса прочности мают не менее 3,5.

= 350 МПа. напряжение

При изготовлении ацетиленовых баллонов меняют сталь 15ХСНД;_ее предел прочности

где коэффициент запа­са /г, = 2.6. Допускаемое напряжение может определяться также

(21.18) (21.19)

Толщина боковой стенки сосуда

толщина днища сосуда

= 200 МПа —номи-

д ел текучест] Допускаемое

где р=3 МПа — расчетное давление; нальное допускаемое напряжение; D=291 мм - внутренний диа­метр днища; С=0,1 см —прибавка на коррозию с учетом срока службы 10 лет и коррозии 0,1 мм в год; h=7\ мм —высота вы­пуклой части днища;

= 0 9 — поправочный коэффициент, учитывающий класс

-1,0 — коэффициент прочности сварного-шва, свариваемого с двух сторон автоматической сваркой под. флюсом;

и группу эксплуатации сосудов, работающих под давлением; К=0,95 — конструктивный коэффициент.'

Тогда требуемая толщина днища по формуле (21.19)

Принимаем s—4 мм.

С целью компактного размещения сосуда, например вокруг камеры сгорания, иногда применяют сосуды в форме тора. В раз­личных точках поперечного сечения торового сосуда напряжения в окружном направлении зависят от угла 0 (см. рис. 12.12,в) и определяются формулой

(21.20)

где Ь и а указаны на рис. 12.12,в.

Максимальное значение напряжений определяется условием:

откуда следует пряжения в точках А, В, С одинаковы:

т. е. в точке С. Осевые на-

(21.21)

§ 6. Барабаны котлов

В состав котельных агрегатов входят барабан, экономайзеры, пароперегреватели и камеры. Барабаны котлов высокой произво­дительности имеют диаметры 1600—1800 мм, толщина их стенок достигает 100 мм. Барабан по длине состоит из отдельных обеча-

18—201 ²⁷³

ек; днища барабанов, как правило, штампованные. Все соедине­ния выполняются электрошлаковой и дуговой сваркой.

Рис. 21.11. Общий вид свар ного барабана котла

Д ля котельных сосудов типа барабанов (рис. 21.11) характер­но большое число штуцеров различного назначения. Поэтому при проектировании котельного оборудования большое внимание удё-

ляют определению допустимого размера неукрепленного отвер­стия и расчету укрепления отверстий. Учет ослабления стенки отверстием осуществляют введением коэффициента ф. При про­дольном расположении отверстий

(21.22)

где t — расстояние между центрами отверстий в продольном направлении; d — диаметр отверстия.

Если диаметр отверстия превышает допускаемый {d_пр), то должна быть увеличена толщина стенки сосуда или отверстие должно быть укреплено приваркой утолщенного штуцера или на­кладки (рис. 21.12). Размеры укрепляющих элементов выбирают по следующему условию:

(21.23) — площади укрепляющих сечений соответственно штуцеров, накладок и сварных швов; s — номинальная расчетная толщина стенки без ослабления. Для штуцеров, испытывающих внутреннее давление (рис.21.12,а),

274

Характеристики

Список файлов книги