Воздушные выключатели - Резервуары для сжатого воздуха

ЭЛЕМЕНТЫ ВОЗДУШНЫХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ
7-1. РЕЗЕРВУАРЫ ДЛЯ СЖАТОГО ВОЗДУХА
Резервуар воздушного выключателя предназначается для хранения сжатого воздуха в количестве, необходимом для работы выключателя в заданных режимах. В зависимости от конструктивной схемы воздушного выключателя резервуар может быть расположен на земле или в зоне высокого напряжения.

7-1. Резервуары воздушных выключателей
Резервуары воздушных выключателей могут иметь цилиндрическую или шаровую форму. Резервуары цилиндрической формы получили преимущественное применение в воздушных выключателях.
Во многих случаях цилиндрический резервуар, расположенный на земле, является основанием выключателя и на нем монтируются все остальные элементы. Цилиндрический резервуар может быть расположен горизонтально (рис. 7-1, а) или вертикально (рис. 7-1,6). Такой резервуар состоит из корпуса 3, двух днищ 1, приваренных к корпусу, лаза 4, патрубков 2 и устройства 5 для спуска конденсата, а также, четырех лап 6 для крепления выключателя к фундаменту.
В тех случаях, когда резервуар находится в зоне высокого напряжения, он используется для размещения в нем дугогасительного устройства. Он может иметь цилиндрическую или шаровую форму, однако последняя применяется реже.
Такой резервуар (рис. 7-1, в) состоит из корпуса 3, к которому приварены выпуклые днища 1. К днищам приварены фланцы 4 для крепления проходных изоляторов. Кроме того, к корпусу приварены фланцы: 5 для крепления резервуара к опорному изолятору, 2, через который производится установка и монтаж токоведущих частей, и 6 для крепления дутьевого клапана.
При небольших номинальных токах (до 1600—2000 А) корпус и днища изготавливаются из магнитной стали. При больших номинальных токах корпус и днища изготавливаются из немагнитной стали. В некоторых случаях возможно изготовление корпуса из магнитной стали, а днищ — из немагнитной. При значительных токах (5000—6000 А) возможно изготовление резервуара из алюминиевого проката.
Резервуар воздушного выключателя должен иметь смотровое отверстие или лаз для очистки и окраски внутренней поверхности резервуара и ее профилактического осмотра. При внутреннем диаметре резервуара до 800 мм он должен иметь одно или два отверстия диаметром не. менее 80 мм. В резервуаре с внутренним диаметром более 800 мм смотровое отверстие может быть круглым (диаметром не менее 400 мм) или овальным (с размерами не. менее 400X800 мм).
Для удаления влаги из резервуара в его наиболее низко расположенной части устанавливается устройство для спуска конденсата. Кроме того, резервуар должен иметь патрубки для крепления клапанов, опорной изоляции и других элементов.
Объем резервуара определяется количеством сжатого воздуха, необходимым для одного включения и отключения выключателя, а также числом отключений, которые выключатель должен произвести одно за другим практически без паузы. Если считать, что:
1) <к началу первого отключения давление р'ш в резервуаре выключателя за счет расхода воздуху на утечки и вентиляцию внутренних полостей выключателя составит 0,95—0,9 номинального давления ря в резервуаре, т. е. давление в резервуаре перед первым отключением будет ' в = (0,9ч- 0,95) ря;
к началу второго отключения давление в резервуаре выключателя достигнет минимального допускаемого по условиям гашения дуги рмин (это давление определяется конструкцией дугогасительного устройства данного выключателя);
расход воздуха на одно включение и отключение, приведенный к атмосферному давлению, составляет Vi (м3),— то при указанных выше условиях объем резервуара VP (м8) будет
<7-1)
где давление — в Паскалях.
Расход воздуха на одно отключение V\ определяется при расчете дугогасительного устройства и зависит от его конструкции, номинального напряжения и номинального тока отключения выключателя. Разность (р'н—рмин) определяется расходом воздуха, необходимым для отключения,  включения и последующего отключения выключателя, и объемом его резервуара; обычно

'Резервуары воздушных выключателей рассчитываются и конструируются в соответствии с действующими в СССР «Правилами устройства, установки и освидетельствования сосудов, работающих под давлением» [54]. Эти правила распространяются на все резервуары, предназначенные, для работы под абсолютным давлением свыше 1,7» 10⁵ Па.
Корпуса, днища и другие детали воздушных выключателей могут изготавливаться:
1) из низколегированных сталей марок 12Г2С, 14ХГС, 17ГС, 17Г1С, 14Г2САФ' и 16Г2САФ но техническим условиям ТУ 14-1-446—72; механические характеристики стали этих марок приведены в табл. 7-1;
Таблица 71
Механические характеристики сталей по ТУ 14-1-446—72

из маломагнитной стали марки 45Г17ЮЗ по техническим условиям ТУ 14-229-129—76, имеющей предел прочности не менее 620 МПа, предел текучести 400—550 МПа и относительное удлинение не менее 30%;
из сталей марок 09Г2С и 10Г2С1 по ГОСТ 19281—73 и 19282—73.
Маломагнитная сталь применяется для изготовления резервуара, в котором расположено дугогасительное устройство, только в том случае, когда резервуар подвергается сильному дополнительному нагреву от вихревых токов и перемагничивания и при использовании указанных выше низколегированных сталей температура резервуара или находящихся в нем токоведущих частей превышает допустимые.
Толщина s (в сантиметрах) стенки цилиндрического резервуара
(7-2)
где р — наибольшее рабочее избыточное давление в резервуаре, Па; DB — внутренний диаметр резервуара, см; [аНОм] — номинальное допускаемое напряжение металла, Па; <р — коэффициент прочности сварного шва; — припуск на коррозию и минусовой допуск на расчетную толщину корпуса, см.
Номинальное допускаемое механическое напряжение в соответствии с РТМ 42—62 «Сосуды и аппараты, нормы и методы расчета на прочность» принимается равным наименьшему из двух следующим значений:

где 0Пр и от — предел прочности и предел текучести данного материала, Па.
При расчете резервуаров необходимо учитывать коррозионное влияние воздуха на материал рассчитываемого элемента резервуара. Обычно припуск на коррозию составляет 0;1 см. Кроме того, к расчетной толщине добавляется минусовой допуск, установленный стандартами или техническими условиями на данную толщину металла. Полученная по формуле (7-2) толщина стенки округляется до ближайшей большей толщины стандартного листового проката.
Коэффициент прочности сварного шва принимается для стыковых швов:
с двусторонним проваром, выполняемых автоматической сваркой под слоем флюса, <р=1;
при ручной сварке с подваркой со стороны вершины шва Ф=0,95;
при ручной односторонней сварке <р=0,70;
при ручной односторонней сварке с подкладкой или кольцом со стороны вершины шва, прилегающим к основному металлу по всему периметру, <р=0,90;
свариваемых только с одной стороны автоматической сваркой под слоем флюса, <р=0,80.
При наружном диаметре резервуара до 500 мм днище резервуара, как правило, выполняется плоским (рис. 7-2,а и б). В месте перехода плоской части днища в цилиндрическую необходимо сделать закругление (рис. 7-2, а) или кольцевую выточку (рис. 7-2, б) так, чтобы r>0,33s и г>0,5 см; s1>s и s2>0,66s,.

Рис. 7-2. Соединение днища резервуара воздушного выключателя с корпусом
1 — корпус; 2 — днище

Во всех случаях толщина сферического днища не Должна быть меньше толщины стенки корпуса, определенной по формуле (7-2).
Смотровые отверстия и отверстия для патрубков должны располагаться вне сварных швов. В отдельных случаях допускается расположение этих отверстий на швах, при условии двустороннего провара швов и укрепления отверстий.
Расстояние от кромки отверстия на выпуклом днище до внутренней поверхности отбортовки, измеренное по проекции, не должно быть менее 0,1 внутреннего диаметра днища. Отверстия в днище должны быть расположены вне зоны переходной дуги радиусом гв на расстоянии (по проекции) от крайней точки зоны, не меньшем s1. Как исключение, на переходной дуге допускаются отверстия диаметром     но не более 2,5 см.
Сварные швы должны быть преимущественно стыковыми. В стыковых сварных соединениях элементов резервуара с различной толщиной стенок должен быть обеспечен плавный переход от одного элемента к другому. Угол наклона поверхностей перехода не должен превышать 15°. Если разница в толщине соединяемых элементов составляет не более 30% толщины тонкого элемента и не превышает 5 мм, то допускается применение сварных швов без предварительного утонения толстого элемента, причем швы должны обеспечивать плавный переход от толстого элемента к тонкому. Для приварки плоских днищ, фланцев и патрубков допускаются угловые сварные соединения.
Сварные швы резервуара должны быть доступны, для контроля при его изготовлении, монтаже и эксплуатации. Пересечение сварных швов при ручной сварке не допускается. Они должны быть смещены  по отношению друг к другу не менее чем на 100 мм. Сварные швы, выполненные автоматической или полуавтоматической сваркой, могут пересекаться.
Число болтов, крепящих крышку фланца смотрового отверстия (лаза) при избыточном давлении от 16-10⁵ до 64-10⁵ Па, обычно принимают следующим (рис. 7-3):

[о0ст] — остаточное напряжение смятия прокладок, необходимое для обеспечения герметичности соединения, Па.
Определив внутренний диаметр резьбы, выбирают соответствующий стандартный диаметр болта.
Диаметры отверстий под болты во фланцах и крышках обычно принимаются следующими:
Наружный диаметр резьбы болта (шпильки) мм 12 16 20 24 27 30 36
Диаметр отверстия 4» мм                   14 18 23 27 30 33 40

Рис, 7-3. К расчету деталей лаза

Плоские приварные фланцы применяются обычно до давлений, не превышающих 25 • 10⁵ Па. При больших давлениях фланец отливается из стали вместе с патрубком, имеющим коническую форму, как показано на рис. 7-3, в. Он может ввариваться непосредственно в резервуар или привариваться встык к трубе.
Толщина фланца s4 определяется по формуле (7-76). Диаметр втулки DТ и диаметр D1 могут быть определены по формулам:
DBT = (l,18-r-l,5)D; D1=(1,06-7-1,16)0.
Меньшие числа в скобках относятся к большему диаметру (D=50 см), а большие числа — к меньшему (D=5 см). Конусность патрубка обычно принимается равной 1:5.
Размеры фланцев, рекомендуемые для трубопроводов, приведены в ГОСТ 1255—67, ГОСТ 12827—67, ГОСТ 12828—67 и ГОСТ 12829—67.
При конструировании резервуаров воздушных выключателей в холодостойком исполнении (XJI) должны учитываться дополнительные требования, приведенные в ГОСТ 14892—69 «Машины, приборы и другие технические изделия, предназначенные для эксплуатации в районах с холодным климатом».