Flachgewölbte Kesselböden mit geringer Wandstärke für zylindrische
Druckbehälter Die Erfindung betrifft einen flachgewölbten Kesselboden mit geringer
Wandstärke für zylindrische Druckbehälter, bei dem der Übergang vom zylindrischen
Teil des Behälters in die Kugelhaube als Krempe mit stärkerer Krümmung als die der
Kugelhaube ausgebildet ist.Flat vaulted boiler bottoms with low wall thickness for cylindrical ones
Pressure vessel The invention relates to a flat arched boiler bottom with a low
Wall thickness for cylindrical pressure vessels, where the transition from the cylindrical
Part of the container in the spherical hood as a brim with a greater curvature than that of the
Ball hood is formed.
Es ist bekannt, den Böden zylindrischer Druckbehälter die Form einer
Kugelhaube zu geben und dabei den Übergang zwischen Kugelhaube und zylindrischem
Teil des Behälters als Ringschale auszubilden, deren Meridian ein Kreis ist, der
einen geringeren Krümmungsradius hat als die Kugelhaube. Bei den geringen Wandstärken,
die für Behälter mit kleinem Überdruck verwendet werden, treten bei dieser bekannten
Form der Kesselböden in der Ringschale (Krempe) des Bodens an einer Stelle hohe
Beanspruchungen in meridionaler Richtung auf, die vor allem durch Biegemomente verursacht
werden. Von Eucken-Jakob werden beispielsweise die Ring-und Meridianspannungen in
einem Diagramm dargestellt und aufgezeigt, daß neben einem kleineren Maximum im
Bereich der Wölbung ein hohes Beanspruchungsmaximum in der Krempe auftritt. Diese
Spannungen resultieren aus den Differenzen zwischen den Ausdehnungen der Kugelhaube,
der Krempe und dem zylindrischen Teil des Behälters. Zum Auffangen dieser Beanspruchungsspitze
führt man die Krempe entweder überdimensioniert aus, indem man ihr eine unwirtschaftlich
große Wandstärke gibt, oder aber man stützt sich auf empirische Werte. Dann kommt
man zwar zur geringeren Wandstärke, nimmt aber in Kauf, daß der Behälter unter Druck
seine Gestalt selbst so verändert, daß die Spannungsspitzen, die zum Fließen des
Behältermaterials führen, zu Lasten ursprünglich weniger beanspruchter Stellen abgebaut
werden. Dieser Vorgang ist unerwünscht, da er unkontrolliert verläuft und man nicht
vorhersagen kann, ob sich eine Neukonstruktion genügend anpassen wird. Außerdem
besteht die Gefahr, daß der Kessel bei Temperaturen um den Gefrierpunkt dort spröde
bricht, wo er seine Gestalt durch Fließen verändert hat.It is known that the bottoms of cylindrical pressure vessels have the shape of a
To give spherical cap and thereby the transition between spherical cap and cylindrical
To form part of the container as a ring bowl, the meridian of which is a circle, the
has a smaller radius of curvature than the spherical cap. With the small wall thicknesses,
which are used for containers with small overpressure occur in this known
Shape of the boiler bottoms in the ring shell (brim) of the bottom at one point high
Stresses in the meridional direction, which are mainly caused by bending moments
will. For example, Eucken-Jakob describes the ring and meridian tensions in
a diagram and shown that in addition to a smaller maximum in
In the area of the bulge, a high stress maximum occurs in the brim. These
Stresses result from the differences between the expansion of the spherical cap,
the brim and the cylindrical part of the container. To absorb this peak load
if the brim is either oversized by giving it an uneconomical
there is a large wall thickness, or one relies on empirical values. Then comes
one admittedly to the thinner wall thickness, but accepts that the container is under pressure
its shape itself changes in such a way that the stress peaks that cause the
Lead container material, dismantled at the expense of originally less stressed areas
will. This process is undesirable because it is uncontrolled and you don't
can predict whether a new design will adapt sufficiently. aside from that
there is a risk that the boiler will become brittle at temperatures around freezing point
breaks where it has changed its shape by flowing.
Schließlich erhält die Ringschale Druckspannungen, die vom Radius
des Meridiankreises abhängen. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kesselboden aufzuzeigen,
der schon bei der Herstellung so geformt ist, daß er sich nicht durch Fließen der
Betriebsbeanspruchung anzupassen braucht, sondern diese in ihrer ursprünglichen
Gestalt aufnehmen kann. Dazu erhält der Boden erfindungsgemäß eine Krempenform,
deren Meridiankurve keinen konstanten Radius hat, sondern sich aus mehreren Kreisbögen
mit verschiedenen Krümmungsradien zusammensetzt, welche von der Kugelhaube zum Zylinder
hin abnehmen. Die Krümmungsradien können dabei stückweise konstant sein, sie können
aber auch stückweise stetig abnehmen oder stetig abnehmen.Eventually the ring shell receives compressive stresses caused by the radius
depend on the meridian circle. It is the object of the invention to show a boiler bottom,
which is already shaped during manufacture in such a way that it cannot flow through the
Operating stress needs to adapt, but this in its original
Can take shape. For this purpose, according to the invention, the bottom is given a brim shape,
whose meridian curve does not have a constant radius, but consists of several arcs
composed with different radii of curvature, which from the spherical cap to the cylinder
decrease towards. The radii of curvature can be constant piece by piece, they can
but also gradually decrease or decrease step by step.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kesselbodens erhält man
innerhalb der Krempe an Stelle eines einzigen hohen Beanspruchungsmaximums in meridionaler
Richtung zwei untereinander annähernd gleich große kleinere Maxima. Da die notwendige
Wandstärke vom Höchstwert der Beanspruchung abhängt, ist es nunmehr möglich, die
Wandstärke des Bodens nicht mehr nach einem Höchstwert, sondern nach Höchstwerten,
die niedriger liegen, zu bemessen. Der erfindungsgemäße Boden läßt daher eine wesentlich
bessere Ausnutzung des Werkstoffes zu und führt zu einer erheblichen Materialeinsparung.
Diese Einsparung wirkt sich insbesondere bei der Verwendung von hochwertigen Werkstoffen
kostenmindernd aus. Ferner ist es bei der Verwendung des Bodens nach der Erfindung
möglich, die auftretenden Beanspruchungen sicher vorauszubestimmen.The inventive design of the boiler bottom is obtained
inside the brim instead of a single high stress maximum in meridional
Direction of two smaller maxima of approximately the same size. Because the necessary
Wall thickness depends on the maximum value of the stress, it is now possible to use the
Wall thickness of the floor no longer according to a maximum value, but according to maximum values,
which are lower to be measured. The soil according to the invention therefore leaves an essential
better utilization of the material and leads to considerable material savings.
This saving is particularly important when using high-quality materials
reducing costs. Furthermore, it is with the use of the floor according to the invention
possible to reliably determine the stresses occurring in advance.
Die Form des erfindungsgemäßen Kesselbodens wird bestimmt, wie im
folgenden mit Hilfe der Figuren dargestellt ist. Dabei zeigt F i g. 1 einen Kesselboden
der bekannten Bauart, F i g. 2 mit Kurve 1 die Beanspruchung in der Krempe bei einem
solchen gebräuchlichen Kesselboden, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist, F i
g. 3 die beispielsweise Ermittlung von (rin, s)
und F i g. 4 die Form eines
erfindungsgemäßen Kesselbodens.The shape of the boiler bottom according to the invention is determined as shown below with the aid of the figures. F i g. 1 shows a boiler base of the known type, FIG. 2 with curve 1 shows the stress in the brim in the case of such a common boiler bottom designed according to the invention, FIG. 3 the determination of (rin, s) and F i g, for example. 4 shows the shape of a boiler bottom according to the invention.
Man geht zu seiner Ermittlung von einer Kugelhaube bestimmten Halbmessers
R und öffnungswinkels (p aus. Für verschiedene Radien r" und Wandstärken s einer
Krempe üblicher Form ermittelt
man die Ringspannungen ag, bis man
ein Paar (r., s) gefunden hat, bei dem die Ringspannungen unterhalb der durch die
Fließgrenze und die Beulgefahr gegebenen Grenzen bleiben. In F i g. 3 ist dazu ein
Beispiel dargestellt. Durch den Radius r. ist der übergangswinkel ak zwischen Kugelhaube
und Krempe festgelegt. Dieser Winkel wird in etwa drei gleich große Bereiche mit
den Grenzwinkeln cal und a2 aufgeteilt, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Für den
ersten Bereich von a = 0 bis a = a, wählt man einen Radius r1, während im mittleren
Bereich von a = a1 bis a = aQ der oben ermittelte Radius r2 = r. beibehalten
wird. Aus den übergangsbedingungen an den Bereichsgrenzen ergibt sich der Radius
r3 für den dritten Bereich a < a < ak. Durch Veränderung von r1 werden
1.e beiden Maxima der Beanspruchungen in der Krempe etwa gleich groß, wie dies die
Kurve II in F i g. 2 zeigt.To determine it, one starts with a spherical cap with a certain radius R and opening angle (p. For different radii r "and wall thicknesses s of a brim of the usual shape, one determines the ring stresses ag until one has found a pair (r., S) in which The ring stresses remain below the limits given by the yield point and the risk of buckling. An example of this is shown in FIG. 3. The transition angle ak between the spherical cap and the rim is determined by the radius r. This angle is divided into approximately three equal areas divided by the critical angles cal and a2, as shown in Fig. 4. For the first area from a = 0 to a = a, a radius r1 is chosen, while in the middle area from a = a1 to a = aQ the above determined radius r2 = r .. The transition conditions at the area boundaries result in the radius r3 for the third area a <a < ak pe is about the same as curve II in FIG. 2 shows.