СОСУД ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F17C1/00 

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 α в пределах 0≅α≅2π для постоянных значений параметров μ 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 ( σ₁= σ₂ ), если на ее свободных торцах ( α= α₁ и α= α₂ ) приложены усилия F₁ = 2 π r₁h[ σ] и F₂ = 2 π r₂h[σ] , где [σ] - 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 α₁ и α₂ на кривой фиг. 2 и конфигурацией жесткой детали.

Оболочка имеет форму, определяемую соотношениями:
= ,
(1+μⁿ)-(1-μ²)cosα-μ²-μⁿ = 0, где = и = - безразмерные координаты точек поверхности оболочки;
μ = и n = - безразмерные параметры оболочки;
r₀, r и r_π - максимальный, текущий и минимальный радиусы вращения оболочки;
σ₁ и σ₂ - меридиональные и окружные напряжения;
α - 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.

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.

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+μⁿ)-μⁿ= ⁿ(1-μ²)-μ² ,
где и - безразмерные координаты точек поверхности оболочки;
α - угол между нормалью к поверхности и плоскостью, перпендикулярной оси вращения оболочки;
μ= r_π / r₀ и n= σ₂ / σ₁ - безразмерные параметры оболочки;
r₀, r и r_π - максимальный, текущий и минимальный радиусы вращения оболочки;
σ₁ и σ₂ - 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.