offline
- Drug pukovnik
- Legendarni građanin
- Pridružio: 31 Dec 2011
- Poruke: 5481
|
Ovo bi trebao biti spremnik kerozina prvog stupnja Saturn V. Oko ugodno gledati, a profesor i inžinjer Kraut je navodno izrekao da sve što je lijepo to je i tehnički dobro.
Ja ću za temu samo kratko i pojednostavljeno nešto napisati u čisto projektanskom segmentu. Spremnik ko spremnik je cijev čiji su krajevi počepljeni sa dancima, kalotama, kapama kako ko voli reći. Zašto vrištim na spomen kutnih zavara koji su navodno na ovom čudu od ekipe koja to razvija i konstruira će biti jasno kasnije.
Prvo cijev, cilindar. Tu imamo zavare koji su linearne (u smjeru osi) i radijalne (kružne) orjentacije. Račun naprezanja u pojednostavljenom obliku kaže da je naprezanje u aksijalnom smjeru po formuli
Sa=(unutrašnji tlak-vanjski tlak)*radijus/dvije debljine stjenke
Ovo naprezanje je ono koje nastoji ''poderati'' kružni zavar. Tangencijalno ili kružno naprezanje je pak ono koje nastoji ''poderati'' linearne zavare i računa se po formuli
St=(unutrašnji tlak-vanjski tlak)*radijus/debljina stjenke
Vidimo da su tangencijalna naprezanja dvostruko veća od aksijalnih naprezanja za iste uvjete (tlak, promjer, debljina) i tako i je. Voli se to pokazati na primjeru hrenovke (viršle) kada se kuha i prekuha, ona opna pukne po dužini hrenovke, nikada kružno.
Za zadnju kantu koju je ekipa tamo ispitivala (ja inače hidrotest smatram metodom provjere nepropusnosti, a ne metod provjere konstrukcij. Za to služi račun bilo ručni, bilo nekim programom) kažu da je ''pukla'' na 7 bara i da je stjenka cilindra 4mm.
Znači linearno naprezanje je bilo 395 Mpa, a tangencijalno 785 Mpa. Ili po projektu ako je projektni tlak 3 bara, 170 Mpa odnosno 340 Mpa. To naprezanje po projektu se uspoređuje sa dopuštenim i za inox vlačna čvrstoća je recimo 520 Mpa na sobnoj temperaturi i faktor sigurnosti neka bude 1,5 znači 520/1,5=350Mpa. Dalje se dopušteno naprezanje umanjuje za faktor zavarenog spoja koji bude 0,7 ; 0,85 ili 1. Smatram da za spremnik rakete 100% radijografsko ispitivanje zavara jednostavno ne može biti zaobiđeno i samo tada je faktor zavara 1. Znači dopušteno naprezanje je 350 Mpa i cilindar takav kakav je zadovoljava projektni tlak od 3 bara. Naravno bez dinamike već samo kao tlačni spremnik dole na majčici zemlji.
Kalota, kod nje isto imamo nekakve formule za računanje naprezanja i da ne kompliciram puno samo ću o sfernim odnosno polusfernim formama. Naprezanja aksijalna i tangencijalna za ovakva danca se računaju po formuli
Sd=(unutrašnji tlak-vanjski tlak)*radijus sfere/dvije debljine stjenke
Radijus sfere se misli na zaobljenost sfere, a kod kalote u polusfernoj formi zaobljenost sfere je jednaka radijusu cilindra. I zato je polusfera najbolja, najmanja su naprezanja. Što je kalota ''niža'' ili manje ispupčena odnosno što joj je radijus veći to su u linearnom odnosu i naprezanja veća. I tako uvjetno govoreći sve do ravne ploče koja se naziva slijepa prirubnica gdje je radijus zapravo beskonačno. Naravno za takve ravne kape druge formule se koriste, ali o tome nećemo, nema takvih na raketama. Nema ni ovakvih kombi formi što ekipa radi, tri raličite forme spojene u jednu kalotu. Pitajboga šta su tu iskemijali i zašto imaju taj konusni među komad.
I recimo da su odabrali polusferu i istu debljinu naprezanje na kaloti bi bilo 395 Mpa na tlaku 7 bara. Nadalje traži se da prelaz spoja cilindra i kalote bude što blaži, i tu opet polusfera daje maksimum. Ako nije polusfera onda kalota mora imati cilindričnu manžetu za spoj sa cilindrom spremnika. Zavarivanje na mjestu prelaza forme SE MORA IZBJEĆI.
Na slici Saturnovog spremnika vidimo kao i kod svih ostalih normalnih raketa da između kalote i cilindra imamo jedan prelazni komad i opisat ću ga kao komad u Y formi. Tri izdanka, jedan za sučeoni spoj na cilindrom, drug za sučeoni spoj sa kalotom i treći slobodni je za spoje dalje na konstrukciju rakete.
Ali čisto za predodžbu, zamislimo normalni sučeoni spoj cilindra i kalote. Tu u tom spoju su najveća naprezanja na cijelom spremniku. Za sada imamo naprezanje od tlaka, ali dodatno na to imamo i naprezanja uslijed nejednakog radijalnog istezanja cilindra i kalote. Cilindar se više radijalno isteže nego kalota, a kako je to sve spojene nema kuda već konstrukciji nema druge nego stisni zube i drži naprezanja. Pa onda uslijed toga imamo momente u tom spoju, moment je nezgodan uvijek.
A šta vidimo na kanti ekipe, ako slika ne vara, a vrlo je blizo tomu da su zaista zamislili kutni zavar za spoj kalote i cilindra. Užas u svakom od gore nabrojanih situacija.
Kutni zavar ima svoja pravila igre. Prvo koliki je taj kutni zavar. Teorija zavarivanja kaže da zavar ne ide preko 0,7 osnovnog materijala, i ako je stjenka cilindra 4mm to je maksimum za kutni zavar 3.
Taj zavar mora nositi sva nabrojana sranja tu u spoju, a kutni zavar je smično opterećen (radi jednostavnosti nećemo o Von Misesu i kombiniranom naprezanju dovoljno je i samo smično).
Opet, cilindar i polusferna kalota kutnim zavarom spojeno i projektni tlak 3 bara. Stijenka 4mm. Taj zavar ima nosivu površinu od 850 kvadratnih centimetara i spoj je opterećen silom od 1910 tona. Znači smično naprezanje u zavaru je po projektu 225 Mpa, ili kada bi se tlak dizao na 7 bara 525 Mpa. Puca garantirano, ko jedan puta jedan. Smično naprezanje u odnosu na vlačno ne prašta i ne upozorava, samo vrisne.
Zato dopušteno naprezanje za kutni spoj ne ide sa faktorima zavara 0,7 ; 0,85 ili 1 nego sa 0,45. U civilstvu bi to bilo 520/1,5*0,45=156 Mpa.
Ako je ekipa provodila hidrotest u smislu rasprskavanja da pokažu da u ukorjenjenim formulama ima rezerve i da je njihov zavar popustio na 525 Mpa što je ujedno i vlačna čvrstoća čelika tako da svi faktori sigurnosti su tu tek tako i mogli bi se mjenjati...zato nisu ni trebali raditi test probu, to se i matematikom odnosno recimo metodom konačnih elemenata moglo zaključiti.
Ako neko komentira da su onda zapravo zavarivači dobro zavarili, ne sumnjam da je kupio vrhunske zavarivače, samo dodatni materijal je uvijek klasa iznad osnovnog materijala tako da 520 Mpa bude malo više.
|
.
