Патент на изобретение №2282100
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СФЕРОИДАЛЬНЫХ ДНИЩ В СОСУДАХ ДАВЛЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области изготовления сфероидальных днищ в сосудах давления. Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление технологии изготовления. Способ изготовления тонкостенных сфероидальных днищ, в котором оно выполняется из листа толщиной 0,5…0,6 от расчетной для исходного эллиптического днища и предусматривает деформирование их повышенным технологическим давлением опрессовки, составляющим 1,3…1,5 от расчетного. 1. з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области сосудостроения и может быть использовано при изготовлении котлов цистерн, емкостей для хранения газов или жидкостей, в химическом и нефтехимическом машиностроении при изготовлении сосудов с выпуклыми днищами. Известен способ изготовления сферических днищ штамповкой из плоской заготовки с помощью матрицы в виде кольца и пуансона со сферической головкой [1]. Существующая технология штамповки более тонких днищ сферической формы требует изготовления дорогостоящих пуансонов и вследствие большой вытяжки является трудоемкой и неустойчивой – сопровождается возникновением гофр на цилиндрической отбортовке. В современных нормах расчета сосудов давления [2] расчет допускаемого давления [р] для эллиптических днищ производится по формуле
а толщина днища определяется по формуле
где Н – высота днища (или малая полуось эллипса в сечении, проходящем через ось вращения), r – внутренний радиус днища в месте соединения его с цилиндром, Формула (1) является приближенным выражением предельного давления для сферы с внутренним радиусом R
в которую вместо предела прочности Формула (3) используется для оценки предельной прочности эллиптических днищ в предположении, что форма эллиптических днищ в процессе нагружения до разрушения не изменяется и разрушение происходит в самом слабом месте – в вершине эллипсоида с радиусом кривизны в этом месте, определяемом по формуле Как показывают экспериментальные исследования [3], для стальных днищ формулы (1), (2), (3) непригодны даже для грубой инженерной оценки предельной прочности эллиптических днищ. В процессе пластического деформирования выпуклое днище получает меридиональную
где радиус внутренней поверхности сферического сегмента R равен
r – внутренний радиус цилиндра, с которым соединяется днище,
Тогда формула для давления разрушения сферического сегмента приобретает вид:
Экспериментальные исследования до разрушения стальных выпуклых днищ и расчеты по формуле (7) показывают, что фактическое давление разрушения выпуклых днищ на 70…80% выше, чем рассчитанные по формуле (3). Таким образом, днища можно изготавливать в 1,7…1,8 раза тоньше, чем по существующим нормам [2], используя технологическую оснастку для штамповки стандартных эллиптических днищ с отношением Н/r=0,5. По предлагаемому способу изготовление сфероидальных днищ производится из стандартных эллиптических днищ с отношением высоты к радиусу Н/r=0,5 гидравлическим методом, при котором эллиптическое днище выполняется из листа толщиной 0,5…0,6 от расчетной для исходного эллиптического днища по формуле (2) норм [2] и спрессовывается при температуре 60…80°С технологическим давлением 1,3…1,5 от расчетного. Для осуществления предлагаемого способа стандартное эллиптическое днище с отношением Н/r=0,5 и толщиной 0,5…0,6 от расчетной по формуле (2) приваривается к цилиндру. После изготовления корпуса сосуда он должен нагружаться пробным давлением рпр, равным [3]
где [ Предлагается первичное технологическое давление опрессовки принять равным рпр=(1,3…1,5)р с тем, чтобы при дальнейшей эксплуатации сосуда это давление не повторялось. Как показывают расчеты напряженного состояния днища и экспериментальные исследования (см. чертеж), при этом давлении в нескольких местах возникают изгибающие меридиональные моменты, переводящие всю толщину стенки днища за предел текучести (так называемые пластические шарниры), которые приводят к изменению формы днища. На чертеже приведена эпюра изгибающих моментов в эллиптическом днище и места возникновения пластических шарниров. Днище превращается в сферический сегмент с новым радиусом кривизны, при котором напряжения от расчетного давления уже не превышают допускаемой величины. После изменения формы днища в нем могут быть изготовлены необходимые технологические отверстия и вводы. На приведенной эпюре видно, что в месте соединения эллиптического днища с более толстым цилиндром возникает изгибающий момент обратного знака. Чтобы уменьшить нежелательные изгибные напряжения в этом месте предлагается выполнять цилиндрическую отбортовку переменной толщины с отношением разницы толщин к длине отбортовки не более 0,25. Чтобы деформирование днища не привело к его хрупкому разрушению, опрессовка должна производиться при повышенной температуре (60…80°С), которая обеспечивает пластическое деформирование стали. Литература 1. Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства. М., 1976. 2. ГОСТ 14-249 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность». Изд-во стандартов, 1989. Формула изобретения
1. Способ изготовления сфероидальных днищ в сосудах давления, включающий штамповку стандартных днищ эллиптической формы, приварку днища к цилиндру и его опрессовку при температуре 60÷80°С, отличающийся тем, что, с целью получения заданной формы днища оно выполняется из листа толщиной 0,5÷0,6 от расчетной для исходного эллиптического днища, а давление технологической опрессовки составляет 1,3÷1,5 от расчетного. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью снижения нежелательных напряжений, отбортовка выполняется переменной толщины с отношением разности толщин к длине отбортовки не более 0,25.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
– коэффициент прочности сварного шва, [
] – допускаемое напряжение для материала днища.
z и кольцевую 
