ES2279091T3 - CONTAINER UNDER PRESSURE GIVEN WITH A TUBULAR CONNECTION. - Google Patents
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Abstract
Description
Recipiente bajo presión dotado de una conexión tubular.Pressure vessel equipped with a connection tubular.
La presente invención consiste en un recipiente bajo presión que contiene por lo menos una conexión tubular sobre una abertura de la pared del recipiente según el preámbulo de la reivindicación 1.The present invention consists of a vessel under pressure containing at least one tubular connection over an opening of the vessel wall according to the preamble of claim 1 .
Si se alimenta un recipiente bajo presión, por ejemplo con una sobrepresión interna, neumática o hidráulica, aparecen tensiones en la pared del recipiente. Para reducir al mínimo las tensiones así como para maximizar la relación del volumen en la superficie, construimos recipientes bajo presión de forma que se acerquen en lo posible a la esfera o al cilindro. Si se aplica una conexión sobre dicho recipiente, las tensiones se concentran en la zona de la conexión, lo que hace que esta zona esté más fuertemente presionada y forme un punto débil del recipiente bajo presión.If a vessel is fed under pressure, then example with an internal, pneumatic or hydraulic overpressure, Tensions appear on the vessel wall. To reduce to minimum tensions as well as to maximize the ratio of volume on the surface, we build containers under pressure of so that they approach the sphere or the cylinder as much as possible. Whether a connection is applied on said container, the tensions are concentrate on the connection zone, which makes this zone is more strongly pressed and forms a weak point of the vessel under pressure.
En los recipientes bajo presión fabricados con una técnica de moldeado por inyección en materia plástica con conexiones tubulares, como las que utilizamos por ejemplo para las cajas de contador de agua, tenemos junturas de enlace, debido a la fabricación, en el sentido de derrame del material del moldeado por inyección detrás de las conexiones, y así una zona en la cual también se concentran tensiones. Para la pieza, esto significa un notable debilitamiento, porque una demanda más fuerte precisamente aparece allí dónde se debe contar simultáneamente con las propiedades más débiles del material.In pressure vessels manufactured with a plastic injection molding technique with tubular connections, such as those used for example for water meter boxes, we have link joints, due to the manufacturing, in the sense of spillage of the molding material by injection behind the connections, and thus an area in which tensions are also concentrated. For the piece, this means a noticeable weakening, because a stronger demand precisely it appears there where you must have simultaneously the weaker properties of the material.
Incluso en las piezas en forma de T o análogas, en las cuales una tubería se ramifica a partir de una pieza de tubo de sección aproximadamente idéntica, aparecen sobre el lado interno de la curvatura de la ramificación con una acumulación de presión interna nítidas concentraciones de tensión. En las piezas en T fabricadas por medio de una técnica de moldeado por inyección, encontramos de nuevo junturas de enlace, y a causa del concepto de vaciado, aparecen aristas agudas. La concentración de las tensiones con las junturas de enlace y las aristas conduce allí, de nuevo, a un notable debilitamiento de la pieza.Even on T-shaped or similar pieces, in which a pipe is branched from a piece of pipe of approximately identical section, they appear on the inner side of the curvature of the branching with an accumulation of pressure Internal crisp stress concentrations. In the pieces in T manufactured by means of an injection molding technique, we find link junctions again, and because of the concept of emptied, sharp edges appear. The concentration of tensions with the junction joints and the edges leads there, again, to a remarkable weakening of the piece.
Problemas fundamentalmente análogos aparecen en los codos de tubos. Matemáticamente, podemos describir las tensiones para cada punto de la pared del recipiente, por tensores de tensión. Tres tensiones llamadas principales, de las que una, en la terminología mecánica de los tensores de tensión, está definida como primera tensión principal, son constantes de los tensores de tensión frente a las transformaciones de coordenadas. En el caso de un recipiente que se encuentra bajo una sobrepresión interna, la primera tensión principal corresponde al mayor esfuerzo de tracción. Igualmente así esta noción es utilizada más abajo. Lo llamamos unas direcciones principales siempre son atribuidas a las tensiones principales.Fundamentally similar problems appear in the elbows of tubes. Mathematically, we can describe the tensions for each point of the vessel wall, by tensioners of tension. Three main call tensions, of which one, in the mechanical terminology of tension tensioners, is defined as the first main voltage, they are constants of the tensioners of tension versus coordinate transformations. In the case of a vessel that is under an internal overpressure, the first main tension corresponds to the greatest effort of traction. Likewise, this notion is used below. The we call some main addresses are always attributed to the main tensions
Para compensar un debilitamiento de los recipientes bajo presión por la integración de conexiones, sabemos prever fortalecimientos de la pared del recipiente y/o de la conexión. No es posible sin embargo introducir siempre de modo simple tales fortalecimientos, en particular fuera de tiempo, o bien esto puede provocar un suplemento de gastos y de costes en material.To compensate for a weakening of the vessels under pressure by connection integration, we know provide for fortifications of the vessel wall and / or the Connection. It is not possible however to always enter so simple such fortifications, particularly out of time, or this may cause an additional cost and expense in material.
El documento WO 01/69187 A1 recomienda, en cuanto a un recipiente bajo presión utilizable en particular como caja de contador de agua, formar su parte de fondo en elipse con el fin de reducir las tensiones. No sabemos bien de qué forma de fondo parte aquí el documento WO 01/69187 A1, porque las formas de fondo hemisféricas o al menos las que se acercan a la elipse (lo que se llama un fondo estampado) son naturalmente conocidas desde hace tiempo en el estado de la técnica y presentarían propiedades por lo menos tan buenas. En calidad de complemento, el documento WO 01/69187 A1 recomienda, para alejar las tensiones de las junturas de soldadura en la zona comprendida entre dos conexiones y la parte de abajo de la caja, que es idéntica a la parte de fondo, dar una forma elíptica a las conexiones. La Figura 2 da un ejemplo. El documento WO 01/69187 A1 no da precisiones que permitirían comprender el desplazamiento reivindicado de tensión, y no explica tampoco a dónde las tensiones serían desplazadas.WO 01/69187 A1 recommends, in as for a vessel under particular useable pressure as water meter box, form its bottom part in ellipse with the In order to reduce tensions. We do not know well in what background part here document WO 01/69187 A1, because the background forms hemispherical or at least those that approach the ellipse (whatever called a patterned background) are naturally known for time in the state of the art and would present properties so less so good. As a complement, the WO document 01/69187 A1 recommends, to remove the tensions from the joints of welding in the area between two connections and the part of below the box, which is identical to the bottom part, give a elliptical shape to the connections. Figure 2 gives an example. He WO 01/69187 A1 does not give details that would allow understand the claimed displacement of tension, and does not explain neither where tensions would be displaced.
Un recipiente bajo presión del tipo mencionado más arriba es conocido como documento US-A-3342209, este documento que contempla sobre todo recipientes bajo presión de paredes espesas, como las de un reactor con agua hirviendo por la fisión nuclear, dónde la conexión tubular sale en forma de tobera de salida de una zona de pared y se fabrica así de una pieza con esta zona de pared. La sección de la tobera de salida así fabricada se ensancha aquí hacia el interior hasta la forma de sección oval. El documento US-A33422 menciona igualmente la posibilidad de fijar en un orificio pasante oval mezclado en la pared del recipiente bajo presión un tubo que presenta un perfil correspondiente, producido por ejemplo por compresión, para mejorar la resistencia a la fisura. A vessel under pressure of the type mentioned above is known as document US-A-3342209, this document which mainly contemplates vessels under pressure of thick walls, such as those of a reactor with boiling water through nuclear fission, where the tubular connection leaves in the form of an outlet nozzle of a wall area and is thus manufactured from a piece with this wall area. The section of the outlet nozzle thus manufactured widens here inwards to the shape of an oval section. Document US-A33422 also mentions the possibility of fixing a tube having a corresponding profile, produced for example by compression, in an oval through hole mixed in the wall of the vessel under pressure, to improve crack resistance .
El fin de la invención es señalar cómo obtener de modo juicioso propiedades técnicas de tensión de recipientes bajo presión del tipo mencionado más arriba, en particular en los recipientes bajo presión fabricados por una técnica de moldeado por presión o por inyección con una juntura de enlace.The purpose of the invention is to indicate how to obtain judiciously technical properties of container tension under pressure of the type mentioned above, particularly in the pressure vessels manufactured by a molding technique pressure or by injection with a junction joint.
Para resolver este problema, la invención recomienda un recipiente bajo presión tal como se caracteriza en la reivindicación 1. En este sentido, la invención también hace uso de una ovalización de la conexión en la zona de conexión. La sección de la abertura y la de la conexión tubular en esta abertura están realizadas de forma oval, y con el eje mayor de la forma oval en dirección a la primera tensión principal que aparecería en caso de alimentación bajo presión con una sobrepresión interna en el lugar de la conexión sin la abertura y la conexión.To solve this problem, the invention recommends a vessel under pressure as characterized in claim 1. In this sense, the invention also makes use of an ovalization of the connection in the connection zone . The section of the opening and that of the tubular connection in this opening are made oval, and with the major axis of the oval shape in the direction of the first main tension that would appear in case of feeding under pressure with an internal overpressure in the Connection place without opening and connection.
La hipótesis de una sobrepresión interna sirve aquí sólo como modelo teórico para determinar la dirección de la primera coerción de tensión principal y así como la dirección del eje mayor de la forma oval. Sin embargo la geometría que se deduce vale también de manera general para una sobrepresión externa. Para simplificar la descripción, consideraremos sin embargo más abajo, en lo esencial, sólo el caso de la presión interna.The hypothesis of an internal overpressure serves here only as a theoretical model to determine the direction of the first coercion of main tension and as well as the direction of major axis of the oval shape. However the geometry that follows It is also generally valid for external overpressure. For simplify the description, however we will consider below, Essentially, only the case of internal pressure.
Podemos expresar la ovalidad O por la relación de la longitud del eje mayor (D) con el eje menor (d) de la forma oval, esta relación se sitúa, en función de la aplicación y de la geometría, aproximadamente en un intervalo comprendido entre 1,1 y 3,0, preferentemente en un intervalo comprendido entre 1,1 y 2,5, y de modo particularmente preferido en un intervalo comprendido entre 1,1 y 1,9.We can express the ovality O by the relationship of the length of the major axis (D) with the minor axis (d) of the shape oval, this relationship is, depending on the application and the geometry, approximately in a range between 1.1 and 3.0, preferably in a range between 1.1 and 2.5, and particularly preferably in a range between 1.1 and 1.9.
Como ejemplo simple para la dirección de la tensión principal mayor, se puede contemplar un recipiente bajo presión circular esencialmente cilíndrico circular, en el cual, en caso de acumulación de presión interna, aparecen tensiones en la pared del recipiente, al ser estas tensiones cerca de dos veces más importantes en el sentido circunferencial que en el sentido longitudinal. Un manguito tubular, oval al menos en la zona de conexión, debería pues según la invención ser añadido a la pared del recipiente, con su eje mayor dirigido en el sentido circunferencial.As a simple example for the direction of the higher main voltage, a low vessel can be contemplated essentially circular cylindrical circular pressure, in which, in In case of accumulation of internal pressure, tensions appear in the vessel wall, being these tensions about two more times important in the circumferential sense than in the sense longitudinal. A tubular sleeve, oval at least in the area of connection should therefore be added to the wall according to the invention of the vessel, with its major axis directed in the direction circumferential.
En los recipientes puramente esféricos o los que tienen una pared plana relativamente importante, la invención no tiene aplicación, porque no aparece mayor tensión principal, debido a la geometría.In purely spherical containers or those they have a relatively important flat wall, the invention does not It has application, because no major main voltage appears, because to geometry.
Bajo el término de forma oval, hay que entender de modo muy general, en el marco de la invención, una forma redondeada alargada, cuya forma elíptica por ejemplo representaría un caso particular.Under the term oval, you have to understand very generally, within the framework of the invention, a form rounded elongated, whose elliptical shape for example would represent a particular case
La ovalización de la conexión en dirección a la tensión principal mencionada no tiene solamente una influencia notable sobre la disminución de las tensiones máximas que aparecen en la pared del recipiente bajo presión. Gracias a ella, también podemos desplazar las tensiones que aparecen hacia otras zonas, por ejemplo en las que no hay junturas de enlace ni aristas pronunciadas, y donde, en esta medida, se revelan menos molestas.The ovalization of the connection towards the main tension mentioned does not only have an influence notable on the decrease of the maximum tensions that appear on the wall of the vessel under pressure. Thanks to her, too we can move the tensions that appear towards other areas, by example where there are no link junctions or edges pronounced, and where, to this extent, they reveal less annoying
Esto lleva a un cierto inconveniente, a saber la reducción de la sección disponible por ejemplo para un derrame, que está vinculada a la ovalización, que se ha producido partiendo de una forma de sección circular por aplanamiento de dicha forma, respectivamente por acortamiento de un eje. Para obtener las ventajas según la invención, basta sin embargo con proceder a la ovalización sólo inmediatamente en la zona de la conexión, y hacerla evolucionar de nuevo, de modo regular, sobre una distancia relativamente corta, hacia una forma de tubo circular. La longitud de esta distancia de transición L puede situarse por ejemplo en el orden de dimensiones del diámetro de la forma circular del tubo de conexión, o si llega el caso ser también muy corta. Por una reducción tan limitada de la sección, causamos sólo pequeñas pérdidas de presión, que con relación a las pérdidas del conjunto de un sistema son la mayoría de las veces despreciables.This leads to a certain inconvenience, namely the section reduction available for example for a spill, which is linked to ovalization, which has been produced from a form of circular section by flattening said form, respectively by shortening an axis. To get the advantages according to the invention, however, it is sufficient to proceed with the ovalization only immediately in the connection zone, and make it evolve again, on a regular basis, over a distance relatively short, towards a circular tube shape. The length of this transition distance L can be located for example in the order of dimensions of the diameter of the circular shape of the tube connection, or if that is the case, be too short. By a so limited section reduction, we cause only small pressure losses, which in relation to the losses of the whole of a system are most often negligible.
La invención también comprende, sin embargo, recipientes bajo presión no recorridos por un derrame, sometidos a una presión estática. La concepción del recipiente bajo presión y/o de la conexión tubular debe ser comprendida de modo muy general en el marco de la invención. Además del ejemplo ya indicado, también hay que contemplar fundamentalmente las combinaciones de recipientes bajo presión y de conexiones en las cuales el recipiente bajo presión y la conexión presentan aproximadamente la misma sección, como es el caso por ejemplo en lo que se llama las piezas en T. Como caso límite de un recipiente bajo presión cilíndrica cerrado por un lado, estrechado en su diámetro con tuberías dispuestas lateralmente en el extremo cerrado, podemos incluir un codo de tubo, y no es necesario que haya una diferencia entre la parte que sirve de recipiente bajo presión y la parte que sirve de tubería. Por otra parte un codo de tubo puede también estar considerado como una pieza en T a un brazo.The invention also includes, however, vessels under pressure not covered by a spill, subjected to static pressure The conception of the vessel under pressure and / or of the tubular connection must be understood very generally in The framework of the invention. In addition to the example already indicated, also we must fundamentally contemplate the combinations of vessels under pressure and connections in which the vessel under pressure and the connection present approximately the same section, as is the case for example in what is called the T-pieces as a limit case of a vessel under pressure Cylindrical closed on one side, narrowed in diameter with pipes arranged laterally at the closed end, we can include a tube elbow, and there is no need for a difference between the part that serves as a container under pressure and the part that It serves as a pipe. On the other hand a tube elbow can also be considered as a T-piece with one arm.
Además, como ya se ha mencionado, el concepto de recipiente bajo presión no debe ser entendido en un sentido limitado, en el sentido en el que siempre sería únicamente presionado por una sobrepresión interna frente a, por ejemplo, una presión externa normal. El principio de la invención y la geometría que resulta de ello siguen siendo los mismos en cada situación de diferencia de presión, y entonces también en caso de sobrepresión externa en relación, por ejemplo, a una presión interna normal, como es el caso por ejemplo en los submarinos o los análogos. Podemos tener pues aplicaciones tanto como recipiente bajo presión interna como recipiente bajo presión externa.In addition, as already mentioned, the concept of vessel under pressure should not be understood in a sense limited, in the sense that it would always be solely pressed by an internal overpressure against, for example, a normal external pressure The principle of the invention and geometry resulting from it remain the same in every situation of pressure difference, and then also in case of overpressure external in relation, for example, to a normal internal pressure, as is the case for example in submarines or the like. We can therefore have applications both as a vessel under pressure internal as a vessel under external pressure.
La invención será precisada más abajo con ayuda de ejemplos de realización en referencia con los dibujos.The invention will be specified below with the help of embodiments in reference to the drawings.
La figura 1 muestra en una representación en perspectiva un recipiente cilíndrico que contiene una boquilla tubular oval;Figure 1 shows in a representation in perspective a cylindrical container containing a nozzle oval tubular;
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La figura 2 muestra en una representación en corte, a) la caja de un contador de agua con dos tuberías de conexión en forma de tubos opuestos, b) una vista lateral y c) una vista desde arriba de la misma caja;Figure 2 shows in a representation in cut, a) the box of a water meter with two pipes connection in the form of opposite tubes, b) a side view and c) a top view of the same box;
La figura 3 muestra de a) a d) los segmentos de cada cuarto de caja correspondiente al de la figura 2, pero con tuberías de conexión de formas diferentes, el estado de tensión que se observa en una acumulación de una presión interna está cada vez indicado por los matices grises en degradado; los tonos de blanco designan aquí una tensión elevada y los tonos de negro una tensión baja;Figure 3 shows a) to d) the segments of each quarter of the box corresponding to the one in figure 2, but with connecting pipes of different shapes, the state of tension that it is observed in an accumulation of an internal pressure is every time indicated by gray shades in gradient; shades of white designate here a high tension and the black tones a tension low;
La figura 4 presenta en un histograma las tensiones comparativas máximas locales y globales para diversas ovalidades de conexiones con un recipiente del tipo de la figura 2;Figure 4 presents in a histogram the local and global maximum comparative stresses for various ovalities of connections with a container of the type of the figure 2;
La figura 5 muestra en una vista así como en varios cortes una pieza en T ovalizada según la invención;Figure 5 shows in a view as well as in several cuts an ovalized T-piece according to the invention;
La figura 6 muestra un codo de tubo ovalizado según la invención, cortado por la mitad en una representación en perspectiva;Figure 6 shows an oval tube elbow according to the invention, cut in half in a representation in perspective;
La figura 7 muestra de a) a d), cada vez cortados por la mitad, los codos de tubo correspondientes al de la figura 6, pero con una ovalidad diferente, la tonalidad en grises degradados indica cada vez el estado de tensión para una acumulación de presión interna; yFigure 7 shows a) to d), each time cut in half, the tube elbows corresponding to that of the Figure 6, but with a different ovality, the gray hue gradients each time indicates the state of tension for a internal pressure build-up; Y
La figura 8 muestra en un histograma las tensiones comparativas máximas locales y globales para diversas ovalidades en un codo de tubo correspondiente al de la figura 6.Figure 8 shows in a histogram the local and global maximum comparative stresses for various ovalities in a tube elbow corresponding to the one in the figure 6.
La figura 1 muestra, como primer ejemplo simple, un recipiente bajo presión 1 de sección cilíndrica circular al cual se añade una tubería 2, lateralmente con relación a la superficie del cuerpo. Si uno se imagina la tubería de conexión 2 quitada, podemos indicar tres tensiones principales en el lugar de la conexión de la tubería para una acumulación que aparece cuando el recipiente bajo presión está sometido a una sobrepresión interna. Bajo el lugar de conexión de la tubería, hay que comprender aquí por ejemplo el punto de encuentro P del eje de la tubería A sobre la pared del recipiente 1. Dada la forma cilíndrica circular del recipiente bajo presión 1, la tensión en la dirección circunferencial es alrededor de dos veces más importante que la tensión en la dirección longitudinal del cuerpo del recipiente. En la medida en que la tubería 2 tiene una sección de forma oval y en la que el eje mayor de la forma oval es dirigido en el sentido de la circunferencia del recipiente 1 y por consiguiente en el sentido de la primera tensión principal, obtenemos una reducción de las tensiones así como un reparto favorable de las tensiones, sobre todo en la zona de conexión de la tubería 2. Así el eje menor de la forma oval, a causa de la geometría, es dirigido perpendicularmente al eje mayor y por lo tanto en el sentido longitudinal del cuerpo del recipiente.Figure 1 shows, as the first simple example, a vessel under pressure 1 of circular cylindrical section to which a pipe 2 is added, laterally in relation to the surface of the body. If one imagines the connection pipe 2 removed, we can indicate three main tensions in the place of the pipe connection for an accumulation that appears when the vessel under pressure is subject to internal overpressure. Under the place of connection of the pipe, it is necessary to understand here by example the meeting point P of the axis of the pipe A on the vessel wall 1. Given the circular cylindrical shape of the vessel under pressure 1, the tension in the direction circumferential is about twice as important as the tension in the longitudinal direction of the container body. In the extent to which the pipe 2 has an oval shaped section and in which the major axis of the oval shape is directed in the sense of the circumference of the container 1 and therefore in the sense from the first main tension, we get a reduction of tensions as well as a favorable distribution of tensions, about all in the zone of connection of the pipe 2. Thus the minor axis of the Oval shape, because of geometry, is directed perpendicularly to the major axis and therefore in the longitudinal direction of the body of the container.
La figura 2 muestra en a), b) y c) un recipiente bajo presión 3, tal y como es utilizado por ejemplo para los contadores de agua, según tres vistas. El recipiente bajo presión 3 presenta un cuerpo principal 4 esencialmente cilíndrico, que en el ejemplo presente está cerrado por debajo por un cuenco esférico. Encontramos dispuestas lateralmente sobre la pieza cilíndrica 4 dos tuberías de conexión 5 y 6. La tubería de conexión 5 es ovalada en la zona de transición L y el plano de corte de su punto de conexión. La dirección del eje mayor de la forma oval está, como se ve en b), orientada en el sentido de la circunferencia de la pieza cilíndrica. En el ejemplo presente, el eje mayor corresponde al diámetro circular del tubo de conexión, como también se ve en la vista desde arriba de c). Las tensiones comparativas máximas que aparecen en la zona de conexión se reducen así y son simultáneamente desplazadas.Figure 2 shows in a), b) and c) a container under pressure 3, as used for example for water meters, according to three views. The vessel under pressure 3 it has an essentially cylindrical main body 4, which in the Present example is closed below by a spherical bowl. We find arranged laterally on the cylindrical piece 4 two connection pipes 5 and 6. Connection pipe 5 is oval in the transition zone L and the cut plane of its point of Connection. The direction of the major axis of the oval shape is, as see in b), oriented in the direction of the circumference of the piece cylindrical In the present example, the major axis corresponds to circular diameter of the connecting tube, as also seen in the view from above c). The maximum comparative tensions that appear in the connection zone are reduced as well and are simultaneously displaced
En dirección al extremo libre de la tubería de conexión 5, la sección oval se transforma en una sección circular, lo que hace que la tubería pueda ser unida de modo netamente más simple, por ejemplo igualmente por medio de una conexión por tornillo, con otras canalizaciones tubulares o análogas. La longitud de la transición L entre la forma oval y la forma circular está escogida aquí de modo que sea relativamente suave y no produzca tensiones suplementarias. En el caso dado en calidad de ejemplo, la longitud de la transición L corresponde aproximadamente a la mitad del diámetro de la forma circular.In the direction of the free end of the pipe connection 5, the oval section is transformed into a circular section, what makes the pipe can be neatly joined more simple, for example also by means of a connection by screw, with other tubular or similar pipes. The transition length L between the oval shape and the circular shape is chosen here so that it is relatively smooth and not produce supplementary tensions. In the case given as For example, the length of the transition L corresponds approximately half the diameter of the circular shape.
La tubería de conexión 6 no está ovalizada y no está pues formada según la invención. Sirve aquí únicamente para dar una representación comparativa del estado de la técnica.Connection pipe 6 is not ovalized and not It is thus formed according to the invention. Serve here only for give a comparative representation of the state of the art.
La figura 3 muestra en a) a d) cada vez segmentos de cuarto 7 de una caja correspondiente a la de la figura 2, pero con tuberías de conexión de formas diferentes, 8.1 - 8.4, el sombreado del estado de tensión determinado por el cálculo durante una acumulación de presión interna se vuelve aparente. Las tuberías de conexión están formadas simplemente en estado cerrado, por razones de técnica de cálculo. El cálculo del estado de tensión reposa sobre un modelo de elementos terminados. El estado de tensión, por sí mismo polidimensional, se determina por un tamaño escalar, lo que se llama la tensión comparativa o de von Mieses \sigma_{v}, que puede ser derivada del estado de tensión de manera definida y conocida por los especialistas. Se hace uso también por otro lado de este tipo de caracterización del estado de tensión en el marco de las figuras 4, 7 y 8 descritas posteriormente.Figure 3 shows in a) to d) each time quarter segments 7 of a box corresponding to that of the figure 2, but with connecting pipes of different shapes, 8.1 - 8.4, the shading of the voltage state determined by the calculation during an accumulation of internal pressure it becomes apparent. The connecting pipes are simply formed in a closed state, for reasons of calculation technique. The calculation of the voltage state It rests on a model of finished elements. The state of tension, itself multidimensional, is determined by a size scalar, what is called the comparative or von Mieses tension \ sigma_ {v}, which can be derived from the voltage state of defined and known by specialists. Use is made also on the other hand of this type of characterization of the state of tension within the framework of figures 4, 7 and 8 described later.
En primer lugar la imagen a) muestra como referencia el caso que contiene una tubería de conexión con sección circular, donde hemos empezado, para el cálculo de 40 mm de diámetro, lo que corresponde a un diámetro habitual en canalizaciones, por ejemplo canalizaciones de agua. Podemos reconocer en las zonas I y II concentraciones elevadas de tensión (zonas blancas en la figura 3a). Si el recipiente está fabricado por una técnica de moldeado por inyección, por proyección sobre el centro del cuenco esférico (más arriba en la figura 3a), tenemos por ejemplo a lo largo del borde de corte designado por un 9, en dirección al derrame, detrás de la tubería de conexión 8.1, una juntura de enlace que resulta de la unión de derrame de dos corrientes de masa fundida en el molde del moldeado por inyección. Dado que esta juntura corresponde a la tensión elevada de la zona II, dos factores de influencia desfavorable en cuanto a la solidez del recipiente se acumulan aquí.First, image a) shows how reference the case that contains a connecting pipe with section circular, where we started, for the calculation of 40 mm of diameter, which corresponds to a usual diameter in pipes, for example water pipes. We can recognize high voltage concentrations in zones I and II (white areas in figure 3a). If the container is manufactured by an injection molding technique, by projection on the center of the spherical bowl (above in figure 3a), we have for example along the cutting edge designated by a 9, in direction to the spill, behind the connecting pipe 8.1, a junction joint resulting from the spill union of two melt streams in the injection molding mold. Since this joint corresponds to the high tension in the area II, two factors of unfavorable influence in terms of strength of the container accumulate here.
Seguidamente en las imágenes b) - c) y d), vemos cómo las tensiones se reducen en las zonas I y II y también cómo se desplazan. En la imagen b), la ovalidad es de 40: 32, en la imagen c), de 40: 26, y en la imagen d), de 40: 22. El segundo número corresponde aquí siempre a la longitud del eje menor d en milímetros, mientras que el eje mayor D se ha mantenido en los 40 mm mencionados por la sección de referencia circular. El caso favorable debe aquí situarse en la imagen c), porque se encuentran pocas concentraciones de tensiones y las tensiones son repartidas de modo completamente regular a un nivel relativamente bajo. En la imagen d), en cambio, se ha formado de nuevo en una zona III un sector de tensión elevada.Then in images b) - c) and d), we see how tensions are reduced in zones I and II and also how displace. In image b), the ovality is 40: 32, in the image c), of 40: 26, and in the image d), of 40: 22. The second number corresponds here always to the length of the minor axis d in millimeters, while the major axis D has remained at 40 mm mentioned by the circular reference section. The case favorable should be here in the image c), because they are few stress concentrations and tensions are distributed completely regularly at a relatively low level. In the image d), on the other hand, a zone III has been formed again high voltage sector.
La influencia de la ovalidad de la tubería sobre la tensión comparativa máxima además está representada en la figura 4 bajo la forma de un histograma, y todavía tenemos en cuenta, aquí, de modo adicional con relación a la figura 3, otras ovalidades. Anotamos a lo largo del eje horizontal una variación de la ovalidad, que se expresa por un lado por la relación D/d de la longitud D del eje largo con la longitud d del eje corto, por ejemplo siempre en milímetros. El valor de la relación que se observa para la ovalidad O se indica igualmente siempre. La altura de las barras rayadas se da en unidad relativa de \sigma_{v} por una parte la tensión comparativa que aparece en I o II, se describe como tensión máxima local, mientras que la altura de las barras no rayadas da la tensión comparativa máxima que aparece, descrita como tensión máxima global en un lugar cualquiera, en la imagen d) por ejemplo en el lugar III. Mientras el máximo global se sitúe en los puntos I y II, la tensión comparativa máxima local es idéntica a la tensión global. Reconocemos que la tensión comparativa máxima, tanto local como global, partiendo de la sección redonda (ovalidad 40: 40, respectivamente 1) disminuye cuando la ovalidad aumenta. Sólo a partir de la mitad del diagrama la tensión comparativa máxima global aumenta de nuevo, porque a partir de ahí, comienza a formarse en la zona III una zona de tensión. En cambio, la tensión comparativa máxima local en las zonas I y II todavía disminuye. Según las exigencias puestas a la pieza, conferimos una ovalidad apropiada según los desarrollos de tensión que se reconocen en la figura 4, donde tenemos por ejemplo una ovalidad situada en un intervalo que va de 1,5 a 1,7. Teniendo en cuenta la solidez reducida del material a lo largo de la juntura de enlace de las piezas moldeadas por inyección, y cuando se debe alcanzar una presión máxima de estallido para la pieza, puede sin embargo ser igualmente en este el caso juicioso el escoger la ovalidad en una zona en que la tensión comparativa máxima global vuelva a aumentar.The influence of pipeline ovality on the maximum comparative tension is also represented in the figure 4 in the form of a histogram, and we still consider, here, additionally in relation to figure 3, others ovalities We note along the horizontal axis a variation of ovality, which is expressed on the one hand by the D / d ratio of the length D of the long axis with the length d of the short axis, by example always in millimeters. The value of the relationship that Observe for ovality Or always indicated. The height of the striped bars is given in relative unit of \ sigma_ {v} per a part the comparative tension that appears in I or II, is described as local maximum tension, while the height of the bars does not scratched gives the maximum comparative tension that appears, described as global maximum voltage in any place, in image d) by example in place III. While the global maximum is in the points I and II, the maximum local comparative voltage is identical to the global tension We recognize that the maximum comparative tension, both local and global, based on the round section (ovality 40: 40, respectively 1) decreases when ovality increases. Only from the middle of the diagram the comparative tension global maximum increases again, because from there, it starts to a zone of tension is formed in zone III. Instead, the tension Maximum local comparison in zones I and II still decreases. According to the requirements placed on the piece, we confer an ovality appropriate according to the developments of tension that are recognized in the Figure 4, where we have for example an oval located in a range from 1.5 to 1.7. Considering the strength reduced material along the joint junction of the injection molded parts, and when a maximum burst pressure for the part, however, can be also in this case the judicious case of choosing ovality in a zone in which the global maximum comparative tension returns to increase.
En los recipientes del tipo de la figura 2, podemos bajar la tensión comparativa máxima global tanto como la local en más del 50%.In the containers of the type of Figure 2, we can lower the global maximum comparative tension as much as the local in more than 50%.
Completamente a la derecha en la figura 4, está todavía representado, en calidad de comparación, el caso que se tendría para una sección redonda sin ovalidad con un diámetro de 30,6 mm. Con este diámetro, tenemos la misma superficie de sección que en caso de que tengamos 24 mm. Reconocemos según la altura de las barras de este caso que por una disminución simple de sección sin ovalización simultánea, no podemos alcanzar un efecto notable de reducción de tensión. Expresándonos de modo inverso, también podríamos decir que la reducción de la tensión comparativa máxima se debe a en primer lugar a la ovalización, y solamente para una pequeña parte de la disminución de la sección libre al acortamiento del eje menor al cual se procede según la figura 4 (variante 40: 24).Completely right in figure 4, it is still represented, as a comparison, the case that would have for a round section without ovality with a diameter of 30.6 mm With this diameter, we have the same section surface that in case we have 24 mm. We recognize according to the height of the bars of this case that by a simple decrease of section Without simultaneous ovalization, we cannot achieve a noticeable effect of tension reduction. Expressing ourselves in reverse, too we could say that the reduction of the maximum comparative tension It is due firstly to ovalization, and only for one small part of the decrease of the free section to shortening of the minor axis to which one proceeds according to figure 4 (variant 40: 24).
Como otro ejemplo de aplicación, la figura 5 muestra una pieza en T 10 con tres conexiones ovalizadas 11, 12 y 13, que se sitúan todas en el mismo plano (plano del dibujo) y que presentan también aproximadamente la misma sección. El eje mayor de la forma oval de las tres conexiones siempre es escogido perpendicular al plano mencionado. Las conexiones 11 y 12 opuestas una a otra podrían ser asimiladas por ejemplo al recipiente 1 de la figura 1, y en este caso la conexión 13 correspondería a la tubería 2. A diferencia del ejemplo de la figura 1, las conexiones están aquí las tres ovalizadas, como se ve también con la ayuda de la sección B-B y C-C representadas. Fundamentalmente, sería también posible no ovalizar sin embargo más que dos de las tres conexiones, 11 y 12, o incluso no ovalizar más que una sola de las conexiones, por ejemplo la conexión 13. Como con la tubería de conexión 5 de la figura 2, la sección oval de las tres conexiones de nuevo se transforma en su extremo libre, sobre una distancia relativamente corta, en una forma de sección redonda, si bien se podría siempre añadir a las conexiones de los tubos redondos, por ejemplo por medio de una unión por tornillo. Las secciones redondas son designadas en la figura 5 por A-A, respectivamente D-D.As another example of application, Figure 5 shows a piece in T 10 with three oval connections 11, 12 and 13, which are all in the same plane (drawing plane) and that they also have approximately the same section. The major axis of the oval shape of the three connections is always chosen perpendicular to the mentioned plane. Opposite connections 11 and 12 one to another could be assimilated, for example, to container 1 of the Figure 1, and in this case connection 13 would correspond to the pipe 2. Unlike the example in Figure 1, the connections are here the three ovalized, as seen also with the help of the section B-B and C-C represented. Fundamentally, it would also be possible not to ovalize however more that two of the three connections, 11 and 12, or not even ovalize that only one of the connections, for example connection 13. As with the connection pipe 5 of figure 2, the oval section of the three connections again transforms into its free end, about a relatively short distance, in a round section form, although it could always be added to the tube connections round, for example by means of a screw connection. The Round sections are designated in Figure 5 by A-A, respectively D-D.
Si en el ejemplo de aplicación de la figura 5 se abandona por ejemplo una de las dos conexiones 11 o 12 que se hacen frente, obtenemos un codo de tubo de 90°.If in the application example of figure 5, abandon for example one of the two connections 11 or 12 that are made front, we get a 90 ° tube elbow.
La figura 6 muestra un caso particular, a saber un codo de tubo 14 que se puede fabricar por una técnica de moldeado por inyección, cortado por la mitad y representado en perspectiva, en el cual hay aristas pronunciadas, a causa de la fabricación. Las dos tuberías de conexión 15 y 16 están ambas ovalizadas. El eje mayor de la forma en plano oval es, en ambas conexiones, escogido perpendicular al plano del codo de tubo. No acudimos aquí a una transición a partir de una sección redonda en su extremo libre. Esto sería posible sin embargo, y también es preferido. La conexión 15 se representa de nuevo cerrada, puramente por razones de técnica de cálculo.Figure 6 shows a particular case, namely a tube elbow 14 that can be manufactured by a technique of injection molded, cut in half and represented in perspective, in which there are pronounced edges, because of the manufacturing. The two connecting pipes 15 and 16 are both ovalized The major axis of the oval plane shape is, in both connections, chosen perpendicular to the plane of the tube bend. Do not we go here to a transition from a round section in Your free end. This would be possible though, and it is also favorite. Connection 15 is shown again closed, purely for reasons of calculation technique.
La figura 7 muestra cada vez en a) a d) semi-cascarones de codos de tubo correspondientes al de la figura 6, pero con ovalidades diferentes, y que se dan de nuevo cada vez por un sombreado tal y como ha sido presentado en la figura 3 el estado de tensión que resulta de una acumulación por presión interna. La imagen a) de la figura 7 muestra en primer lugar, en calidad de referencia, el caso que tenemos con una sección redonda, no ovalizada. Vemos en la zona I las concentraciones de tensión comparativa particularmente elevadas (campo representado en blanco).Figure 7 shows each time in a) to d) semi-shells of corresponding tube elbows to that of figure 6, but with different ovalities, and that are given by new every time for a shading as it has been presented in the figure 3 the state of tension that results from an accumulation by internal pressure Image a) of Figure 7 shows first place, as a reference, the case we have with a section round, not ovalized. We see in the zone I the concentrations of particularly high comparative voltage (field represented in White).
Con ayuda de la sucesión de imágenes b) - d), en las cuales sólo el eje menor en el plano del dibujo ha sido de nuevo acortado por etapas con conservación de la longitud del eje mayor, está claro que cuando la ovalidad de las conexiones 15 y 16 aumenta, las tensiones en la zona I disminuyen, pero por otra parte sin embargo en las zonas II y III nuevas concentraciones de tensiones aparecen, aunque repartidas según la superficie en las imágenes b) y c) en total todavía a un nivel bajo. Sólo en la imagen d) las tensiones comparativas en los centros de las zonas II y III son netamente aumentadas. En la imagen b), la ovalidad asciende a 20: 18, en la imagen c) a 20: 16 y en la imagen d) a 20: 14.With the help of the sequence of images b) - d), in which only the minor axis in the drawing plane has been of new shortened by stages with preservation of shaft length major, it is clear that when the ovality of connections 15 and 16 increases, tensions in zone I decrease, but on the other hand however in zones II and III new concentrations of tensions appear, although distributed according to the surface in the images b) and c) in total still at a low level. Only in the image d) comparative tensions in the centers of zones II and III are clearly increased. In image b), the ovality amounts to 20:18, in image c) to 20: 16 and in image d) to 20: 14.
La figura 8 muestra los cuatro casos de la figura 7 en un histograma correspondiente a la figura 4, en el cual, como en la figura 4, las tensiones comparativas máximas locales y globales se representan cada vez de nuevo las unas al lado de las otras. Con ayuda del diagrama, aparece de modo particularmente nítido que el efecto óptimo debería situarse en un intervalo de ovalidad de aproximadamente 20: 16. En el caso de una ovalidad de 20: 16, la tensión comparativa máxima global frente a la forma de referencia redonda se reduce cerca del 47%, y la tensión comparativa máxima local del lado interior de la curvatura se reduce incluso cerca del 65%.Figure 8 shows the four cases of the figure 7 in a histogram corresponding to figure 4, in the which, as in figure 4, the maximum comparative tensions local and global ones are represented each time again at side of the others. With the help of the diagram, it appears so particularly clear that the optimal effect should be at a ovality interval of approximately 20: 16. In the case of a ovality of 20: 16, the maximum global comparative tension versus the round reference form is reduced by about 47%, and the local maximum comparative tension of the inner side of the curvature it is reduced even about 65%.
Los ejemplos que preceden muestran que la ovalización, es realizable sobre numerosas geometrías de recipientes y de conexiones, el concepto de recipiente y de conexión puede y debe, como ya ha sido mencionado, ser comprendido de manera muy general. El ejemplo del codo de tubo en particular muestra que ambos conceptos de recipiente por una parte y de conexión por otra parte describen incluso en este caso la misma geometría y pueden teóricamente ser cambiados.The preceding examples show that the ovalization, is realizable on numerous geometries of vessels and connections, the concept of vessel and connection can and should, as already mentioned, be understood in a very general way. The example of the pipe elbow in particular shows that both concepts of container on the one hand and of connection on the other hand describe even in this case the same geometry and can theoretically be changed.
Como material para la fabricación por una técnica de moldeado por inyección de las formas descritas más arriba, se puede utilizar entre otras las materias sintéticas termoplásticas, en particular las que están hechas con un polímero reforzado de fibras de vidrio, polímero escogido ventajosamente en el grupo de las poliamidas y de las copoliamidas y que posee un punto de fusión de por lo menos 250ºC, por ejemplo como el PA 66 y el PA 46. Preferimos utilizar en particular un polímero para el cual se trata de un copoliamida parcialmente aromático, parcialmente cristalizado teniendo un punto de fusión comprendido entre 300ºC y 350ºC. Dicho polímero particularmente bien apropiado se comercializa por ejemplo bajo el nombre de "GRIVORY ® HTV-5H1" por la sociedad Ems Chemie AG/Ems-Grivory, Domat / Ems, Suiza. Se trata aquí de un PA 6T/61 reforzado con el 50% en peso de fibras de vidrio (con relación al peso total) con un punto de fusión de 325ºC, luego de un copoliamida parcialmente aromático y parcialmente cristalino constituido por los componentes monómeros hexametilenediamina, ácido tereftálico y ácido isoftálico. El material conviene generalmente en particular para la fabricación de piezas moldeadas por inyección extremadamente rígidas, sólidas, resistente al calor y de masa constante, y se caracteriza además por una resistencia muy buena a los productos químicos. La temperatura en masa en el momento del vertido por inyección se eleva a aproximadamente a 345ºC.As material for manufacturing by a injection molding technique in the ways described more above, synthetic materials can be used among others thermoplastics, in particular those made with a polymer fiberglass reinforced, polymer advantageously chosen in the group of polyamides and copolyamides and which has a melting point of at least 250 ° C, for example as PA 66 and PA 46. We prefer to use in particular a polymer for which is a partially aromatic copolyamide, partially crystallized having a melting point comprised between 300ºC and 350ºC. Said polymer particularly well suited it is marketed for example under the name of "GRIVORY ® HTV-5H1 "by Ems Chemie AG / Ems-Grivory, Domat / Ems, Switzerland. It's about here of a PA 6T / 61 reinforced with 50% by weight of glass fibers (in relation to total weight) with a melting point of 325 ° C, then of a partially aromatic and partially crystalline copolyamide constituted by the hexamethylene diamine monomer components, terephthalic acid and isophthalic acid. The material suits generally in particular for the manufacture of molded parts by injection extremely rigid, solid, heat resistant and of constant mass, and is also characterized by a resistance Very good to chemicals. The mass temperature in the moment of discharge by injection rises to approximately 345 ° C.
Finalmente hay que volver a mencionar que los recipientes bajo presión pueden ser fabricados no sólo en materias sintéticas, sino a partir de cualquier material apropiado. La invención es también aplicable en particular a la construcción de recipientes metálicos. Es particularmente ventajoso utilizar la invención en el vertimiento bajo presión de metales (por ejemplo el aluminio).Finally we must mention again that Pressure vessels can be manufactured not only in materials synthetic, but from any appropriate material. The invention is also applicable in particular to the construction of metal containers It is particularly advantageous to use the invention in the pouring under pressure of metals (for example the aluminum).
- 1one
- Recipiente bajo presiónContainer under pressure
- 22
- Tubería de conexión ovalizada sobre el recipiente bajo presión 1Oval connection pipe over the container under pressure 1
- 33
- Recipiente bajo presiónContainer under pressure
- 44
- Cuerpo principal cilíndrico del recipiente bajo presión 3Cylindrical main body of the lower container pressure 3
- 55
- Tubería de conexión ovalizada sobre el recipiente bajo presión 3Oval connection pipe over the container under pressure 3
- 66
- Tubería redonda de conexión sobre el recipiente bajo presión 3Round connection pipe over the container under pressure 3
- 77
- Cuartos de segmento del recipiente bajo presión 3Segment quarters of the vessel under pressure 3
- 8.1-8.48.1-8.4
- Tuberías de conexión sobre los cuartos de segmento 7Connecting pipes over the segment rooms 7
- 99
- Borde de troquel / juntura de enlaceDie Edge / Link Joint
- 1010
- Pieza en TT-piece
- 11-1311-13
- Conexiones de la pieza en T 11T-part connections 11
- 1414
- Codo de tuboTube elbow
- 15,1615.16
- Conexiones del codo de tuboTube Elbow Connections
- A-AA-A
- Plano de corteCutting plane
- ATO
- Eje de la tuberíaPipe shaft
- PP
- Punto de encuentro del eje de la tuberíaPipe shaft axis meeting point
- I, II, IIII, II, III
- Zonas de tensiónTension zones
- LL
- Longitud de transiciónTransition length
- DD
- Longitud del eje mayor de la forma ovalLength of the major axis of the oval shape
- dd
- Longitud del eje menor de la forma ovalLength of the minor axis of the oval shape
- OOR
- OvalidadOvality
- \sigma_{v}\ sigma_ {v}
- Tensión comparativa (respectivamente tensión comparativa máxima)Comparative voltage (respectively tension maximum comparison)
Claims (11)
- --
- en la cual la sección de la abertura y de la boquilla de conexión en esta abertura es oval, el eje mayor de la forma oval está orientado siguiendo la primera norma principal que sería engendrada durante la puesta bajo carga del recipiente bajo presión por una presión interna, en la zona de la conexión, en ausencia de la abertura y de la conexión, yin the which section of the opening and the connection nozzle in this opening is oval, the major axis of the oval shape is oriented following the first main rule that would be generated during the loading of the vessel under pressure by a pressure internal, in the connection zone, in the absence of the opening and the connection, and
- --
- en el cual la sección de la boquilla de conexión (5) es circular en su extremo libre,at which section of the connection nozzle (5) is circular in its free end,
- --
- que el eje mayor de la forma oval de la abertura y de la boquilla de conexión (5) en esta abertura corresponde al diámetro de la sección circular de la boquilla de conexión en su extremo libre ythat he major axis of the oval shape of the opening and the nozzle of connection (5) in this opening corresponds to the diameter of the section circular connection nozzle at its free end and
- --
- que presenta en la pared del recipiente una juntura de enlace que se extiende a partir de la boquilla de conexión en la dirección del eje menor de la forma oval.that presents a link junction on the vessel wall extends from the connection nozzle in the direction of the shaft minor of the oval form.
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