СТАЛЬНАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА
STEEL CYLINDRICAL ENVELOPE

Изобретение относится к изделиям из листового проката, в частности из холодногнутых гофрированных листов.
Такие листы могут иметь гофры различной формы - полукруглые, треугольные, трапециевидные и др. Сортамент гофрированных листов достаточно широко представлен в справочнике под ред. И.С.Тришевского «Производство и применение гнутых профилей проката», М., «Металлургия», 1975, с.494-510. Одним из видов гофрированных листовых профилей являются волнистые листы (см. там же - с.509-510).
Листовой прокат часто используется для изготовления различных цилиндрических изделий - труб, контейнеров, цистерн и т.п., причем с этой же целью можно использовать и гофрированный лист, который при одинаковой толщине с гладким листом имеет значительно большую жесткость (сопротивление изгибу).
Известен криогенный сосуд, содержащий внутреннюю и наружную обечайки, расположенный между ними изолирующий пакет из установленных друг на друга пластинчатых профилированных дисков с центральным отверстием (см. а.с. СССР №970028, кл. F17C 3/08, опубл. в БИ №40, 1982 г.). Однако этот сосуд имеет весьма ограниченное применение, что сужает область его использования.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является стальная цилиндрическая оболочка, упоминаемая в а.с. СССР №1362537, кл. B21D 5/06, опубл. в БИ №48, 1987 г.
Эта оболочка имеет образующую поверхность, выполненную из гофрированного листового профиля, и характеризуется тем, что гофры выполнены с треугольным поперечным сечением, параметры которых определяются толщиной листа. Недостатком известной оболочки является относительно невысокая жесткость, что вынуждает увеличивать толщину листового профиля с соответствующим ростом расхода металла на изготовление оболочки.
Технической задачей настоящего изобретения является уменьшение расхода металла на производство различных цилиндрических изделий за счет повышения их жесткости.
н
н
Предлагаемая стальная цилиндрическая оболочка содержит образующую поверхность из гофрированного листа, и эта оболочка содержит две поверхности из гофрированных волнистых листов, гофры которых взаимно перпендикулярны друг другу, при этом гофры одной цилиндрической поверхности направлены вдоль образующей цилиндра и вершины гофров обеих поверхностей контактируют между собой, высота гофров равна 12…20 толщинам волнистого листа, а расстояние от центра цилиндра до окружности соприкосновения гофров составляет (14…20)·h, h - высота гофров наружной поверхности; высота гофров у цилиндрических поверхностей может быть не одинакова, а сами цилиндрические поверхности выполнены из разных марок стали.
Приведенные отношения параметров оболочки получены опытным путем и являются эмпирическими.
Сущность заявляемого технического решения состоит в оптимизации основных параметров цилиндрической оболочки, а также в возможности изготовления ее поверхностей из различных сталей, что значительно расширяет область использования данного изделия. Кроме того, выполнение поверхностей из листовых профилей с волнистыми гофрами облегчает изготовление цилиндра с поперечными гофрами (по сравнению, например, с треугольными гофрами) и сводит до минимума возможность трещинообразования при изгибе листа.
Предлагаемая оболочка схематично показана на чертеже.
в
11
н
Внутренняя поверхность 1 выполнена, например, с поперечными (по отношению к образующей цилиндра) волнистыми гофрами 2, а внешняя поверхность 3 - с продольными волнистыми гофрами 4; высота гофров соответственно h и h, причем высота гофров равна 12…20 толщинам S листа соответствующей поверхности, а расстояние от центра О цилиндра до окружности 5 соприкосновения (во фронтальной проекции линия хх) гофров 2 и 4 l=(14…20)·h.
Опытную проверку заявляемой цилиндрической оболочки осуществляли в ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».
н
в
н
в
С этой целью были изготовлены различные варианты оболочек: с продольными и поперечными гофрами наружной поверхности, с гофрами различной высоты, с величинами h=h и h≠h, из листовых профилей различной толщины, с разной величиной l, а также из одинаковых и разных сталей листовых гофрированных поверхностей. Результаты опытов оценивали по жесткости оболочек при приложении к ним нагрузок по оси цилиндров и перпендикулярно их образующим.
Наилучшие результаты (максимальная жесткость) получены для оболочек с рекомендуемыми параметрами; отклонения от предлагаемых соотношений ухудшали достигнутые показатели.
н
н
Так, при высоте гофров (5…11) жесткость (величина деформирующих усилий) снижалась в 2,7…1,2 раза, а при их высоте более 20 S затруднялось изготовление цилиндров с поперечными гофрами, а в ряде случаев при изгибе профилей наблюдалось трещинообразование на вершинах гофров. При l>20 h также происходило уменьшение жесткости оболочек, а при l<14 h затруднялся изгиб профилей с вышеназванными последствиями.
н
в
Разница в высоте гофров h≠h при их рекомендуемой высоте (12…20) S не сказывалась отрицательно на жесткости оболочек. С положительными результатами были также испытаны оболочки, внутренняя поверхность которых выполнена из нержавеющей стали, а внешняя - из обычной углеродистой,
в
причем разность величин их временного сопротивления σ была в пределах 20…65%. Диапазон толщин поверхностей S составлял 0,5…2,0 мм.
Испытания известной цилиндрической оболочки, выбранной в качестве ближайшего аналога (см. выше), показали, что при одинаковых S (для заявляемой оболочки - это суммарная толщина) h и наружных диаметрах цилиндров жесткость предлагаемой оболочки и известной, изготовленных из одинаковых сталей, разнилась почти в 2,5 раза. Таким образом, опыты подтвердили приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.
Технико-экономические исследования показали, что использование настоящего изобретения при изготовлении цилиндрических оболочек различного назначения уменьшает расход металла не менее чем в два раза.
Пример конкретного выполнения
Цилиндрическая оболочка имеет вид, показанный на чертеже.
Поверхности оболочки имеют S=1,2 мм, причем внутренняя выполнена из нержавеющей стали 08Х18Н10Т, а внешняя - из ст.45.
в
н
н
Параметры оболочки: h=14S≈17 мм, h=18S=18·1,2≈22 мм; l=16h=16·22=352 мм.
3
Оболочка предназначена для изготовления контейнеров, транспортирующих серную кислоту, объемом 400 дм.