Слоистая цилиндрическая оболочка

Использование: в строительстве, например в газоходах и стволах дымовых труб, подверженных внутреннему нагреву. Полезная модель решает задачи повышения несущей способности и надежности слоистой цилиндрической оболочки при ее внутреннем нагреве. Слоистая цилиндрическая оболочка содержит наружную 1 и внутреннюю 2 несущие обшивки, выполненные, например, из стеклопластика, легкий заполнитель 3, в толще которого коаксиально обшивкам 1, 2 установлены жесткие прослойки 4, а также кольцевые ребра 5, установленные между смежными прослойками 4 и обшивками 1, 2 и соединенные с ними. Прослойки 4 могут быть выполнены из материала обшивок, например, стеклопластика. Заполнитель 3 может быть выполнен из теплоизоляционного материала, может быть слоистым, а его слои могут иметь разную теплостойкость более высокую со стороны внутренней обшивки 2. При выключении из работы внутренней обшивки 2 из-за ее нагрева, за счет ребер 5, связывающих прослойки 4 между собой и с обшивками 1, 2, совместно с наружной обшивкой 1 работать начинают прослойки 4, тем самым сохраняя несущую способность оболочки и повышая ее надежность.

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в сооружениях промпредприятий, например в газоходах и стволах дымовых труб, подверженных внутреннему нагреву.

Известна слоистая цилиндрическая оболочка, включающая несущие наружную и внутреннюю обшивки, между которыми расположены легкий заполнитель и кольцевые ребра жесткости в виде плоских колец, перпендикулярных оси оболочки [1]. Кольцевые ребра жесткости обеспечивают сдвиговую жесткость в кольцевом направлении и прочность связи между обшивками, что позволяет применять заполнитель из материала с малой плотностью.

Однако при эксплуатации в условиях большой разницы температур внутри и снаружи оболочки в обшивках возникают высокие температурные напряжения из-за температурного градиента и жесткой связи обшивок в радиальном направлении ребрами жесткости. Кроме того, при выполнении обшивок из полимерного композиционного материала, например, стеклопластика, внутренняя наиболее нагретая обшивка значительно теряет при нагреве свои жесткостные и прочностные свойства, она выключается из работы, что приводит к перегрузке наружной обшивки, оболочка начинает работать практически как однослойная, что ведет к снижению ее несущей способности. Помимо этого, при аварийном нагреве, превышающем теплостойкость материала внутренней обшивки, последняя разрушается, что ведет к последующему быстрому разрушению легкого заполнителя и наружной обшивки. Это снижает надежность слоистой цилиндрической оболочки.

Известна слоистая цилиндрическая оболочка, включающая несущие наружную и внутреннюю обшивки, между которыми расположены соединенные с обшивками легкий заполнитель и кольцевые ребра, выполненные изогнутыми в радиальном направлении из плоскости, перпендикулярной оси оболочки [2]. Изогнутость ребер в радиальном направлении обеспечивает податливость

связи между обшивками в радиальном направлении, что ведет к снижению температурных напряжений в обшивках при наличии температурного градиента. Однако при выполнении обшивок из полимерного композиционного материала, например, стеклопластика, внутренняя наиболее нагретая обшивка значительно теряет при нагреве свои жесткостные и прочностные свойства, она выключается из работы, что приводит к перегрузке наружной обшивки, оболочка начинает работать практически как однослойная, что ведет к снижению ее несущей способности при внутреннем нагреве. Помимо этого, при аварийном нагреве, превышающем теплостойкость материала внутренней обшивки, последняя разрушается, что ведет к последующему быстрому разрушению легкого заполнителя и наружной обшивки. В результате надежность оболочки остается достаточно низкой.

Полезная модель решает задачи повышения несущей способности и надежности слоистой цилиндрической оболочки при ее внутреннем нагреве.

Для этого в слоистой цилиндрической оболочке, включающей несущие наружную и внутреннюю обшивки, между которыми расположены соединенные с обшивками легкий заполнитель и податливые в радиальном направлении ребра, согласно полезной модели, в толще заполнителя коаксиально обшивкам установлены жесткие прослойки, соединенные с заполнителем, а ребра установлены между смежными прослойками и обшивками и соединены с ними.

Прослойки могут быть выполнены из материала обшивок. Легкий заполнитель может быть выполнен из теплоизоляционного материала, может быть слоистым, а его слои могут иметь различную теплостойкость, более высокую со стороны внутренней обшивки.

Жесткие прослойки, установленные в толщу заполнителя, который является теплоизоляционным материалом, подвергаются значительно меньшему нагреву, чем внутренняя обшивка и, как следствие, у них не происходит снижения прочностных и жесткостных свойств. Поэтому при выключении из работы внутренней обшивки из-за ее нагрева, за счет ребер, связывающих прослойки между собой и с обшивками, совместно с наружной обшивкой работать начинают прослойки, тем самым сохраняя несущую способность оболочки.

При аварийном нагреве, превышающем теплостойкость материала внутренней обшивки, разрушение последней не приводит к последующему быстрому разрушению всей толщи легкого заполнителя и наружной обшивки, поскольку прослойки выступают в качестве преграды разрушающему воздействию внутренней температуры. Это повышает надежность оболочки.

На фиг.1 показан общий вид слоистой цилиндрической оболочки, на фиг.2 - поперечное сечение оболочки, на фиг.3 - фрагмент продольного сечения стенки оболочки.

Слоистая цилиндрическая оболочка содержит наружную 1 и внутреннюю 2 несущие обшивки, выполненные, например, из стеклопластика, легкий заполнитель 3, в толще которого коаксиально обшивкам 1, 2 установлены жесткие прослойки 4, а также кольцевые ребра 5, податливые в радиальном направлении вследствие того, что они изогнуты из плоскости. Заполнитель 3 связан с обшивками 1, 2 и прослойками 4. Ребра 5 установлены между смежными прослойками 4 и обшивками 1, 2 и соединены с ними. Прослойки 4 могут быть выполнены из материала обшивок, например, стеклопластика. Заполнитель 3 может быть выполнен из теплоизоляционного материала, может быть слоистым, а его слои могут иметь разную теплостойкость более высокую со стороны внутренней обшивки 2.

Слоистая цилиндрическая оболочка работает следующим образом. При эксплуатации в условиях значительного нагрева внутренней обшивки 2 снижаются ее прочностные и жесткостные характеристики, а жесткие прослойки 4, установленные в толщу заполнителя 3, который является теплоизоляционным материалом, подвергаются значительно меньшему нагреву, чем внутренняя обшивка 2 и, как следствие, у прослоек 4 не происходит снижения прочностных и жесткостных свойств. Поэтому при выключении из работы внутренней обшивки 2 из-за ее нагрева, за счет ребер 5, связывающих прослойки 4 между собой и с обшивками 1,2, совместно с наружной обшивкой 1 работать начинают прослойки 4, тем самым сохраняя несущую способность оболочки.

При аварийном нагреве внутренней обшивки 2 выше теплостойкости ее материала обшивка 2 и ближайший к ней слой легкого заполнителя 3 разрушаются,

а функцию внутренней обшивки 2 начинает играть ближайшая к ней прослойка 4, препятствуя быстрому разрушению всей толщи легкого заполнителя 3 и наружной обшивки 1, тем самым повышая ее надежность. При этом, повышая теплостойкость только одного слоя заполнителя 3, примыкающего к внутренней обшивке 2, можно без лишних затрат добиться высокой надежности оболочки.

По сравнению с прототипом заявляемая слоистая цилиндрическая оболочка имеет повышенную в условиях нагрева несущую способность и надежность.

Источники информации

1. Слоистая цилиндрическая оболочка и способ ее изготовления: Патент 1751939 РФ: МКИ 5 В 32 В 1/08. Заяв. 16.04.90, опубл. в Бюл. №8 за 1994 г.

2. Слоистая цилиндрическая оболочка: Свидетельство на ПМ 12999 РФ: МКИ 7 В 32 В 1/08. Заявл. 15.11.99; опубл. в Бюл. №8 за 2000 г. (прототип).

1. Слоистая цилиндрическая оболочка для газоходов и стволов дымовых труб, включающая несущие наружную и внутреннюю обшивки, между которыми расположены соединенные с обшивками легкий заполнитель и податливые в радиальном направлении ребра, отличающаяся тем, что в толще заполнителя коаксиально обшивкам установлены жесткие прослойки, соединенные с заполнителем, а ребра установлены между смежными прослойками и обшивками и соединены с ними.

2. Слоистая цилиндрическая оболочка по п.1, отличающаяся тем, что прослойки выполнены из материала обшивок.

3. Слоистая цилиндрическая оболочка по п.1, отличающаяся тем, что заполнитель выполнен из теплоизоляционного материала.

4. Слоистая цилиндрическая оболочка по п.1, отличающаяся тем, что заполнитель выполнен слоистым.

5. Слоистая цилиндрическая оболочка по любому из пп.1 и 4, отличающаяся тем, что слои заполнителя выполнены из материалов разной теплостойкости, более высокой со стороны внутренней обшивки.