Pytanie:
Jak wagon może wytrzymać wysokie ciśnienie, ale zawieść pod próżnią?
ARinLA
2017-01-14 09:31:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wagon do przechowywania chemikaliów o pojemności 25 000 galonów (95 000 litrów) może przechowywać produkty o ciśnieniu par przekraczającym 200 psia (1,38 MPa). Ten sam wagon nie może wytrzymać próżni podczas rozładunku. Chcę zrozumieć, dlaczego.

W tym przykładzie wagon do przechowywania chemikaliów luzem (zakładając czynnik chłodniczy w ciepły dzień) jest wyjątkowy pod względem konstrukcji w tym sensie, że jest to zbiornik ciśnieniowy o ciśnieniu wewnętrznym znacznie przekraczającym 200 psig (1,38 MPa), podczas gdy wiele zbiorników metalowych jest ocenianych w przypadku znacznie niższych ciśnień różnica ciśnień między atmosferą a wnętrzem metalowego zbiornika może być zazwyczaj zbliżona do różnicy znalezionej w tym przykładzie, 14,7 psi (101 kPa) lub mniej.

Definicja zbiorników metalowych może być interpretowana nie tylko w odniesieniu do ciśnień, ale także grubości ścian. Jedna z postawionych odpowiedzi dotyczy plastikowych lub aluminiowych pojemników na sodę. Właściwości materiału znacznie różnią się od tych typowych dla typów wagonów, które tu przedstawiłem.

Powiązane: [Imploding wagon w Mythbusters] (http://www.youtube.com/results?search_query=mythbusters+train+implo*).
Poprawiłem jednostki, ale nie jestem pewien, czy * psig * i * psia * są literówkami lub innymi jednostkami niż * psi *.Nie jestem też pewien, czy masz na myśli galon amerykański czy galon brytyjski, ale nie jest to zbyt istotne w przypadku tego pytania.Do przeliczenia przyjąłem galony amerykańskie.
Prężność par to psia, a ciśnienie znamionowe statku lub wagonu jest zwykle podawane w psig.Różnica oczywiście nie jest ani miernikiem, ani absolutną.
Cztery odpowiedzi:
alephzero
2017-01-14 10:20:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zbiornik ciśnieniowy składa się głównie z cienkiej metalowej płyty. Jeśli eksperymentujesz z cienkim arkuszem materiału (na przykład kawałkiem papieru), zobaczysz, że bardzo łatwo go zgiąć, ale znacznie trudniej go rozciągnąć.

Jeśli w zbiorniku kulistym lub cylindrycznym występuje ciśnienie wewnętrzne, jedynym sposobem, w jaki ciśnienie może wykonać pracę mechaniczną (tj. siła $ \ razy $ odległość), jest zwiększenie wewnętrznej objętości naczynia, a jedynym sposobem na to polega na rozciągnięciu materiału, co jest trudne.

Jednak ciśnienie zewnętrzne może działać poprzez zmniejszenie wewnętrznej objętości, co jest łatwe do zrobienia bez rozciągania ściany naczynia, poprzez złamanie oryginalnej cylindrycznej lub sferycznej symetrii naczynia i „zgniecenie” ściana. Ponieważ struktura nigdy nie będzie miała idealnie jednolitego kształtu, zawsze będzie istniał „słaby punkt”, od którego zacznie się zgniatanie. Ta strona http://publish.ucc.ie/boolean/2010/00/dePaor/11/en zawiera ładne zdjęcia pokazujące, co się dzieje.

Podstawowa zasada działa dokładnie tak samo w przypadku prostszej geometrii, na przykład wyboczenia Eulera słupa. Jeśli zastosujesz obciążenie rozciągające do słupa, jedyną możliwością jest rozciągnięcie materiału i wydłużenie kolumny. Ale jeśli zastosujesz obciążenie ściskające, możesz skrócić kolumnę bez zmiany długości materiału, gdy wygina się on w zakrzywiony kształt.

Albo wymień kolumnę na sznurek i nagle nikogo nie dziwi, że wytrzymuje większe napięcie niż ściskanie, bo jesteśmy do tego przyzwyczajeni ;-)
Czy to jest to samo zjawisko, które sprawia, że szprychy poddane równoważnemu napięciu są dobrym projektem?
@bright-star Inna, ale tak, bardzo podobna zasada.Szprycha łatwo zgina się pod wpływem ściskania, ale jest mocna pod wpływem naprężenia.Szprychy koła są więc wstępnie napinane na tyle, że gdy koło jest obciążone, wszystkie są nadal do pewnego stopnia napięte, co powoduje, że koło jest mocniejsze, a szprychy wolniej się zużywają, ponieważ mniej się wyginają.
Cort Ammon
2017-01-14 09:41:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ciśnienie rozprężania ma zupełnie inny skutek niż ciśnienie zgniatania.Rozszerzające się ciśnienie wydaje się być stabilne.Jeśli występuje defekt w kształcie wagonu, ciśnienie ma tendencję do wypychania go na zewnątrz do odpowiedniego kształtu.Jednak ciśnienia zgniatania są niestabilne.Jeśli w wagonie występuje usterka w przykładzie próżni, ma ona tendencję do odciągania usterki dalej od prawidłowego kształtu.To pogarsza defekt i zaczyna powodować niekontrolowany efekt.

Efekt ten możemy zaobserwować na ludzką skalę przy dwulitrowej butelce napoju gazowanego.Oczywiście może wytrzymać duże ciśnienie od wewnątrz, ponieważ soda jest pod ciśnieniem podczas dostarczania.Jeśli opróżnisz butelkę i spróbujesz ją wysadzić własnym oddechem, szybko przekonasz się, że butelka jest znacznie silniejsza niż jesteś w tym kierunku.Jeśli jednak opróżniasz butelkę, wysysając z niej powietrze, nie wymaga to prawie żadnego wysiłku.

Przed otwarciem pojemniki na napoje gazowane mają zazwyczaj około 3 1/2 atmosfery (50 psi).
Aby uzyskać jeszcze bardziej dramatyczny przykład, rozważ coś w rodzaju balonu z folii mylarowej.Napompowany balon taki może wytrzymać znaczny nacisk bez rozciągania lub pękania, ale bez wewnętrznego nacisku, który go podtrzymuje, nie może nawet utrzymać własnego ciężaru.
Whit3rd
2017-01-14 13:25:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Uszczelnienie portu w zbiorniku ciśnieniowym może spowodować wykorzystanie ciśnienia w naczynie do ściśnięcia uszczelki (mocno dociśnij O-ring do drzwi);taki uszczelka nie zostanie odpowiednio ściśnięta, jeśli w naczyniu panuje próżnia.

Wiele naczyń ciśnieniowych o cienkich ściankach wykorzystuje do utrzymania napięcie wywołane ciśnieniem kształt (jak balon);pod podciśnieniem, jak balon, tego rodzaju statku zawali się.

akhmeteli
2017-01-14 10:12:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wagon ma dodatkowe tryby uszkodzenia podczas ściskania - niestabilność lub wyboczenie ( https://en.wikipedia.org/wiki/Buckling)

Proponuję dodać trochę więcej na ten temat, przede wszystkim fakt, że w większości zbiorników ciśnieniowych są zbudowane tak, że nadciśnienie będzie miało tendencję do wypychania wszelkich zlokalizowanych defektów w naczyniu z powrotem do ich właściwego kształtu, podczas gdy podciśnienie będzie je popychać dalejz dala od ich prawidłowego kształtu.


ⓘ
To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...