Конструкционные и технологические преимущества кольцевых газовых баллонов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Formability criterion at drawing from sheet material: flange critical diameter is considered. Basic patterns were identified and graphs were created.

Key words: formability criterion, step detail, critical diameter.

Vilimok Yaroslav Aleksandrovich, postgraduate, vilimokya@yahoo. com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.7.06

КОНСТРУКЦИОННЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА КОЛЬЦЕВЫХ ГАЗОВЫХ БАЛЛОНОВ

К.А. Назаров

Рассмотрены конструктивные схемы цилиндрического баллона и кольцевого, как его наиболее перспективного заменителя, проведены конструктивные и технологические сравнения данных изделий, выявлены их недостатки и преимущества.

Ключевые слова: кольцевой газовый баллон, цилиндрический газовый баллон, обечайка, конструкция.

Емкости для хранения газа под давлением являются устройствами, используемыми в различных областях народного хозяйства и техники и, в частности, могут найти применение в дыхательных аппаратах и аквалангах.

Основными требованиями, предъявляемыми к таким газовым баллонам, являются: высокая конструктивная прочность и эксплуатационная надежность при наибольших показателях относительных емкости или давлении вмещаемого газа на единицу веса самого изделия, а также длительный срок службы [1].

По форме газовые емкости производят трех видов: цилиндрические, шаровые и кольцевые. Наибольшее распространение в быту получили цилиндрические, шаровые в основном используются в авиационной промышленности, кольцевые же баллоны, появились относительно недавно и с каждым годом находят все большее применение.

Форма цилиндрического баллона (рис. 1, а) представляет собой утолщенное сферическое днища 1, конический участок 2, переходящего в цилиндрическую обечайку 3, завершающуюся коническим участком 4 и утолщенное сферическое дно с горловиной 5 [2]. Утолщение днищ относительно цилиндрической обечайки позволяет избежать появления краевого

Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2 эффекта на межзональных переходах.

Рис.1. Конструктивные схемы баллонов: а - цилиндрического;

б - кольцевого

Конструкция кольцевого баллона (рис. 1, б) состоит из двух обечаек 1 и 2 равномерной толщины, соединенных между собой лазерной сваркой по наружному и внутреннему швам 3 и 4 [3], отсутствие возможности возникновения краевого эффекта из-за уникальности формы позволяет повысить показатели относительных емкости и давления вмещаемого газа на единицу веса изделия.

В отличие от цилиндрической формы баллона, кольцевое исполнение позволяет в зависимости от условий эксплуатации выбирать расположение выходного отверстия (снаружи (рис. 2, а) и изнутри (рис.2, б)), что повышает его конкурентность.

Рис. 2. Варианты расположения выходных отверстий в кольцевом баллоне: а - снаружи; б - изнутри

Производя оценку компактности емкостей из соотношения максимального габаритного размера изделия к вмещаемому объему газа на примере 40 литровых баллонов с габаритными размерами 0300 мм * 653 мм у

78

цилиндрического и 0580 мм (внешний диаметр) * 0200 мм (диаметр тора) у кольцевого, получаем, что второй эргономичней на 11,2%.

Изготовление цилиндрических баллонов осуществляется в основном с помощью многооперационной вытяжки или ротационным обжимом горячекатаных труб, поэтому чаще всего используются низкоуглеродистые стали, которые в свою очередь подвержены коррозии, что снижает срок службы самого изделия и требует частого проведения его переаттестации.

В случае же с кольцевым баллоном получение торообразных обечаек возможно с помощью обычной формовки [4] и позволяет использовать нержавеющие стали и при необходимости биметаллы без серьезного усложнения технического процесса их изготовления, повышая тем самым эксплуатационные свойства емкостей.

Конструктивные особенности кольцевых газовых баллонов позволяют найти им новое применение в различных отраслях народного хозяйства и промышленности: на транспорте, в различных отраслях МЧС, в космонавтике, пожаротушении, в спортивном деле, например, для дайве-ров, и др.

Использование новых источников газов под высоким давлением позволит ускоренно развивать новые направления машиностроения.

Список литературы

1. ГОСТ Р ИСО 11439-2010 Газовые баллоны. Баллоны высокого давления для хранения на транспортном средстве природного газа как топлива. Технические условия. Введ. 2012-03-01. - М.: Изд-во Стандартин-форм, 2012. - 60 с.

2. Патент РФ на изобретение №2007658. F17C1/00, F16J12/00. Баллон высокого давления / Бирюков В.В.; Арискин А.И.; Денежкин Г.А.; Проскурин Н.М.; Рогов Л.В.; Французов Ю.С. Опубл. 15.02.1994. Бюл. № 8.

3. Патент РФ на полезную модель. №94307, МПК F17C 1/00. Баллон металлический кольцевой для хранения газа под давлением / Евдокимов А.К., Назаров К.А., Сушков С.О. Опубл. 20.05.2010. Бюл. № 14.

4. Назаров К. А. Устойчивость при формовке стальных обечаек. С. 184-186. Молодежный вестник политехнического института: сб. статей. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 296 с.

Назаров Константин Аркадьевич, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

CONSTRUCTIONAL AND TECHNOLOGICAL ADVANTAGES OF RING GAS CAPACITY

K.A. Nazarov 79

Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 11. Ч. 2

Constructive schemes of a cylindrical capacity and ring as its most perspective substitute, constructive and technological comparisons of these products are carried out are considered, their shortcomings and advantages are revealed.

Key words: ring gas capacity, cylindrical gas capacity feedwell, design.

Nazarov Konstantin Arkadievich, postgraduate, SMSKNazarov@yandex. ru, Russia, Tula, Tula state University

УДК 539. 374

АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАПРЯЖЕНИЙ В ПОЛЯХ ЛИНИЙ СКОЛЬЖЕНИЯ, МОДЕЛИРУЮЩИХ ПРОЦЕССЫ ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Г.В. Панфилов, С.В. Недошивин, И. А. Гаврилин

Установлены правила использования полученных ранее интегральных соотношений для расчета средних напряжений вдоль линий скольжения при осесимметрич-ном пластическом течении для различных траекторий этого расчета. Разработаны графические схемы, позволяющие по направлению вектора траектории расчета и направленности изменения характеристического угла заранее качественно оценить характер и интенсивность изменения указанных средних напряжений.

Ключевые слова: осесимметричное пластическое течение, аналитический метод линий скольжения, расчет средних напряжений.

В работе [1] приведены интегральные зависимости для определения значений среднего напряжения вдоль линий скольжения в случае осесим-метричного пластического течения деформируемого материала, аналогичные интегралам Генки, полученным для плоского деформированного состояния. Указанные зависимости установлены путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия при осевой симметрии в цилиндрических координатах и условия «полной пластичности» с гипотезой Хаара - Кармана [2, 3]. При режиме B «полной пластичности» (vr > 0 -

радиальная составляющая скорости материальных частиц направлена от оси симметрии) для двух расчетных точек вдоль линий скольжения эти зависимости, содержащие интегралы в общей форме, имеют следующий вид:

Ф

r0 - í Ra(ф)'sinФ'

Фо__i

s = s0 - 2 • k • ( j0 - j) - k •

j

Г0 + í Ra( j)•cos j-dj

jo

вдоль a- линий; (1)