[Andrey.K]

Добрый день, уважаемые!

Имеется конструкция, типа верхней части трубы для сжигания в виде обечайки диаметром 1200мм, высотой 3000мм из жаропрочной нержавейки с фланцем внизу и свободным верхним срезом вверху. Ничего на нее особенно не давит, ни сбоку, ни сверху, ни изнутри. Исходя из каких соображений задать толщину стенки так, чтобы не было необоснованного перерасхода дорогой нержавейки, и в то же время, конструкция была довольно жесткой при производстве, погрузке, перевозке - чтобы визуально была прочной, не трепыхалась от круглой формы к овальной и обратно...

Я умозрительно склоняюсь к толщине 8мм.
Завел оболочку в программу SCAD, приложил к краю 100кг точечной нагрузки, получил 4мм перемещения от круглой формы к овальности. Вроде бы не много. Сделать тоньше - как-то душа не лежит. На что ее еще посчитать? на ускорение при транспортировке? какое заложить? На упругую деформацию от собственного веса, если будет лежать на боку? На ускорение при подъеме краном? Есть предложения? (Укрепление кольцами жесткости не предлагать).

[Хмурый]

на какой высоте будет стоять? Приложить давление от ветра, посмотреть распределение напряжений. Сделать выводы

[Andrey.K]

От ветра там слезы - нагрузка равномерно распределена по поверхности и примерно 80кг на метр длины.
Сейчас положил ее набок и посчитал на прогиб от собственного веса, получилось 13мм. Тоже вопрос - как это оценить, много или мало. Прочертил - визуально овальности не видно, но деформация относительно диаметра составляет 10%.

[Вячеслав А]

Меня в своё время учили минимальную толщину брать не менее 1/300 к диаметру.

[Andrey.K]

Вячеслав А. Тогда 4мм. Получается. Спасибо за мнение.
Сейчас "поднял" ее краном, приложив коэффициент динамичности 1,5. Деформировалась на 20мм - 1,6% (постом выше оговорился - не 10% деформация а 1%, конечно же)

[STAJOR]

Сообщение от Andrey.K Укрепление кольцами жесткости не предлагать

... а фланец вверху как и внизу, не?

Сообщение от Andrey.K в то же время, конструкция была довольно жесткой при производстве, погрузке, перевозке - чтобы визуально была прочной, не трепыхалась от круглой формы к овальной и обратно...

Если дело именно в этих стадиях, то бывает проще предусмотреть меры защиты от деформации (напр., недорогие вкладыши) до момента установке на место, чем добавлять толщину дорогого материала.

[Andrey.K]

Сообщение от STAJOR ... а фланец вверху как и внизу, не?

Нет, фланец только внизу.

Сообщение от STAJOR Если дело именно в этих стадиях, то бывает проще предусмотреть меры защиты от деформации (напр., недорогие вкладыши) до момента установке на место, чем добавлять толщину дорогого материала.

Конструкция у нас устоявшаяся, но раньше диаметры были 400...700мм. Я брал толщину стенки конструктивно 6мм и все было жестко, красиво. Сейчас хотят ту же конструкцию, но только на диаметр 1200, а в перспективе 1800. Вот я и задумался, какими принципами вообще руководствоваться в этом случае при выборе стенки. Критерии прочности - не подходят. При тех нагрузках, что на обечайку действуют во время работы, она гарантированно пройдет. На первый план выходят другие аспекты - вот прислонят ее к чему-то во время производства, а она возьмет и "булькнет" - появится "впуклость". Или положат набок, она деформируется, размеры уйдут, что-то не так приварят. Повезут куда - а она на кочках будет "играть" - что-то разболтается.
Из каких критериев нужно исходить, чтобы толщину стенки задать оптимальную. На какие воздействия считать? Какая деформация (податливость) соответствует "достаточно жесткой конструкции", а какая в жизни будет выглядеть "хлипкой". Думал может кто из жизненного опыта скажет - я в этом случае делаю так... или вот как выше - критерий не менее D/300.

[STAJOR]

Сообщение от Andrey.K Повезут куда - а она на кочках будет "играть" - что-то разболтается

Вы не ответили, почему нельзя предусмотреть меры защиты при транспортировке и пр. Это не такая уж экзотическая мера. Нередко приходится прибегать...

[Хмурый]

Andrey.K, по напряжениям эквивалентным надо смотреть, если превышают расчётные напряжения для материала то стоит увеличить толщину стенки

[Andrey.K]

Сообщение от STAJOR Вы не ответили, почему нельзя предусмотреть меры защиты при транспортировке и пр. Это не такая уж экзотическая мера. Нередко приходится прибегать...

Да можно, наверное. Просто это ответ немного на другой вопрос - как хлипкую конструкцию защитить от воздействий. А интересует ответ на вопрос как конструкцию сделать не хлипкой. Передо мной иногда возникают такие вопросы. Вот, например, недавно был вопрос - нужно изготовить шаблон фланца для фундамента, чтобы болты фундаментные на месте строительства правильно залить по шаблону. Диаметр фланца 2,5м. Вот какая должна быть толщина этого шаблона? - понятно, что для выполнения функции шаблона - положить его на фундамент и разметить расстановку болтов достаточно, наверное, и тонкого листа, скажем 4мм. Но 2,5м! - как его поднимать, перевозить, он ведь весь погнется, деформируется при 4-х то миллиметрах, что там останется от шаблонных размеров? Хорошо 4- мало, а сколько нормально? Чем задаться? 14мм? а почему не 10 или не 16? Ну задал я критерий 70% от предела текучести, вывесил его и так и эдак (как его могут поднимать, транспортировать) - определился для себя.

Хмурый
Ну хорошо, по напряжениям - а нагрузку какую задавать? Те что рабочие - дают смешные напряжения. А вот какие задавать эксплуатационные... Вот был случай - заказали мы насосный агрегат - насос + электродвигатель и все это на раме. И что-то визуально мне рама показалась хлипкой. Позвонил производителю - мол почему такая рама хлипкая? Ответ пришел, мол а что ей будет, если она стоит на цементном фундаменте. А как разгружать, спрашиваю, как выставлять на фундамент- погнется же! На что мне ответили, что рама не самонесущая, сперва раму разгрузите поставьте, потом насос, потом двигатель. Ага! А потом суровые монтажники будут "дружить" насос с двигателем в полевых условиях!

Ладно. Спасибо всем кто откликнулся!

[STAJOR]

Сообщение от Andrey.K как его поднимать, перевозить, он ведь весь погнется, деформируется

Тут не проблема сделать складной или разборной шаблон из профилей проката – и жёсткий, и не тяжёлый...

[ETCartman]

Кроме стандартных расчетов на эксплуатационные нагрузки и при монтаже, практическая хлипкость зависит от частоты колебаний.
Если частота от 0,5 до примерно 1,5...2 герц (колебаний в секунду) и масса сооружения не очень большая, то его легко раскачать толчками в такт с частотой.
Такой эффект возникает у стальных башен (у которых частота чаще всего и попадает в этот диапазон). Стоя на площадке и держась за поручни легко раскачать их периодическими движениями корпуса (грубо говоря жопы). При этом по расчету они могут быть прочными и жесткими на эксплуатационные нагрузки.
Хотел бы найти какие то нормы или вообще численные критерии на эту тему (что то вроде практической или кажущейся жесткости), тут математика увязана тоже и с человеческими возможностями.
Если кто знает - буду благодарен за подсказку. Я знаю только расчет допуска на зыбкость - перекрытий по СНиП но это хотя близко по физическому смыслу но немного другое
В данном случае при стенке 4 мм выходит частота порядка 30 герц, то есть сооружение жесткое. То же если тыкать в него усилием 100 кг в разных местах - прогибы не такие большие.

[ak762]

Сообщение от Andrey.K Конструкция у нас устоявшаяся, но раньше диаметры были 400...700мм.Я брал толщину стенки конструктивно 6мм и все было жестко, красиво

бочки 200 л в садах - огородах вообще из 0.8мм сделаны

[ETCartman]

Да мне кажется что и 3 мм не будет хлипким. Труба сама по себе жесткая, речь только о локальном воздействии.
Хотя вот сейчас прочитал что это для сжигания чего то - в этом случае тонкая стенка может быстро прогореть. Температура начала интенсивного окалинообразования обычной черной стали (практически независимо - ст3 или ст20) около 400 град, при более высоких температурах сталь истончается очень быстро.

[Andrey.K]

Сообщение от ak762 бочки 200 л в садах - огородах вообще из 0.8мм сделаны

У бочек есть проштамповки кольцевые - они выполняют роль ребер жесткости. Плюс вверху и внизу обруч. Без них она была бы как бумага.

Сообщение от ETCartman Кроме стандартных расчетов на эксплуатационные нагрузки и при монтаже, практическая хлипкость зависит от частоты колебаний.

Вот это хорошая идея! У меня проскакивала в голове мысль провести модальный анализ, но не задержалась, подумал ну получу частоты, что дальше с ними делать, если возбуждающей силы все равно нет... А что сами частоты могут своей величиной говорить про хлипкость - до этого не додумался. Спасибо!
... быстро не прогорит - для этого и нержавеющая жаропрочка. Плюс пламя только с одной стороны, с другой омывается и охлаждается потоком газа - поэтому и всяческие ребра поперек этого потока не приветствуются.

[lexabelic]

Сообщение от Andrey.K Укрепление кольцами жесткости не предлагать

В одной стране имеется крупнейший в европе коксохимичекий завод. На заводе есть свеча для сжигания коксового газа, наверху свечи (отм. +60,000) - четыре трубчатых (D наружной трубы~=1500, внутренняя=720, соединены листовыми ребрами) горелки из стали 20Х13, толщиной 12 мм, и без каких-либо усиляющих элементов. Каждые три-четыре года их меняют, потому что они принимают форму "поникшая лилия" - потеря устойчивости стенок (температура ведь градусов 400-500). Они постепенно оползают, оплывают..
При этом ничего не предпринимают, чтобы конструкцию усилить. Это же перерасход нержавейки. Менять раз в четыре года - это же дешевле.

----- добавлено через ~9 мин. -----
Я к чему все это говорю. Вы можете вычислять частоты, прикладывать в скаде точечные нагрузки. Факт - то, что ваши расчетные нагрузки умозрительны (а значит - не обоснованы). Как и сколько будет работать реальная конструкция - покажет время.
Такая же проблема с серийными дефлекторами вытяжной вентиляции большого диаметра, кстати (на картинке). Видите подкосы из полосы? Их с завидным упорством всё делают и делают из полосы, полосы всё сгинаются и сгинаются, "шляпы" "поникают", монтажники зарабатывают деньги...

[Liukk]

Сообщение от Andrey.K ...пламя только с одной стороны, с другой омывается и охлаждается потоком газа - поэтому и всяческие ребра поперек этого потока не приветствуются.

Те. есть труба, в трубе есть поток газа
1. (уравнение Бернулли) уменьшение давления в трубе по сравнению с давлением окружающего воздуха -> возможна потеря устойчивости трубы
2. неравномерный поток газа вызывает вихреобразование, что приведёт к срывам потоков и колебаниям стенок трубы. -> см. ответ ETCartman'а
3. неравномерный нагрев стенок трубы вызовет напряжения и деформации на это наложится снижение устойчивости стенок трубы вследствие уменьшения давления воздуха внутри трубы.
4 на всё это накладывается воздействие ветра.
Что произойдёт в итоге один ANSYS знает...

[ETCartman]

Для всяких точных моделирований как правило нужно много дополнительных данных (которые если взять с потолка, то смысл теряется). Можно посмотреть в справочниках - это будет быстрее и точнее.
Но если считать 4 мм стенку на полный вакуум (атмосферное давление снаружи) то коэффициент запаса 0,88 (минимальный) - меньше 1, форма потери устойчивости очень похожа на ту что при модальном анализе
При полном вакууме устойчивость теряется, но это надо выяснять - может ли быть там такой или нет. Воздух должен нагреваться примерно одинаково - что внутри, что снаружи.

[Liukk]

Сообщение от ETCartman Воздух должен нагреваться примерно одинаково - что внутри, что снаружи.

Да никогда он не будет нагреваться одинаково, даже примерно. Допуска на изготовление, центровку, колебания пламени + отвратительная теплопередача нержавеющей стали, всё это просто гарантирует локальные перегревы. Тем более, что ТС явно указал:

Сообщение от Andrey.K пламя только с одной стороны, с другой омывается и охлаждается потоком газа

Сообщение от ETCartman Для всяких точных моделирований как правило нужно много дополнительных данных (которые если взять с потолка, то смысл теряется).

А вот с этим полностью согласен

[Andrey.K]

Народ вы отдалились от темы. Давайте вопросы нагрева и газодинамики не будем обсуждать. Силы от газодинамики ничтожны - считайте что их нет вообще. Нагрев, равномерный или неравномерный присутствует, но его оценить не представляется возможным. Жаропрочка держит жесткость до 800С. В 3-х метрах от трубы провода термопар с пределом работы до 180С - работают, не сгорают, значит температура не такая высокая, чтобы имея жаропрочную сталь сильно по поводу нее беспокоиться. Все моделировать используя кучу дополнительных данных смысла не вижу. Нужно выбрать наиболее значимые - собственно для этого тема и создана, какие данные считать значимыми, чтобы оценить хлипкость конструкции не имея возможности ее потрогать вручную.

Liukk
Полное давление струи складывается из статической и динамической составляющей Р*=Рстат+Pдин=Pстат+Ro*W^2/2
где Ro - плотность газа в труе, W^2 - квадрат скорости струи.
Условие истечения струи из трубы: Рстат =Pатм.
Давление внутри трубы всегда будет больше, чем в среде, куда из нее газ истекает: P*>Ратм чем больше эта разность тем до большей скорости разгоняется газ при истекании (увеличивается W). И наоборот Когда эти давления выравниваются P*=Ратм истечение прекращается - W=0.

[HawK]

Сообщение от Andrey.K Исходя из каких соображений задать толщину стенки так, чтобы не было необоснованного перерасхода дорогой нержавейки, и в то же время, конструкция была довольно жесткой при производстве, погрузке, перевозке - чтобы визуально была прочной, не трепыхалась от круглой формы к овальной и обратно...

Я всегда делал 1/250 от диаметра, если нет поперечных колец жесткости. В Вашем случае это 4,8 мм и более. Чем обусловлено такая величина? - только из соображений местной устойчивости, при условии, что напряжение от различных воздействии не достигает 80% от Ry стали. Для перевозки можно использовать кронштейны установленные внутрь обечайки для предотвращения ее овализации при горизонтальном расположении, но, если на концах обечайки дать поперечные кольца жесткости, то может быть и кронштейны для такой длины и не нужны будут.

[Liukk]

Сообщение от Andrey.K Народ вы отдалились от темы.

Вот как раз наоборот, Мы к теме только начали приближаться. Труба для чего нужна? Для того, чтобы её привезти, или для того, чтобы она нормально работала?

Сообщение от Andrey.K Давление внутри трубы всегда будет больше, чем в среде, куда из нее газ истекает

А вот не всегда. Не надо путать истечение газа из ёмкости и трубку Бернулли. См. также эжектор, здесь ситуация очень похоже на него.
Для конкретных рекомендация входных данных мало, а гадать не умею.

[АлексИ]

Может сделать на ней реборды для жёсткости, как на бочке.

[Andrey.K]

Сообщение от HawK Я всегда делал 1/250 от диаметра, если нет поперечных колец жесткости.

Спасибо за мнение.

Сообщение от АлексИ Может сделать на ней реборды для жёсткости, как на бочке.

Мы на нашем предприятии не сможем сделать, к сожалению, а так - было бы неплохо.

Просчитал модальным анализом на разные толщины (правда добавил еще массы сопутствующих элементов, навешенных на оболочку).
Получилось Вот что: При 8мм собственная частота 35Гц, при 6 - 26Гц, при 4 - 18Гц, При 2 - 11Гц. Убывает достаточно полого, почти линейно (думал будет какое-то более-менее резкое изменение графика, чтобы ткнуть пальцем и сказать - вот до сих хлипкая конструкция, а вот от сих - уже жесткая - ан нет). Так что брать собственную частоту за критерий не получится. Будет время попробую возбуждающую силу приложить в виде тряски при движении по кочкам, частотой 2-5Гц - посмотрю на амплитуду деформаций.

[ETCartman]

Если совпадения частот с вынуждающей силой нет, то коэффициент динамичности будет скромным. 11 Герц это 11 колебаний в секунду. Человеку толкая что то - можно делать максимум 2 (с приличным усилием). Больше даже если и можно - то утомительно. Это не прочностной критерий, а скорее субъективный.

[Andrey.K]

Сообщение от ETCartman Если совпадения частот с вынуждающей силой нет, то коэффициент динамичности будет скромным. 11 Герц это 11 колебаний в секунду. Человеку толкая что то - можно делать максимум 2 (с приличным усилием). Больше даже если и можно - то утомительно. Это не прочностной критерий, а скорее субъективный.

Вот и я думаю. 2мм толщины при 1200 диаметре - это уже будет достаточно хлипко. Но значение частоты 11Гц никак нам об этом не говорит. Я надеялся на какое-то такое развитие графика (красная линия) относительно которого можно было бы судить, жесткая конструкция или хлипкая, поставив условную границу (зеленая линия), а по факту получилась синяя линия, которая мало о чем говорит.

[АлексИ]

Наварите обручи. И попробуйте сделать расчёт.

[Andrey.K]

Сообщение от АлексИ Наварите обручи. И попробуйте сделать расчёт.

Спасибо за совет. Я вроде уже посчитал толщину стенки - заложил 8мм с укрепляющими накладками в местах строповочных проушин. Обруч тоже держу в голове как вариант, но только если конструкция будет жидковата Сперва сделаем без обруча, пощупаем ее, если что - вварим внутрь обруч такой же толщины что и обечайка. Но вроде как не должно понадобиться.

[ETCartman]

[quote=Andrey.K;1594484 Я надеялся на какое-то такое развитие графика (красная линия) относительно которого можно было бы судить, жесткая конструкция или хлипкая, поставив условную границу (зеленая линия), а по факту получилась синяя линия, которая мало о чем говорит.[/QUOTE]

Частота в данном случае может быть вычислена по формуле (должна быть в справочниках) и там жесткость конструкции (толщина в 3й степени) под корнем вместе с массой
Никаких там перегибов быть не должно. А критерий типа 2 Гц напрямую с вычислением частоты не связан, а связан только с тем что удобно толкать в резонанс с такой частотой и значительным усилием, чем условное понятие "хлипкость" может быть проверено на практике. При резонансе стальной конструкции можно получить перемещение раз в 100 больше чем статическое - отсюда хлипкость и проистекает.

[Break_BoY]

Для 1200мм трубы по ANSI (ASME B36.10) стандарту минимальная толщина стенки составляет 9.53мм. Вот теперь исходите от этого.

[ETCartman]

Сообщение от Break_BoY Для 1200мм трубы по ANSI (ASME B36.10) стандарту минимальная толщина стенки составляет 9.53мм. Вот теперь исходите от этого.

Прокатка например.
Приведу вам пример-вертикальный цилиндрический резервуар (рулонный) - 5 мм (4 не исключено если по расчету проходит)

[SergZZZ]

Возможно не знаю всех подробностей вашего проекта. Но при аналогичной проблеме, при такой металлоемкости вполне возможно вообще не брал бы "жутко легированную вкусняшку". Взял бы простую сталь 3, обклеил бы огнеупорным картоном и огнеупорным клеем изнутри трубу, если труба не подвержена механическим воздействиям изнутри. Торцевые части заделал бы красиво для жесткости, и чтобы голый картон не торчал.