АДРТехнология
      оборудование для сварки пластмасс          
и монтажа коммуникаций
Телефон +7-495-925-6150 Звоните: +7 495 150-0822
Телефон +7-495-925-6150 Звоните: +7 901 782-06-53
Адрес АДР-Технология Москва, ЮАО, м.Каширская,
ул. Котляковская, 7/8
Оборудование лучших производителей
для каждой технологии
Поддержка



Простейший расчет и производство цилиндрических емкостей из пластиковых листов

Авторство и авторские права на статью принадлежат компании «АДР-Технология»
При использовании материалов – обязательна активная ссылка на www.adr-t.ru

Емкости нестандартных форм и размеров широко применяются как в инженерных системах (отстойники, септики и пр.), так и в технологии различных производств. Такие емкости изготавливаются из пластиковых листов методом сварки, на основании технического задания (ТЗ) заказчика, которое должно содержать, как минимум, следующие данные:

  • Вещество, которое будет храниться в емкости;
  • Объем емкости;
  • Температурные условия эксплуатации, с указанием, какую часть времени при какой температуре будет эксплуатироваться емкость;
  • Необходимый срок эксплуатации.

При таком ТЗ в задачу подрядчика входит выбор материала, расчет оптимальной формы емкости, расчет необходимой толщины листов, сварка емкости. Понятно, что подрядчик кровно заинтересован в точном определении наименее материаллоемкой формы емкости, самого дешевого из подходящих материалов и минимально допустимой толщины листов.

Наибольшее распространение получили емкости, имеющие форму вертикальных цилиндров. Это обусловлено не только высокой технологичностью их производства. Равномерное распределение напряжений растяжения и практически полное отсутствие других видов напряжений в материале готовых цилиндрических емкостей делает их наименее материалоемкими. А посему, попробуем облегчить задачу подрядчика по расчету и изготовлению именно вертикальных цилиндрических емкостей из пластиковых листов.

1 Расчет емкости

1.1 Выбор материала

Выбор материала рекомендуем начать с отсева термопластов, по химической стойкости не подходящих к веществу, которое будет храниться в емкости. Таблица химической стойкости различных термопластов к различным химическим веществам приведена в Приложении 1 к этой Инструкции.

Дальнейший выбор материала из оставшегося списка – процесс творческий и включает следующие последовательные шаги:

  • Расчет необходимой толщины листа из различных термопластов с учетом предполагаемых условий эксплуатации и необходимого срока службы;
  • Сравнение цен и доступности листов из различных термопластов с учетом рассчитанных толщин.

1.2 Определение напряжений в стенке емкости

Для расчета напряжений, возникающих в стенке емкости, будем считать, что емкость цилиндрическая, со стенкой одинаковой толщины, установлена на ровном и гладком горизонтальном основании, заполнена жидкостью (рис.1). Внутренний диаметр емкости D, толщина стенки d, жидкость налита до уровня H от основания емкости (рис.2).

Рис.1 Цилиндрическая емкостьРис.2 Размеры емкости

Рассмотрим произвольную точку Z стенки емкости на глубине HZ от поверхности жидкости. Точный расчет на основе школьного курса физики показывает, что напряжение растяжения δz [н/мм2] в точке Z будет определяться по формуле:

{1}, где:

ρ [кг/мм3] – плотность (удельная масса) заполняющего вещества;
HZ [мм] – уровень заполняющего вещества над точкой Z;
g=9,8 н/кг – ускорение свободного падения.

Напряжение растяжения δZ [н/мм2] – тот самый критический параметр, который определят скорость постепенного растяжения пластикового листа в конкретной точке Z нашей емкости. Другими словами, напряжение δZ определяет долговечность материала емкости в точке Z.

Для обеспечения достаточной долговечности пластика в каждой произвольной точке X стенки емкости нам необходимо определить максимальное допустимое напряжение δMAX (п.1.3) для нашего конкретного пластика, соответствующее требуемому сроку эксплуатации емкости и предполагаемым температурным условиям эксплуатации емкости. И затем – в каждой произвольной точке X емкости обеспечить условие:

{2}, где:

HX [мм] – уровень заполняющего вещества над нашей произвольной точкой X;
δX [н/мм2] – напряжение в этой произвольной точке X.

Если размеры емкости и количество жидкости в емкости заданы, то уменьшить напряжение в каждой произвольной точке X стенки емкости мы можем только за счет увеличения толщины стенки dX в этой точке. Для простоты иллюстрации этого утверждения допустим, что толщина стенки dX в любой точке X пренебрежимо мала по сравнению с диаметром емкости D.

Преобразовав формулу {2} с учетом этого допущения, видим, что минимально допустимая толщина стенки dX в любой точке X пропорциональна уровню HX заполняющего вещества от этой точки:

{3}

Таким образом, если пренебречь любыми воздействиями на емкость, кроме давления заполняющего вещества, то идеальная (с точки зрения экономии материала) емкость должна иметь стенки с толщиной, равномерно уменьшающейся кверху (рис.3а).

a) б) в)
Рис.3 Идеальная и реальная стенка емкости

Как известно, листовые пластики поставляются в форме прямоугольных листов постоянной толщины. Поэтому на практике емкости изготавливаются со стенкой постоянной толщины (рис.3б) или со ступенчатой стенкой (рис.3в). Когда речь идет о большом уровне заполняющего вещества, изготовление ступенчатой стенки позволяет достичь существенной экономии материала.

Теоретически, если цилиндрическая емкость с плоским дном установлена на плоскую гладкую поверхность, то давление заполняющего вещества не вызывает заметного напряжения в дне емкости, т.е. дно может иметь самую маленькую толщину.

Расчет необходимой толщины дна с учетом напряжений, вызываемых неровностью основания и пр. факторами, является комплексной задачей и здесь не приводится. Расчет крышки емкости – также отдельная задача.



Возврат к списку