Расчет на прочность котла цистерны от внутреннего рабочего давления и сил инерции

 

5.1 Определение величин нагрузок и схемы их приложения

На цистерну действует внутреннее рабочее давление и силы инерции. Давление соответственно равно 0.15 МПа и 0.4 МПа соответственно.

    Расчетная схема цистерны модели 15-150 на внутреннее давление, которое равномерно распределены по внутренней поверхности котла, приведена на рисунке 17.

 

Рисунок 17 – Расчетная схема котла цистерны

5.2 Исходные данные для расчета

Как было оговорено в предыдущих пунктах толщину котла примем равную 16 мм. В зависимости от степени напряженности котел цистерны должен обладать высокой прочностью.

Для котлов цистерн перевозящих сжиженный газ до настоящего времени наиболее часто применяется сталь марки 09Г2С. Характеристики материала приведены в таблице 3.

 

 

Таблица 3 – Характеристики стали 09Г2С

Материал	Объёмная масса, т/м3	Предел прочности при растяжении, σ р МПа	Модуль упругости E·105, МПа	Предел текучести, σ т
Стали марки 09Г2С	7, 85	460	2, 10	310

 

Основное условие прочности из условий расчета вагонов на прочность по первому расчетному режиму для стальных листов толщиной до 20 мм выражается в следующем виде:

 

σ _э ≤ 0.9[σ _T]

 

Предел текучести для стали 09Г2С составляет 310 МПа. Допускаемое напряжение для первого расчетного режима составляет 279 МПа.

Основное условие прочности из условий расчета вагонов на прочность по третьему расчетному режиму выражается в следующем виде:

 

σ _э ≤ 0.43[σ _в]

 

    Предел прочности для стали 09Г2С составляет 460МПа. Допускаемое напряжение для третьего расчетного режима нагружения составляет 193 МПа.

 

5.3 Расчет и анализ результатов расчетов

Давление от сил инерции определяется по формуле:

 

 

где Р_раб = 0, 25 Мпа – давление, соответствующее полному открытию     предохранительного клапана;

P_б – максимальное давление, создаваемое гидроударом.

 

 

где N_u – сила инерции жидкости в котле;

D_вн – внутренний диаметр котла.

 

 

где m_ж – масса жидкости в котле;

m_бр – масса брутто вагона – цистерны.

N – продольная сила по оси автосцепок, в соответствии с расчетным режимом.

 

По I расчетному режиму:

МН

По III расчетному режиму:

МН

 

 

Напряжение изменяется по длине цилиндрической части от максимума у нагруженного днища до нуля у противоположного.

Максимальное давление, оказываемое на днище цистерны, ровно:

 

 

где R – радиус котла цистерны;

T – продольная сила.

 – масса груза (66т или 647 кН);

 =92, 7 т– масса брутто:

 

где  Q_ваг = 26, 7 т или 261, 66 кН.

 

По расчету:

 

 

По паспортным данным давление, создаваемое в котле при гидравлическом испытании ровно 0, 4 МПа.

Выбрав значение, давление далее по формулам безмоментной теории оболочек определяют максимальные напряжение:

 

 

где  – толщина стенки котла цистерны (16 мм).

 

 

 

Вывод: напряжения в днищах котла принимают допустимые значения, поэтому наша цистерна выдержит приложенное к ней давление.

 

В котле цистерны, подверженному действию внутреннего давления P, возникают напряжения, которые могут быть вычислены по формулам безмоментной теории оболочек. Такие оболочки, не испытывающие изгиба, называют мембранами, а напряжения в них, определяемые без учета изгиба–мембранными напряжениями.

В цилиндрической оболочке эти напряжения определяются:

в поперечном сечении:

 

 

в продольном сечении (по образующей):

 

 

В эллиптическом днище:

в поперечном сечении:

 

в продольном сечении (по образующей):

 

 

 

где

- малая полуось эллиптического днища (его высота),  приведена в 3 ем пункте;

 - угол, отсчитываемый от центра эллипса в сторону стыка с цилиндром (0, 45, 90);

 - толщина котла цистерны, [12];

 - радиус цилиндрической части котла, ;

- давление, создаваемое внутри котла, .

 

По расчету:

 

При давлении

В цилиндрической оболочке эти напряжения определяются:

в поперечном сечении:

 

в продольном сечении (по образующей):

 

 

Находим напряжение в днищах котла от внутреннего давления p = 0, 15 МПа, при ; ; :

в поперечном сечении:

 

 

 

в продольном сечении (по образующей) при ; ; :

 

 

Котлы цистерны могут испытывать воздействие давления движением жидкости на днища (из за инерции груза) из-за перемещения ее при переходных режимах движения. Напряжение изменяется по длине цилиндрической части от максимума у нагруженного днища до нуля у противоположного.

Максимальное давление, оказываемое на днище цистерны, ровно:

 

 

где    R – радиус котла цистерны;

T – продольная сила, величина которой принимается в зависимости режима нагружения (возьмем для 1 расчетного режима 3, 5 МН);

 – масса груза (66т или 546, 8 кН);

 – масса брутто:

 

где    или 261, 66 кН.

 

По расчету:

 

 

По паспортным данным давление, создаваемое в котле при гидравлическом испытании ровно 0, 4 МПа.

Выбрав значение, давление далее по формулам безмоментной теории оболочек определяют максимальные напряжение:

 

 

где  – толщина стенки котла цистерны (16 мм).

 

 

Вывод: напряжения в днищах котла принимают допустимые значения, поэтому наша цистерна выдержит приложенное к ней давление.

 

 

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: