|
Способы снижения тепловых напряжений, вызываемых торможением формы, заключаются прежде всего в устранении первопричины - неравномерности температурного поля по сечению детали. Иногда этого удается достичь рациональным охлаждением детали. Так, для роторов турбин целесообразно вводить охлаждение их периферийной части. Охлаждение центральной части ротора нерационально, так как понижение температуры может вызвать на рабочих режимах увеличение растягивающих напряжений в ступице.
Если перепад температур неустраним по функциональному назначению детали (трубы теплообменных аппаратов), то выгодно применять материалы с благоприятным сочетанием прочности, Теплопроводности и теплового расширения. Например, трубы из ситаллов с нулевым коэффициентом линейного расширения совершенно не подвержены термическим напряжениям.
Термические напряжения можно снизить введением тепловых буферов, т. е. увеличением податливости участков детали с температурой, отличающейся от температуры смежных участков.
Пример изменения конструкции охлаждения цилиндра двигателя. При жесткой рубашке охлаждения в стенках цилиндра, имеющих более высокую температуру, возникают осенаправленные напряжения сжатия, а в стенках рубашки - напряжения растяжения. Гофрирование рубашки 2 резко снижает термические напряжения. В деталях фасонной коробчатой формы следует избегать поясов жесткости, плоских перегородок и резких переломов, препятствующих тепловому расширению. Выгодно применять конические, сферические и тому подобные формы и обеспечивать плавные переходы от одних участков детали к другим. Эти меры способствуют выравниванию температурного градиента, а также увеличению податливости деталей в направлении действия термических сил
Температурные швы. В некоторых случаях удается без ущерба для функционального назначения детали полностью или почти полностью устранить торможение формы как первоисточника термических напряжений. Примером могут служить температурные швы - радиальные прорези, проделываемые в кольцевых охлаждающих ребрах. Во избежание нарушения правильной цилиндрической формы прорези располагают в шахматном порядке или по спирали.
Температурные швы незначительно ухудшают теплорассеивание ребер. Если прорези расположить настолько часто, чтобы кольцевые ребра превратить в отдельные столбики (игольчатая поверхность охлаждения), то оребрение будет совершенно свободным от термических напряжений. Потеря охлаждающей поверхности на участках расположения вырезов компенсируется образованием новых охлаждающих поверхностей на торцах вырезов. Компенсация может быть полной, если ширина прорезей равна толщине ребра. Кроме того, теплорассеивание улучшается вследствие повышения турбулентности воздушного потока в ребрах. Масса оребрения значительно меньше, чем при кольцевых ребрах (приблизительно вдвое, если ширина прорезей равна ширине охлаждающих игл).
Дальнейшее развитие этого принципа охлаждения заключается в создании щеточной поверхности, например, припайкой к стенкам витых проволочных спиралей.
|
