Сосуд давления

 

Использование: в авиационном, энергетическом, химическом машиностроении. Сущность изобретения: в сосуде давления оболочка имеет форму, определяемую соотношениями, приведенными в описании. Благодаря этому уменьшается масса, достигается равнопрочность оболочки при сохранении постоянства ее толщины, снижаются изгибные напряжения, улучшаются компоновочные качества. 2 з. п. ф - лы, 9 ил.

Изобретение относится к сосудам, работающим под давлением и применяемым в различных областях техники, например в авиационном, энергетическом, химическом и др. машиностроении.

Цель изобретения - улучшение качества и уменьшение массы, достижение равнопрочности оболочки при сохранении постоянства ее толщины, снижение изгибных напряжений, создание однородного напряженного состояния, улучшение компоновочных качеств.

На фиг. 1 показаны графики = f(), иллюстрирующие изменение кривизны поверхности оболочки при изменении угла в пределах 02 для постоянных значений параметров и n; на фиг. 2 - схема приложения усилий F₁ и F₂ на свободных торцах оболочки; на фиг. 3-4 - варианты торовых сосудов давления с жесткими шпангоутами; на фиг. 5 - вариант тороцилиндрического сосуда давления; на фиг. 6 - комбинация оболочки с массивным телом, иллюстрирующая возможность рационального использования свободного пространства; на фиг. 7 - торцовый сосуд давления с жесткой центральной вставкой; на фиг. 8 - узел I на фиг. 1; на фиг. 9 - узел II на фиг. 7.

Характер сопротивления оболочки внутреннему давлению определяется параметром n. Так, например, оболочка сосуда давления при n = 1 работает аналогично сферическому сосуду ( ₁= ₂ ), если на ее свободных торцах ( = ₁ и = ₂ ) приложены усилия F₁ = 2 r₁h[ ] и F₂ = 2 r₂h[] , где [] - допустимое напряжение.

Оболочки сосудов давления всегда замкнуты, поэтому для них проще выполнить условия по перемещениям: меридиональным - U₁ и окружным - U₂(фиг. 8а и 9а).

Численные исследования напряженно-деформированного состояния оболочек показывают: если на торцах задать перемещения U₁ и U₂, равные тем, которые возникают при силовом воздействии, то она будет работать так же, как и по схеме фиг. 2, что согласуется с принципом суперпозиции. Следовательно, оболочка после изготовления и сборки должна получить упругую деформацию, определяемую специальным расчетом на ЭВМ. Чтобы эти условия не изменились при рабочем давлении, оболочка должна быть соединена с жесткой деталью, которая может быть элементом аппарата (машины), имеющим другое функциональное назначение. На фиг. 3-7 показаны некоторые варианты исполнения предлагаемых сосудов, содержащих оболочку (детали 1 и 2) и деталь 3, соединенную с оболочкой, например сваркой 4. Возможны и другие варианты, которые будут отличаться друг от друга формой оболочки, определяемой выбором углов ₁ и ₂ на кривой фиг. 2 и конфигурацией жесткой детали.

Оболочка имеет форму, определяемую соотношениями: = , (1+ⁿ)-(1-²)cos-²-ⁿ = 0, где = и = - безразмерные координаты точек поверхности оболочки; = и n = - безразмерные параметры оболочки; r₀, r и r - максимальный, текущий и минимальный радиусы вращения оболочки; ₁ и ₂ - меридиональные и окружные напряжения; - угол между нормалью к поверхности и плоскостью, перпендикулярной оси вращения оболочки.

С целью снижения изгибных напряжений и создания однородного напряженного состояния, оболочку соединяют с жесткой деталью, вызывая предварительную упругую деформацию, определяемую численным расчетом на ЭВМ.

С целью рационального использования прочностных свойств материалов напряженное состояние оболочки может быть предопределено с заранее заданным соотношением главных напряжений.

С целью повышения компоновочных качеств элементом оболочки может быть любой отрезок теоретической кривой, определяющей ее форму.

Формула изобретения

1. СОСУД ДАВЛЕНИЯ, содержащий оболочку постоянной толщины, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и уменьшения массы, оболочка имеет форму, определяемую соотношениями = ; F(= r/r_o) = ²(1+ⁿ)-ⁿ= ⁿ(1-²)-² ,
где и - безразмерные координаты точек поверхности оболочки;
- угол между нормалью к поверхности и плоскостью, перпендикулярной оси вращения оболочки;
= r / r₀ и n= ₂ / ₁ - безразмерные параметры оболочки;
r₀, r и r - максимальный, текущий и минимальный радиусы вращения оболочки;
₁ и ₂ - меридиональные и окружные напряжения.

2. Сосуд по п. 1, отличающийся тем, что, с целью снижения изгибных напряжений и создания однородного напряженного состояния, оболочка снабжена соединенной с ней жесткой деталью, создающей предварительную упругую деформацию.

3. Сосуд по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения компоновочных качеств, элементом оболочки является любой отрезок теоретической кривой, определяющий ее форму.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9