气雾罐的承载能力及其许用压力的选用.pdf

7 第 1 1 卷 第 1，2期 1 9 9 2年 6 月，器 蝌 力 专 多&西 大 连 轻 工 业 学 院 掣 报 J OURNA L OF DAL L 4,N S 丌1 1 几E OFMGI-r TI NDU擎mlY 爻 Vo l L l No L 2 J u 1 9 9 2 气 雾 罐 的 承 载 力 及 其 许 用 压 力 的 选 用 封 恒林 赵世 匡 张维新(机械工程系)(食品工程系)(机械实验室)摘 要 本文用一种简捷方法测量了气雾罐承受内压时的应力变化，并通过实验数据标绘 出应力变化 图表，提 出 了许 用压 力 的选 择原 则通 过实 验还 找到 了气雾 罐在 承受 内压 时 的薄 弱 环节，为 进 一 步改进罐捧结构，提高承载能力提供 了依据 关键 词：改革开放 敞开 了锁 国 的太 门，随着 国 外技 术和产品的引进，气雾罐在我 国的应用也 日 趋广泛 开 始 见 于 盛装 打 火 机 用 的丁 烷 气，进而见于盛装定型发胶等化妆品，接着是盛装 杀虫荆等药品，直到最近研究出用它盛装氧气，制成 了便携式氧气罐头 气雾罐虽然国外运用，国内已运用，国外制造，国内也制造，但至今对 其究竟能承受多大压力仍投有科学的依据，尤 其是用它盛装氧气，总想多装一些，又怕压力过 大而不 安全 为此，我们 通过实验应 力分 析 得 出 气雾罐的承载能力，并找到了气雾罐的应力分 布规律和薄弱环节，为进一步改进罐体的结构，善 提高其承载能 力提供 了可靠的依据，以便 扩大 其应用范围和使用价值 1 实验用气雾罐和 实验方案 1 1 实验用气雾罐 实验用气雾罐为圆柱形马口铁(0 S F优质 碳素 钢)高频焊涂料罐，如图 1 所 示，罐身 1 为柱形圆筒，直径为 m5 5 mm，高 2 0 0 mm，壁 厚为 0 2 5 n l in 罐底 2(下封头)壁厚 0 2 8 i-n n l，为内凹球形封头，采用封罐机以二重卷边结构 与罐身连接罐盖 3(上封头)壁厚 0 2 8 i-n n l，为上 凸球 形封头，边是 用封罐机 以二重 卷边 结 本文收到 日期：1 9 9 0年 I 2 月 2日 图 1 气 雾罐 结构 图 6 8 大连轻工业学院学报 第 1 1 卷 构与 罐身连接，1 2 实验方 案 1 2 1 实 验方法 但在 中心处设有 3 0 mm 孔，用以卷封排气闻装置 4，排 气阀外露 出气咀5 为 简 单 起 见，我 们 采 用“气 瓶 加 压”的水压 试验，也 就是先将 试验罐灌 满水，宴验 时 用 的加 载 装 置如 图 2所 示将 氧气钢瓶 L的压力通 过氧气表 2 有控制地通 过胶 管 3、灌气 咀 4施 加在 气雾 罐 7内，气 雾罐 内顶 隙 中的 空 气 和进 入 的 氧 气 一 道，逐 步 提 高 压 力，并 将 压 力施 加 于罐 盖 和罐 内液 体，再 通过水 的传 递 作用 于 罐身 及 罐底 等 罐 内各 个 部 位这样，调 节 氧 气 表 2读 出的输 出 压力 即 为气 雾 罐 7所承 受 的 内压 力使 用加 载装 置的 目的 是 使 气 1 氧气钢瓶 2 氧气输出压力表；3、胶管 4、蔼气咀 5 横粱；6、砝码；7、气雾罐；8 蛰块(为引出电阻片导线用)；9、支槊；l O、气咀 图 2 实 验用 加载 装 置 图 雾罐在 自由膨胀条件下，用砝码 6的重量通过横粱 5 压在灌气咀 4 上，镬气咀 4 推动气咀 l O 压缩排气阀中的弹簧，从而使气雾罐 7的闼始终处于开启状态，以便气雾罐内压力与氧气 表 2的压力保持一 致 L J l 厂 l 图3 应 变 片 的布置 圉 实验时采 用半 桥 公共 温 度补偿 法，从 0 1 MP a开始 每升高 0 1 M P a 由电阻应变 仪上测读一次读 数，它 即为各应 变片的应变值 1-z2 实验仪器 及仪 表 1)电 阻 应 变 计：采 用 l mm l mm 的箔式应变 片，阻值为 1 2 0 士 0 1n 2)电阻应 变仪：采 用 Dl 型 电阻应变仪 3)预 调平 衡箱：采用 P 2 0 R1 型预调平衡箱 4)氧气表：输 出表表压量 程为 2M Pa 1 2 3 应变 片布置方 案 如 图 3所 示，整个 罐体 上布 置 了 l 0个 应变 片和一 个 应 变 花，其 编号如 下：l 和 2#分 别 为 罐 身 上沿轴 向和环 向布置 的应 变 片，3#第 1 2期 封 恒 林等：气 雾罐 的承载 能力 及其 许用 压力 的选用 6 9 和 4 分别为罐底上外缘处和 2 R 处环向布置的应变片8 和 9 分别为罐底上 2 R 处和外 缘处径 向布 置的应变 片5 、6 和 7 为罐底 中心 处布 置 的直 角应 变 花1 0 和 1 1 分别为 罐盖 上外缘 处和 接近 3 0 mm 卷封处径 向布置的应 变片1 2 和 1 3 分 别 为 罐盖上 接近 3 0 n l n l 卷封处和 外缘 处环向布置 的应 变片 2 试验结果与分析 土1 试验 结果 表 1 罐体 各点 的应力 值 0笠 0 3 4 0 4 0 0 5 l 0 6 0 07 0 0 8 O 09 0 l 0 8 罐身轴 向应力 I 9 2 7 4 4 3 l 3 6 3 蛆 2 4 3l 2 4 9 0 5 Z 9 2 5 7 8 2 6 6 4 罐 身环 向 应力 3 5 2 8 5 2 9 2 6 27 2 8 n3 6 9 3 1 0 1 0 7 6 1 2 2弼 1 4 30 8 1 8 6 2 0 罐底外缘环 向应力 2 4 5 0 4 01 8 4 9 9 8 6 丘 6 4 8 I 3 4 9 8 0 l I 1 7 2 I 1 8 5 8 1 5 8 7 6 罐底 1 2R址环向应力 一 8 6 一l n7 8 1 4 7 0 一I -2 1 5 6 一 4 4 3 1 3 6 3 5 2 8 4 41 0 罐 底 中心 址 主应力 一7蹦 一 l 23 5 一I 70 5 2l 9 5 2 0 7 3 1 6 9 3 5 9 3 4 Il 6 5 1 2 9 罐底 1 2R址径向应力 一3 9 2 一 8 2 1 1 7 6 1 5 6 8 一l 氆 6 2 2 1 5 6 2 6 4 6 2 9 4 0 3 6 2 6 罐底外缘址径向应力 一2 0 5 4 8 0 2 6 4 6 8 8 4 2 8 9&9 8 -t 2 l 5 2 一 l 3 91 6 一l 7 2 一 9 0 罐盖外缘址径向应力 3 1 3 6 5 1 9 4 6 8 8 8 2 o 1 0 2 9 0 I 2 4 4 6 1 5 5 8 2 2 5 4 鲫 2 4 5 0 罐盖 3 0 m 卷 封 处径 向应 力 一2 4 6 4 4 1 0 6L 7 4 8 3 3 0 9 8 0 1 2 1 5 2 1 3 8 1 8 1 6 1 7 0 2 0 5 8 0 罐 盖 3 0 m 卷封址环向应力-3 9 2 5 8 8 8 0 一I l 7 6 1 3 7 2 一l 5 6 8 1 5 6 8 一I 6 6 6 2 7 4 4 罐盖 外缘 址环 向应 力 1 9 6 0 3 3 3 2 4 5 0 8 5&8 0 6 8 6 0 8 2 3 2 9 01 6 9 40 8 3 6 e M Pa (1)罐身轴向应力 D O 2 0 4 0 6 08 1 0 P，M P a 2)罐身环向应力 m 啪 m 大连轻工业学院学报 第 l 1 卷 窆 百 窆 o 02 o o6 0 8 l_ o Pf M P (3)哇庇外蟓址环向应力 P，M P a (5)罐底 中心扯主应力 0 02 0 6 0 B I 0 P，M f 8)罐庇 l，2 R扯径向应力 窆 百 PM Pa (4)罐庇 1 2 R址环向应力 0 0 2 0 0 6 0 B 1 0 ，M P a (9)罐庇外缘址径向应力 舢 m 姗 瑚 2 拈 第 l 2期 封恒林等：气雾罐的承载能力及其许用压力的选用 7 L P M P a (1 0)耀盖外缘处径向应力(1 1)罐盖 3 0 fi l m卷封处径向应力 P I MP e Mr,a (1 2)耀盖 蚴mm卷封处拜 向应力(1 3)耀盖外糠处环向应力 图4 表 1列 出了用 实测应变值计算 的各点 应力值图 4画出 了各点 的应力 随载荷 变化 的 曲 线O 8 F优质碳素钢的屈服应力 为。=1 8 k g f m m=1 7 6 5 3 MP a，表 1 指 出当载荷 为 0 9 MP a时，罐盖外缘处径向应力(1 0 片)已超过屈服应力，该处为整个罐体的危险点+由图 4(1 0)可见，当载荷超过 0 7 MP a 时，应力与载荷已成为非线性关系，这即为弹性阶 段的最大值，超过该值后将有塑性变形出现一般地，当载荷达到 0,9 MP a时，罐盖外缘 处 的沟槽 就被拉开，产生十 分明显的塑性 变形 2 2 许用载荷的选用 由于 0 8 F优质碳素钢为塑性材料，通常安全系数 取 1 4 1 7，考虑 到气雾罐(特 别是 氧气 罐)在 灌气、运输、贮存 和使 用时，环境温度变化有可能使罐内压 力 增 大，为安 全 起见，我们取最高值。=1 7，这样，许用应力为：大连轻工业学院学报 第 儿 卷=1 0 3 8 4 M P a 由表 1查 出，对于罐盖 外 缘处(危险 点)，其 径 向应 力为 1 0 3 8 4 MP a时所 对 应 的内压 力用 牛顿 插 值 法得 出为 P=0 6 1 MP a，于是 我们 建 议 许 用 载 荷(罐 内压 力)宜 选 用 P 0 6 MP a，以保证整个罐体在 弹性 范围 内工 作，气雾罐将有足够 的使用寿命 3 改进建议 根据上 述试 验结 果，我们建议 改进 罐盖外缘处沟槽的构造或在该处加 以朴强(如加厚 或 加 筋)，以增大 此处的强度其它各点应力均较此处低得多，这是提高气 雾 罐承 载 能 力 的有 效方法，致谢本 工作得 到大连 印铁 制罐厂 的大力 协助 与支持，在此表示 由衷的感谢 参考文献 张如一，黯耀桢实验应力分析北京：机械工业出版社1 9 8 1 阿弗里 尔 J 实验 应力 分 析手 册北 京：机械工 业 出版社，1 9 8 5 大 连工 学 院材料 力 学实 验 窒 3 5 0烘缸 电测 实验 报告，1 9 8 4 吉林 工 大农 机 系，一 机 部农 机研 究 院应变 片 电测 技术北 京：机械工 业 出版社，1 9 7 8