Question

Трубы с тонкой стенкой могут выдерживать небольшое давление в 2-3 атмосферы. На мощных тепловых станциях для получения высокой температуры пара (до 560°С) необходимо использовать трубы на давление около 160 атм, следовательно, толщина стенки трубы должна быть в 50 раз больше. Это приводит к большому расходу материала и огромному весу труб.
Попробуйте предложить вариант двухслойной трубы, в которой для уменьшения толщины используется предварительное механическое напряжение.

Answer 1

Для создания предварительного напряжения необходимо взять две трубы разного диаметра: внешний диаметр внутренней трубы должен быть чуть больше внутреннего диаметра наружной трубы. При одинаковой температуре внутренняя труба, естественно, не будет входить во внешнюю, если же внешнюю трубу нагреть, ее внутренний диаметр в результате теплового расширения увеличится и при определенной температуре будет иметь значение чуть больше, чем внешний диаметр внутренней трубы. В этот момент внутренняя труба вставляется во внешнюю, которая после остывания будет сжимать внутреннюю трубу с каким-то усилием.
Таким образом можно подобрать трубы с такими диаметрами, что механическое напряжение, действующее со стороны внешней трубы на внутреннюю, будет компенсировать высокое давление внутри такой двухслойной трубы. Такое предварительное напряжение позволит значительно уменьшить общую толщину труб.