Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ВНУТРЕННЕГО БАКА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ

Авторы:
Город:
Севастополь
ВУЗ:
Дата:
24 марта 2018г.

В настоящее время в качестве источника горячей воды в системах горячего водоснабжения бытовых и промышленных помещений широко используются электрические водонагреватели накопительного типа – бойлеры. По способу расположения внутри помещения они делятся на два типа – вертикальные и горизонтальные. Теплопрочностной расчет внутреннего бака вертикального бойлера подробно описан в [1]. С точки зрения расчета прочности, главным отличием вертикального бойлера от горизонтального является форма внутреннего бака. У вертикального он представляет собой цилиндр со сферическими верхней и нижней крышками. У горизонтального же бойлера форма бака – параллелепипед со скругленными ребрами, как показано на рис. 1.



При выполнении прочностного расчета внутреннего бака традиционно используется теория тонких оболочек, находящихся под действием внутреннего давления [2]. Однако существующие формулы дают удовлетворительный результат лишь для цилиндрических оболочек, характерных для баков вертикальных водонагревателей. Для расчета же бака горизонтального водонагревателя необходимо использовать численные методы, в частности, метод конечных элементов.

Цель исследования – определить эквивалентные напряжения в баке горизонтального бойлера и дать рекомендации по подходу к расчету и выбору толщины материала бака.

Постановка задачи. В качестве объекта исследования был выбран бытовой бойлер «ТЕРМЕКС» объемом бака 80 литров. Размеры внутреннего бака: ширина 945 мм, высота 413 мм, глубина – 205 мм, толщина стенок 1.5 мм, материал бака – сталь 3. Стенки бака нагружены постоянным внутренним давлением 0.6 МПа (максимальное давление в водопроводе жилых зданий). Требуется определить эквивалентные напряжения в стенках бака.

При решении задачи приняты следующие основные допущения:

1) изменением давления вследствие температурного расширения воды можно пренебречь;

2) температурными напряжениями, как показано в [1], можно пренебречь;

3)    давлением от собственного веса воды можно пренебречь, поскольку при указанных размерах бойлера оно составляет 0.4 м.вод.ст., что соответствует 0.004 МПа (менее 1% от рабочего давления);

4) материал бака - упругий.

5)   расчет выполняется по оболочечной модели, поскольку, как показано в [1], он дает достаточно точные результаты.

Основные результаты исследования. Расчет эквивалентных напряжений в стенках бака выполнен методом конечных элементов с помощью программы COMSOL MULTIPHYSICS. Использована сетка из 39123 треугольных оболочечных конечных элементов. Конечно-элементная сетка показана на рисунке 2.




Граничные условия показаны на рисунке 3. Необходимо отметить, что к стенкам бака приложено именно внутреннее давление, хотя стрелки, его изображающие, показаны направленными снаружи вовнутрь. Это – одна из особенностей графики примененной программы.




Результаты расчета показаны на рисунке 4.

Как видно, максимальные эквивалентные напряжения возникают в весьма значительной области и достигают 130 МПа. Деформированное же состояние бака, как и ожидалось, заключается в «выпячивании» его боковых стенок и вдавливании вертикальных и горизонтальных.

Выводы. Расчет горизонтального бака показывает, что напряжения в значительной его части близки к допускаемым и даже несколько ниже их. Можно предположить, что уменьшение толщины стенок бака до 1.2-1.3 мм в принципе возможно, но следует выполнить более точный расчет, учитывающий температурные напряжения, возможные броски давления в водопроводе и т.п.

Основные   рекомендации по проектированию сводятся к необходимости выполнять расчет прочности подобного рода конструкций методом конечных элементов, учитывать следует главным образом внутреннее давление. Учет других факторов, влияющих на напряженное состояние (температура воды, возможные броски давления) возможно проводить лишь в случае особой необходимости.

 

Список литературы

 

1. Леонтьев В. В. Теплопрочностной расчет внутреннего бака электрического водонагревателя / В. В. Леонтьев //Технические науки в мире: от теории к практике: сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. – Вып. 2. – Ростов-на-Дону, 2015. – С. 24-27.

2.     Авдонин А. С. Прикладные методы расчета оболочек и тонкостенных конструкций /А.С. Авдонин.– М.: Машиностроение, 1969.–402 с.