СЛОИСТАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в сооружениях промпредприятий, например в газоходах и стволах дымовых труб, подверженных внутреннему нагреву.
Известна слоистая цилиндрическая оболочка, включающая несущие наружную и внутреннюю обшивки, между которыми расположены легкий заполнитель и кольцевые ребра жесткости в виде плоских колец, перпендикулярных оси оболочки [1]. Кольцевые ребра жесткости обеспечивают сдвиговую жесткость в кольцевом направлении и прочность связи между обшивками, что позволяет применять заполнитель из материала с малой плотностью.
Однако при эксплуатации в условиях большой разницы температур внутри и снаружи оболочки в обшивках возникают высокие температурные напряжения из-за температурного градиента и жесткой связи обшивок в радиальном направлении ребрами жесткости. Кроме того, при выполнении обшивок из полимерного композиционного материала, например, стеклопластика, внутренняя наиболее нагретая обшивка значительно теряет при нагреве свои жесткостные и прочностные свойства, она выключается из работы, что приводит к перегрузке наружной обшивки, оболочка начинает работать практически как однослойная, что ведет к снижению ее несущей способности. Помимо этого, при аварийном нагреве, превышающем теплостойкость материала внутренней обшивки, последняя разрушается, что ведет к последующему быстрому разрушению легкого заполнителя и наружной обшивки. Это снижает надежность слоистой цилиндрической оболочки.
Известна слоистая цилиндрическая оболочка, включающая несущие наружную и внутреннюю обшивки, между которыми расположены соединенные с обшивками легкий заполнитель и кольцевые ребра, выполненные изогнутыми в радиальном направлении из плоскости, перпендикулярной оси оболочки [2]. Изогнутость ребер в радиальном направлении обеспечивает податливость
связи между обшивками в радиальном направлении, что ведет к снижению температурных напряжений в обшивках при наличии температурного градиента. Однако при выполнении обшивок из полимерного композиционного материала, например, стеклопластика, внутренняя наиболее нагретая обшивка значительно теряет при нагреве свои жесткостные и прочностные свойства, она выключается из работы, что приводит к перегрузке наружной обшивки, оболочка начинает работать практически как однослойная, что ведет к снижению ее несущей способности при внутреннем нагреве. Помимо этого, при аварийном нагреве, превышающем теплостойкость материала внутренней обшивки, последняя разрушается, что ведет к последующему быстрому разрушению легкого заполнителя и наружной обшивки. В результате надежность оболочки остается достаточно низкой.
Полезная модель решает задачи повышения несущей способности и надежности слоистой цилиндрической оболочки при ее внутреннем нагреве.
Для этого в слоистой цилиндрической оболочке, включающей несущие наружную и внутреннюю обшивки, между которыми расположены соединенные с обшивками легкий заполнитель и податливые в радиальном направлении ребра, согласно полезной модели, в толще заполнителя коаксиально обшивкам установлены жесткие прослойки, соединенные с заполнителем, а ребра установлены между смежными прослойками и обшивками и соединены с ними.
Прослойки могут быть выполнены из материала обшивок. Легкий заполнитель может быть выполнен из теплоизоляционного материала, может быть слоистым, а его слои могут иметь различную теплостойкость, более высокую со стороны внутренней обшивки.
Жесткие прослойки, установленные в толщу заполнителя, который является теплоизоляционным материалом, подвергаются значительно меньшему нагреву, чем внутренняя обшивка и, как следствие, у них не происходит снижения прочностных и жесткостных свойств. Поэтому при выключении из работы внутренней обшивки из-за ее нагрева, за счет ребер, связывающих прослойки между собой и с обшивками, совместно с наружной обшивкой работать начинают прослойки, тем самым сохраняя несущую способность оболочки.
При аварийном нагреве, превышающем теплостойкость материала внутренней обшивки, разрушение последней не приводит к последующему быстрому разрушению всей толщи легкого заполнителя и наружной обшивки, поскольку прослойки выступают в качестве преграды разрушающему воздействию внутренней температуры. Это повышает надежность оболочки.
На фиг.1 показан общий вид слоистой цилиндрической оболочки, на фиг.2 - поперечное сечение оболочки, на фиг.3 - фрагмент продольного сечения стенки оболочки.
Слоистая цилиндрическая оболочка содержит наружную 1 и внутреннюю 2 несущие обшивки, выполненные, например, из стеклопластика, легкий заполнитель 3, в толще которого коаксиально обшивкам 1, 2 установлены жесткие прослойки 4, а также кольцевые ребра 5, податливые в радиальном направлении вследствие того, что они изогнуты из плоскости. Заполнитель 3 связан с обшивками 1, 2 и прослойками 4. Ребра 5 установлены между смежными прослойками 4 и обшивками 1, 2 и соединены с ними. Прослойки 4 могут быть выполнены из материала обшивок, например, стеклопластика. Заполнитель 3 может быть выполнен из теплоизоляционного материала, может быть слоистым, а его слои могут иметь разную теплостойкость более высокую со стороны внутренней обшивки 2.
Слоистая цилиндрическая оболочка работает следующим образом. При эксплуатации в условиях значительного нагрева внутренней обшивки 2 снижаются ее прочностные и жесткостные характеристики, а жесткие прослойки 4, установленные в толщу заполнителя 3, который является теплоизоляционным материалом, подвергаются значительно меньшему нагреву, чем внутренняя обшивка 2 и, как следствие, у прослоек 4 не происходит снижения прочностных и жесткостных свойств. Поэтому при выключении из работы внутренней обшивки 2 из-за ее нагрева, за счет ребер 5, связывающих прослойки 4 между собой и с обшивками 1,2, совместно с наружной обшивкой 1 работать начинают прослойки 4, тем самым сохраняя несущую способность оболочки.
При аварийном нагреве внутренней обшивки 2 выше теплостойкости ее материала обшивка 2 и ближайший к ней слой легкого заполнителя 3 разрушаются,
а функцию внутренней обшивки 2 начинает играть ближайшая к ней прослойка 4, препятствуя быстрому разрушению всей толщи легкого заполнителя 3 и наружной обшивки 1, тем самым повышая ее надежность. При этом, повышая теплостойкость только одного слоя заполнителя 3, примыкающего к внутренней обшивке 2, можно без лишних затрат добиться высокой надежности оболочки.
По сравнению с прототипом заявляемая слоистая цилиндрическая оболочка имеет повышенную в условиях нагрева несущую способность и надежность.
Источники информации
1. Слоистая цилиндрическая оболочка и способ ее изготовления: Патент 1751939 РФ: МКИ 5 В 32 В 1/08. Заяв. 16.04.90, опубл. в Бюл. №8 за 1994 г.
2. Слоистая цилиндрическая оболочка: Свидетельство на ПМ 12999 РФ: МКИ 7 В 32 В 1/08. Заявл. 15.11.99; опубл. в Бюл. №8 за 2000 г. (прототип).