ТРЕХСЛОЙНАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА

Полезная модель относится к области строительства газоотводящих трактов различного назначения, в частности дымовых, вентиляционных труб и газоходов.
Известна трехслойная цилиндрическая оболочка, наружная и внутренняя обшивки которой выполнены из жесткого материала, например стеклопластика, а средний скрепленный с ними слой выполнен из жесткого заполнителя - пенополиуретана. На торцах оболочки наружная и внутренняя обшивки соединены между собой. Оболочка обладает повышенной жесткостью за счет увеличения момента инерции сечения по сравнению с однослойной оболочкой. Совместная работа обшивок обеспечивается за счет жесткого заполнителя среднего слоя, работающего на сдвиг. Однако, при воздействии градиента температур по толщине стенки оболочки жесткий заполнитель препятствует сдвигу наружной и внутренней обшивок относительно друг друга в осевом направлении, а так же препятствует изменению диаметров обшивок. Вследствие этого, в обшивках возникают напряжения в осевом и кольцевом направлениях. Кроме того, за счет процессов массопереноса происходит накопление влаги внутри среднего слоя оболочки при влажных режимах эксплуатации, что ухудшает механические свойства обшивок и заполнителя, а так же снижает теплоизоляционные свойства стенки.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту является трехслойная цилиндрическая оболочка, наружная и внутренняя обшивки которой выполнены из жесткого материала, например стеклопластика, а средний, скрепленный с ними слой выполнен из слабого заполнителя, например из минераловатного утеплителя. На торцах оболочки наружная и внутренняя обшивки соединены между собой. В такой оболочке при воздействии градиента
температур заполнитель, обладая слабыми механическими свойствами, не препятствует сдвигу обшивок относительно друг друга в осевом направлении, а так же почти не препятствует изменению диаметров обшивок. Вследствие этого нормальные напряжения в кольцевом направлении в обшивках не возникают. Однако, из-за связи обшивок на торцах оболочки, нормальные осевые напряжения остаются, при этом перераспределяются к концам оболочки. Кроме того, за счет процессов массопереноса происходит накопление влаги внутри среднего слоя оболочки при влажных режимах эксплуатации, что ухудшает механические свойства обшивок и заполнителя, а так же снижает теплоизоляционные свойства стенки.
Полезная модель решает задачу уменьшения осевых напряжений в обшивках при воздействии градиента температур и уменьшения накопления влаги в среднем слое.
Для этого в трехслойной цилиндрической оболочке, наружная и внутренняя обшивки которой выполнены из жесткого материала, например стеклопластика, и соединены на торцах между собой, а средний скрепленный с ними слой выполнен из слабого заполнителя, например из минераловатного утеплителя, согласно полезной модели в наружной обшивке выполнены кольцевые разрывы. Как варианты, разрывы могут быть выполнены в виде раструбного соединения наружной обшивки, на зону разрыва может быть закреплен бандаж или кожух. Перед зоной разрыва может быть выполнен бортик.
Наличие кольцевых разрывов наружной обшивки играет роль температурных швов, позволяет наружной и внутренней обшивкам смещаться относительно друг друга в осевом направлении, тем самым уменьшая осевые напряжения в обшивках при воздействии градиента температур по толщине стенки. Так же разрывы играют роль продухов, через которые происходит выход влаги, накопленной внутри стенки в результате процессов массопереноса. Выполнение в зоне разрыва раструба, бандажа или кожуха, а также бортика препятствуют попаданию влаги снаружи и уменьшают ее накопление в среднем слое.
На фиг.1 показан общий вид трехслойной оболочки, на фиг.2 - продольный разрез оболочки, на фиг.3, 4, 5, 6, 7 - различные варианты исполнения кольцевого разрыва.
Трехслойная оболочка имеет наружную 1 и внутреннюю 2 обшивки, например из стеклопластика, средний, скрепленный с ними слой 3, например из минераловатного утеплителя. В наружной обшивке 1 выполнены разрывы 4. Разрывы могут быть выполнены в виде раструбного соединения 5 наружной обшивки 1. Над зоной разрыва может быть закреплен бандаж 6 со сквозными отверстиями или пористый. Над зоной разрыва может быть закреплен кожух 7, например из стеклопластика. Оболочка может быть выполнена с кольцевыми ребрами жесткости 8 между обшивками 1 и 2. Перед разрывом 4 на наружной обшивке 1 может быть выполнен бортик 9. Наружная 1 и внутренняя 2 обшивки на торцах оболочки соединены между собой законцовками 10.
Трехслойная оболочка работает следующим образом.
При воздействии градиента температур по толщине стенки внутренняя обшивка 2 удлиняется в осевом направлении, а наружная 1 либо сжимается (при охлаждении) либо удлиняется, но менее чем внутренняя. При этом кольцевые разрывы 4 наружной обшивки 1 играют роль температурных швов, позволяя наружной 1 и внутренней 2 обшивкам в зоне между законцовками 10 смещаться относительно друг друга в осевом направлении, тем самым уменьшая осевые напряжения в обшивках. Кроме того, через разрыв 4 происходит выход влаги, накопленной внутри стенки в результате процессов массопереноса. Раструб 5, либо кожух 7, а так же бортик 9 предотвращают проникновение атмосферных осадков, либо иной среды извне внутрь стенки оболочки. Бандаж 6 обеспечивает совместность работы разорванных частей наружной обшивки 1, не препятствуя осевым деформациям обшивок и выходу влаги изнутри стенки за счет пористости либо сквозных отверстий.
По сравнению с прототипом, в заявляемой трехслойной оболочке снижен уровень осевых напряжений в обшивках и обеспечен выход влаги из среднего слоя стенки, в результате чего она более надежна и долговечна.
Источники информации
1. Расчет трехслойных конструкций. Справочник / Под общей редакцией В.Н.Кобелева. - М.: Машиностроение, 1984, стр.5.
2. Патент РФ на ПМ №45333, заявлено 14.01.2005, опубл. 10.05.2005, бюлл. №13 (прототип).