ПОДВЕСКА Российский патент 1999 года по МПК F22B37/24 

Изобретение относится к креплению поверхностей нагрева и может быть использовано в котлостроении.

Известна подвеска, содержащая тягу, пропущенную через отверстие в несущей плите и скрепленную с ней с помощью гайки, и расположенный между последней и плитой промежуточный элемент [1].

Недостатками известной конструкции является снижение несущей способности тяги за счет наличия резьбы и высокие контактные напряжения в промежуточном и сопряженных с ним элементах.

Наиболее близким к заявляемой является подвеска, содержащая тягу, пропущенную через отверстие в несущей плите и скрепленную с ней с помощью втулки, имеющей резьбу на внешней поверхности, и гайки [2]. При этом внутренний канал втулки выполнен с расширяющимися концевыми участками, верхний конец тяги также выполнен расширяющимся и заведен внутрь верхнего концевого участка втулки.

Известная подвеска имеет следующие недостатки. Клиновое соединение втулки с тягой создает большие распорные усилия, вызывающие дополнительные напряжения в резьбовом соединении втулки с гайкой, что приводит к необходимости увеличения диаметра втулки. При этом увеличиваются напряжения кручения в тяге при подтягивании гайки, что в свою очередь приводит к необходимости увеличения диаметра тяги. При большом угле клинового соединения при эксплуатации резьба гайки может "прикипеть" к резьбе втулки и при необходимости подтянуть тягу гайка будет проворачиваться вместе с втулкой. Выполнение верхнего конца тяги клинообразным способом наплавки металла либо обсадки конца прутка с последующей мехобработкой является трудоемкой операцией. Выполнение же нижнего концевого участка канала втулки расширяющимся представляется излишним, так как составляющая напряжения изгиба во втулке незначительна, поскольку втулка имеет диаметр значительно больший диаметра тяги. При ювелирной подгонке тяги к втулке возможно незначительное снижение напряжений изгиба, которое не окупается затратами на изготовление. При этом следует использовать не приведенное в [2] уравнение изгиба тяги, а другое, описываемое трансцендентными функциями в зависимости от условий закрепления концов тяги и действующего продольного усилия.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, обеспечение надлежащей прочности тяги, повышение технологичности изготовления подвески и снижение ее металлоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в подвеске, содержащей тягу, пропущенную через отверстие в несущей плите и втулке с резьбой на наружной поверхности и скрепленную с несущей плитой с помощью гайки, втулка скреплена с тягой. Соединение тяги со втулкой сваркой преимущественно производится по нижнему торцу последней. Однако, учитывая, что механические свойства сварного шва ниже свойств основного металла и приварка тяги к втулке только по ее нижнему торцу может не удовлетворять условию прочности сварного шва, возможна дополнительная приварка тяги к втулке по верхнему торцу последней.

Суть изобретения показана на фиг. 1.

Подвеска содержит тягу 1, пропущенную через отверстие в несущей плите 2 и скрепленную с ней с помощью гайки 3 и цилиндрической втулки 4, которая имеет на внешней поверхности резьбу под гайку 3 и осевой канал под тягу 1. В нижней части втулка 4 с тягой 1 скреплена сварным швом 5. Дополнительно сварным швом 5 тяга 1 может быть скреплена и по верхнему концу втулки 4.

Подвеска работает следующим образом.

Подвешиваемые поверхности нагрева (не показаны) под действием теплового расширения меняют свои размеры, в результате чего нижний конец тяги 1 смещается от вертикали, из-за чего в тяге 1 возникают дополнительные изгибающие моменты. Благодаря приварке втулки 4 к тяге 1 можно применить втулку с значительно меньшим наружным диаметром по сравнению с известной конструкций. Это приводит к уменьшению напряжения в тяге при ее подтягивании гайкой и обеспечивает условия прочности при смещении тяги. В рассматриваемой конструкции продольное усилие и момент от тяги 1 через швы 5 передаются на втулку 4 и далее через гайку 3 на опорную плиту 2. При подкручивании гайки 3 осевое усилие и крутящий момент трения от втулки 4 через швы 5 передается на тягу 1.

В случае приварки тяги 1 и к верхнему концу втулки уменьшаются напряжения в сварных швах от продольного усилия в тяге, а также напряжения в резьбовой части втулки от изгибающего момента при смещении тяги и крутящего момента при подтягивании гайки.

Достижение поставленной цели подтверждается расчетом.

Расчет тяги подвески.

Исходные данные: материал тяги Ст. 20, нагрузка P = 1-3 тс, длина тяги 2L = 300 см, диаметр тяги d = 3,6 см, смещение тяги 2Δ = 2 см. (см. фиг. 2).

Площадь поперечного сечения тяги:
F = π•d²/4 = π•3,6²/4 = 10,18 см².
Момент инерции площади поперечного сечения тяги;
J = π•d²/64 = π•3,6⁴/64 = 8,24 см⁴;
Момент сопротивления площади поперечного сечения тяги при изгибе:
W_и = π•d³/32 = π•3,6³/32 = 4,58 см³.
Допускаемое напряжение для Cт.20[σ] = 1470 кг/см².
Усилие распора от нагрузки на втулку:
N = P/sinα = 13000/sin10^o = 74900 кг.
Усредненное давление на единицу длины втулки:
q = N/π(d_к+δ) = 74900/π(3,7+0,88) = 5206 кг/см.
Средний диаметр конической втулки

1,1 • 1470 = 5206 (4.14 + S) • 0.985/(2 • 5 (S - 0.44)), откуда S = 2.57 см.

Наружный диаметр втулки
D_н = d_к + 2S = 3.7 + 2 • 2.57 = 8.84 см.

Принимается резьба на втулке M90 • 6.

Крутящий момент в тяге при подтягивании гайки:
M_кр = ξP•d_as = 0,13•13000•9 = 15210 кг/см.
Эквивалентное напряжение в тяге при подтягивании гайки:

Таким образом, условие прочности не удовлетворяется.

Применим втулку из Ст. 20 с резьбой M56 • 4 и внутренним каналом диаметром 37 мм, приваренную к тяге.

Расчетный наружный диаметр по резьбе втулки:
d_экв = (5,3402 + 5,1670 - 0,1624/6)/2 = 5,24 см.

Площадь поперечного сечения втулки:

Момент инерции площади поперечного сечения втулки при изгибе:

Момент сопротивления площади поперечного сечения втулки при изгибе:

Мембранное напряжение во втулке:

Изгибающий момент в тяге, втулке:

Крутящий момент в тяге, втулке при подкручивании гайки:
M_кр = ξPd_asi = 0,13•13000•5,6 = 9464 кг/см.
Суммарное напряжение во втулке с учетом изгиба:

Эквивалентное напряжение в резьбе втулки при подкручивании гайки:

Мембранное напряжение в тяге:

Напряжение в тяге с учетом изгиба:

Напряжение в тяге при подтягивании гайки:

Таким образом, условия прочности удовлетворяются.

Примечание. Расчет выполнен согласно РД 108.031.115-88 "Котлы паровые стационарные. Расчет на прочность и рекомендации по проектированию подвесок".

Использование: в котлостроении. Сущность изобретения: повышение технологичности изготовления подвески и снижение ее металлоемкости обеспечивается тем, что она содержит тягу, пропущенную через отверстие в несущей плите и скрепленную с ней с помощью гайки и цилиндрической втулки, которая имеет на внешней поверхности резьбу под гайку и осевой канал под тягу. В нижней части втулка скреплена с тягой сварным швом. Дополнительно сварным швом тяга может быть скреплена и по верхнему концу втулки. Технический результат: обеспечение прочности тяги, повышение технологичности изготовления подвески и снижение ее металлоемкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Подвеска преимущественно для поверхностей нагрева, содержащая тягу, пропущенную через отверстие в несущей плите и втулке с резьбой на наружной поверхности и скрепленную с несущей плитой с помощью гайки, отличающаяся тем, что тяга жестко соединена с нижним торцом втулки. 2. Подвеска по п.1, отличающаяся тем, что тяга дополнительно жестко соединена с верхним торцом втулки.