МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ АКВАРЕЗЕРВУАР С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТЯЖКОЙ ЕГО ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ СТЕНОК, ОГРАНИЧИВАЮЩЕЙ ВЫПУКЛУЮ ДЕФОРМАЦИЮ ЭТИХ СТЕНОК Российский патент 2025 года по МПК B65D8/08 B05C11/11 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к акварезервуарам (резервуарам для воды), имеющим в поперечном сечении криволинейный (преимущественно прямоугольный) контур и выполненным путем соединения сваркой по крайней мере двух коробчатых конструкций (частей акварезервуара) так, что так образованный акварезервуар характеризуется наличием по крайней мере одной металлической стяжки противоположных стенок акварезервуара для ограничения выпуклых деформаций этих стенок при заполнении акварезервуара водой.

Уровень техники

Известны акварезервуары, в которых для ограничения выпуклых деформаций их противоположных стенок от действия тяжести их наполняющей воды используются стяжки этих противоположных стенок (поперечины, траверсы и подобные элементы, работающие на растяжение), связывающие противоположные стенки акварезервуара, см. патенты RU: 186096 U1 (2018 г.), 193851 U1 (2019 г.), 198315 U1 (2020 г.), 199126 U1 (2020 г.), 201574 U1 (2020 г.), 208952 U1 (2021 г.), 2686390 С1 (2019 г.), 2714628 С1 (2019 г.), 2738097 С1 (2020 г.), 2740623 С1 (2020 г.).

Причина, препятствующая получению в известных (перечисленных выше) акварезервуарах технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в наличии в их конструкциях таких специальных узлов (лонжеронов), которые опосредствуют механическую связь стяжки (стяжек) с противоположными стенками акварезервуара, что усложняет конструкцию и технологию изготовления таких акварезервуаров.

Известен металлический акварезервуар с металлической стяжкой (поперечиной) его противоположных стенок, ограничивающей выпуклую деформацию этих стенок (прототип), который выполнен в виде полого прямоугольного параллелепипеда, одно из оснований которого является днищем, и который содержит лонжеронную раму, включающую два лонжерона и как минимум одну поперечину (стяжку). При этом каждый лонжерон указанной рамы состоит их трех жестко соединенных между собой параллельно расположенных плоских элементов лонжерона - двух крайних и одного среднего, а боковые грани параллелепипеда акварезервуара образованы двумя швеллерными коробами, свободные ребра полок которых выполнены с поперечными отгибами, ориентированными наружу и образующими крайние плоские элементы лонжеронов, так что поперечина (стяжка) или поперечины (стяжки) лонжеронной рамы жестко соединены со средними плоскими элементами лонжеронов (патент RU 2686390 С1 «БАК», МПК B65D 8/08, В05С 11/11, опубл. 25.04.2019, бюл. №12).

Признаки известного по патенту RU 2686390 акварезервуара (прототипа) общие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наличии по крайней мере одной стяжки, связывающей противоположные стенки акварезервуара для ограничения выпуклой деформации этих стенок под действием давления от воды, заполняющей этот акварезервуар.

Причина, препятствующая получению в известном акварезервуаре (прототипе) технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, заключается в использовании в конструкции известного акварезервуара вертикальных лонжеронов для соединения концов стяжки (поперечины) с противоположными стенками акварезервуара, что усложняет конструкцию и технологию изготовления акварезервуара.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в необходимости расширения арсенала металлических акварезервуаров с металлическими стяжками (поперечинами) противоположных стенок акварезервуара путем создания такого металлического акварезервуара с по крайней мере одной металлической стяжкой его противоположных стенок, ограничивающей выпуклую деформацию этих стенок от тяжести воды, заполняющей акварезервуар, который имеет более простую конструкцию и технологию изготовления за счет исключения из его конструкции вертикальных лонжеронов и крепления концов стяжки при помощи сварки непосредственно к внутренним поверхностям указанных противоположных стенок акварезервуара без критического снижения прочности этого крепления.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат заключается в реализации указанного назначения.

Достигается технический результат тем, что в заявленном металлическом акварезервуаре с металлической стяжкой его противоположных стенок, ограничивающей выпуклую деформацию этих стенок, указанная стяжка выполнена в виде горизонтально расположенной ленты, плоскость которой ориентирована вертикально и которая на концах выполнена с изгибами, образующими концевые поперечные полки, которые ориентированы в одну сторону относительно плоскости ленты так, что каждая концевая поперечная полка выполнена в виде сегмента как части круга, хорда которого есть линия указанного изгиба, а стяжка в свою очередь расположена с горизонтальным смещением относительно условной вертикальной плоскости, делящей указанные противоположные стенки акварезервуара пополам, на величину, равную или превышающую высоту сегмента любой концевой поперечной полки, при этом каждая концевая поперечная полка ориентирована в сторону этой условной плоскости и приварена к соответствующей стенке из указанных противоположных стенок акварезервуара, причем приварена только по дуге ее (полки) сегмента.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично в плане показан акварезервуар с боковыми стенками 1-4 и стяжкой 5, связывающей противоположные стенки 1 и 3; на фиг. 2 отдельно показана стяжка 5 в том же плане, что и на фиг. 1; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 2.

Осуществление изобретения

Акварезервуар выполнен из металла и в плане имеет форму вытянутого прямоугольника, стороны которого являются вертикальными проекциями боковых стенок 1-4 акварезервуара, две из которых, а именно относительно большие противоположные стенки 1 и 3, превышают по площади две относительно малые противоположные стенки 2 и 4 так, что именно стенки 1 и 3 подвергаются такому значительному давлению со стороны воды, заполняющей акварезервуар, что нуждаются в связывании их между собой по крайней мере одной стяжкой 5 для предотвращения выпуклых деформаций стенок 1 и 3 от действия воды (фиг. 1).

При этом стяжка 5 (или каждая стяжка 5, если их больше одной) представляет собой горизонтально расположенную металлическую ленту, плоскость которой ориентирована вертикально и которая снабжена концевыми поперечными полками 6 и 7, образующими с лентой стяжки 5 одно целое, так что каждая из них (полок) образована путем соответствующего изгиба конца этой ленты (фиг. 1, 2). Обе полки 6 и 7 стяжки 5 ориентированы в одну сторону относительно плоскости ленты стяжки 5, приварены посредством соответствующих сварных швов 8 и 9 к соответствующим стенкам 1 и 3, и при этом каждая эта полка выполнена в виде сегмента (как части круга), образованного хордой 11 и дугой 12 (фиг. 3, 4). В частном случае сегмент каждой полки (6 и 7) может быть полукругом, а хорда 11, соответственно, диаметром. В любом случае хорда 11 есть линия изгиба ленты стяжки 5 и, вследствие этого, длина хорды 11 равна ширине ленты стяжки 5. При этом каждый сегмент полки 6 и 7 характеризуется высотой h (фиг. 3, 4), равной длине перпендикуляра от середины хорды 11 до точки его (перпендикуляра) пересечения с дугой 12 так, что в случае, когда сегмент является полукругом, а хорда 11, соответственно, диаметром, то этот перпендикуляр h равен радиусу соответствующего круга и также равен удвоенной ширине ленты стяжки 5.

Кроме того, стяжка 5 расположена с горизонтальным смещением относительно условной вертикальной плоскости 10 (фиг. 1), делящей в плане противоположные стенки 1 и 3 акварезервуара пополам, на величину δ, равную или превосходящую высоту h сегмента любой концевой поперечной полки 6 и 7. При этом каждая концевая поперечная полка 6 и 7 ориентирована в сторону этой условной плоскости 10 и приварена к соответствующей стенке 1 и 3, причем приварена только по дуге 12 сегмента полки 6 и 7 (т.е. упомянутые сварочные швы 8 и 9 - это сварочные швы только дуг 12 соответствующих полок 6 и 7).

Проведенные эксперименты показали существенность признака наличия дуг 12, существенность признака выполнения сварочных швов 8 и 9 только по дугам 12 соответствующих полок 6 и 7, а также существенность признака горизонтального смещения S стяжки 5 относительно условной плоскости 10 на величину, равную или превышающую высоту h сегмента каждой полки 6 и 7.

При этом эксперименты были проведены на одном и том же акварезервуаре и с одним и тем же нагружением стенок 1 и 3 давлением воды как для двух вариантов выполнения полок 6 и 7 (вариант [1] прямоугольной формы и вариант [2] формы сегмента в сочетании с признаком горизонтального смещения δ на величину, равную или превышающую h, показанный на фиг. 1, 3, 4); так и для двух вариантов приваривания полок, выполненных в форме сегментов в сочетании с признаком горизонтального смещения 5 на величину, равную или превышающую h, показанных на фиг. 1, 3, 4 (вариант [2а] полного приваривания, когда каждая полка 6 и 7 приварена к соответствующей стенке 1 и 3 по хорде 11 и по дуге 12, и вариант [26] частичного приваривания, когда каждая полка 6 и 7 приварена только по дуге 12).

Как выяснилось в экспериментах, форма полки по варианту [2], т.е. в виде сегмента, обеспечивает значительно более прочную связь стяжки 5 со стенками 1 и 3 относительно формы полки по варианту [1], т.е. в виде прямоугольника.

Наше объяснение механики этого феномена заключается в том, что углы прямоугольника полки в варианте [1] являются концентраторами механических напряжений, что и снижает прочность сварной связи стяжки 5 по этому варианту выполнения полок, в то время как у сегмента (вариант [26]) таких концентраторов нет.

Также в экспериментах выяснилось, что сваривание по варианту [2б] обеспечивает более прочную связь стяжки 5 со стенками 1 и 3 относительно сваривания по варианту [2а].

Наше объяснение механики этого феномена является двояким.

С одной стороны, приваривание полки в варианте [2а] создает условие, при котором растягивающая сила, действующая на стяжку 5, создает механическое напряжение, сконцентрированное на сварных швах хорд 11, имеющих меньшую длину относительно дуг 12, в то время как сварные швы дуг 12, имеющие большую длину, оказываются «выключены» из распределения механических напряжений. Что же касается варианта сваривания [2б], являющегося предметом заявленного изобретения, то отсутствие в этом варианте сварных швов по хордам 11 «переключает» растягивающую нагрузку на сварные швы по дугам 12, имеющим заметно большую длину относительно хорд 11, что снижает уровень механических напряжений в каждой точке сварных швов по дугам 12.

С другой стороны, упомянутое смещение δ, которое больше или равно h, в сочетании с отсутствием сварных швов по хордам 11 создает условие некоторого увеличения углов между стяжкой 5 и полками 6 и 7 от действия растягивающей силы на стяжку 5, что дополнительно снижает уровень механических напряжений в сварных швах по дугам 12. При этом существенно именно такое указанное смещение δ, которое сочетается с признаком ориентации полок 6 и 7 в сторону упомянутой условной плоскости 10, так как стенки 1 и 3 от действия давления воды деформируются в плане по выпуклым наружу дугам, так что средние точки этих дуг как раз находятся в указанной условной плоскости 10, и тогда так расположенные полки 6 и 7 также деформируются вместе со стенками 1 и 3 и повторяют контуры их выпуклых деформационных дуг, что и создает эффект некоторого увеличения углов между стяжкой 5 и полками 6 и 7; так что это упруго деформированное увеличение этих углов берет на себя часть механических напряжений, обусловленных растягивающей стяжку 5 силой, отбирая эту часть от сварных швов по дугам 12.

Изготовление акварезервуара осуществляют следующим образом.

Первоначально из листового металла (нержавеющей стали) изготавливают, как правило, две коробчатые конструкции как части акварезервуара, после чего днища и соответствующие стенки этих коробчатых конструкций сваривают между собой встык с образованием искомого акварезервуара (коробчатые конструкции не показаны). Отдельно изготавливают стяжку (или множество стяжек), для чего берут ленту, выполненную из нержавеющей стали, отмеряют и отрезают часть (отрезок) ленты заданной длины, концы этого отрезка ленты скругляют с образованием дуг 12, после чего эти концы изгибают под прямыми углами (по линиям 11) в одну сторону для образования полок 6, 7 и собственно стяжки 5, так чтобы длина собственно стяжки 5 была равна расстоянию между стенками 1 и 3. После этого стяжку 5 (или стяжки) устанавливают внутри акварезервуара в проектное положение относительно указанной условной плоскости 10 и приваривают стяжку 5 (стяжки) по дугам 12 сегментов ее полок 6 и 7.

Таким образом, заявленная конструкция стяжки (стяжек), ее положение внутри акварезервуара и ее особенное крепление к противоположным стенкам акварезервуара дает возможность изготавливать акварезервуары путем сваривания встык соответствующих коробчатых элементов без привязки этих стыков к положению стяжки (стяжек), что является дополнительным фактором упрощения конструкции и технологии изготовления акварезервуаров, имеющих в поперечном сечении криволинейный (преимущественно прямоугольный) контур и выполненных соединением сваркой по крайней мере двух коробчатых конструкций (частей акварезервуара).

Изобретение относится к акварезервуарам, имеющим в поперечном сечении криволинейный (преимущественно прямоугольный) контур и выполненным соединением сваркой двух жестких составных коробчатых металлических частей, которые при этом характеризуются наличием по крайней мере одной металлической стяжки противоположных стенок акварезервуара для ограничения выпуклых деформаций этих стенок при заполнении акварезервуара водой. Металлический акварезервуар содержит металлическую стяжку 5, которая выполнена в виде горизонтально расположенной ленты. Плоскость ленты ориентирована вертикально. На концах лента выполнена с изгибами, образующими концевые поперечные полки 6 и 7, которые ориентированы в одну сторону относительно плоскости ленты стяжки 5. При этом каждая эта концевая поперечная полка выполнена в виде сегмента как части круга, образованного хордой 11 и дугой 12. При этом хорда 11 есть линия указанного изгиба. В свою очередь стяжка 5 расположена с горизонтальным смещением относительно условной вертикальной плоскости 10, делящей противоположные стенки 1 и 3 акварезервуара пополам, на величину δ, равную или превышающую высоту h сегмента любой концевой поперечной полки 6 и 7. Кроме того, каждая концевая поперечная полка 6 и 7 ориентирована в сторону этой условной плоскости 10 и приварена к соответствующей стенке 1 и 3, причем приварена только по дуге 12 сегмента этой полки. Технический результат заключается создании металлического акварезервуара с по крайней мере одной металлической стяжкой его противоположных стенок, ограничивающей выпуклую деформацию этих стенок от тяжести воды, заполняющей акварезервуар, который имеет более простую конструкцию и технологию изготовления за счет исключения из его конструкции вертикальных лонжеронов и крепления концов стяжки при помощи сварки непосредственно к внутренним поверхностям указанных противоположных стенок акварезервуара без критического снижения прочности этого крепления. 4 ил.

Металлический акварезервуар с металлической стяжкой его противоположных стенок, ограничивающей выпуклую деформацию этих стенок, отличающийся тем, что стяжка выполнена в виде горизонтально расположенной ленты, плоскость которой ориентирована вертикально и которая на концах выполнена с изгибами, образующими концевые поперечные полки, которые ориентированы в одну сторону относительно плоскости ленты стяжки так, что каждая эта концевая поперечная полка выполнена в виде сегмента как части круга, хорда которого есть линия указанного изгиба, а стяжка в свою очередь расположена с горизонтальным смещением относительно условной вертикальной плоскости, делящей указанные противоположные стенки акварезервуара пополам, на величину, равную или превышающую высоту сегмента любой концевой поперечной полки, при этом каждая концевая поперечная полка ориентирована в сторону этой условной плоскости и приварена к соответствующей стенке из указанных противоположных стенок акварезервуара, причём приварена только по дуге сегмента этой полки.