Техника - молодёжи 1974-10, страница 21

В жизни мы часто сталкиваемся с обыденными явлениями, которые нам кажутся простыми, понятными. Но порой при детальном изучении и* параметров даже опытные ученые испытывают затруднения. Между тем знание их подчас оказывается весьма полезным при конструировании различных технических устройств.

К таким явлениям можно отнести прохлопывание металлических мембран. Практическое их применение широко известно пока лишь одно — это масленка. Надавил пальцем на слегка выпуклое донышко, выжал капельку масла — и с характерным хлопком мембрана возвратилась в первоначальное положение. Такие масленки существуют издавна, но детально изучили механизм действия мембран совсем недавно в лаборатории тонкостенных конструкций нашего института. Работа по измерению слагаемых сил, производящих хлопок, и геометрических параметров мембран оказалась настолько трудоемкой, что пришлось пользоваться электронно-вычислительной машиной БЭСМ-6. Разумеется, расчеты производились не ради забавы. Мы нашли очень ценное применение хлопающих мембран.

В лаборатории создано несколько их типов для использования в качестве предохранителей от разрыва избыточным давлением различных технологических аппаратов, емкостей, сосудов.

По конструкции такой предохранитель весьма прост. Он представляет собой тонкостенную сферическую оболочку, которая зажимается в кольцах на патрубке емкости. Выпуклой частью мембрана обращена внутрь предохраняемого резервуара. Когда в нем давление превышает расчетное, сфера клапана выворачивается, прохлопывает.

Устойчивость сферы и прочн сть материала, из которого она изготовлена, можно рассчитать таким образом, что оболочка лопнет от динамических сил хлопка. Избыточное давление, создавшееся в емкости, можно снимать и другим, более простым способом — установить в вогнутой части предохранителя острие, которое проколет мембрану при выворачивании ее.

Правда, раньше применялись для этих же целей внешне очень похожие прямые разрывные мембраны. Но похожесть эта кажущаяся, на самом деле по _ принципу действия они отличаются примерно так же, как, скажем, паровой котел от русской печки. Прямой тонкий лист металла, зажатый в кольцах, под действием избыточного давления разрушается, а у мембраны разрыв —

2*

ГЕОМЕТРИЯ | *

Леонард ЦАРЮК,

старший научный сотрудник НИИ механики и прикладной математики при Ростовском государственном университете

это вторичное явление, а первое ее действие связано с потерей устойчивости выпуклой поверхности. Не разрушение, а хлопок — вот в чем принципиальная разница.

Механизм хлопка совсем иной, нежели механизм разрыва. При расчетах срабатывания хлопающих мембран берутся во внимание не прочностные свойства материалов, а геометрические параметры сферической поверхности и упругость. Характеристики геометрических величин и упругость материала намного стабильней характеристик прочности. Например, упруго.ть для большинства сталей мало меняется от марки к марке, хотя прочность при этом повышается или понижается в десятки раз. Колебания величины упругости в пределах одного куска (рулона) материала ничтожны, между тем как прочность резко скачет.

Таким образом, критическое давление для хлопающей мембраны зависит от параметров, легко поддаю-

Устройство зажима хлопающей мембраны в цистерне.

щихся контролю. Поэтому точность ее срабатывания колеблется в пределах 0,5 — 1%, a v разрывных мембран — 10 —15%. Еще одно преимущество хлопка перед разрывом заключается в том, что настраивать мембраны на определенное давление можно не подбором металлов по толщине и прочности, а изменением кривизны одной и той же заготовки, что гораздо проще и дешевле.

Наконец, у хлопающей мембраны можно легко определить состояние так называемого безразличного равновесия, когда вот-вот произойдет хлопок. Чем ближе величина критического давления, тем больше деформируется сферическая поверхность. Процессы, предшествующие хлопку, можно фиксировать и измерять. Для этой цели в лаборатории сконструировали электронный дифференциатор. При входе мембраны в состояние безразличного равновесия устройство может приводить в действие клапан сброса давления. Таким образом, защита емкостей от разрыва давлением поддается автоматизации.

Хлопающие мембраны проще, дешевле и намного надежней разного рода других предохранителей того же назначения.