Диссертация (Разработка методики восстановления ресурса участка нефтепровода сварными муфтами), страница 14

Такой прием позволяет снизить общий уровень поперечнойнагрузки на шов в перегруженной зоне, а, следовательно, и уровень пластической деформации в концентраторе. Добиться локального увеличения толщиныможно приваркой небольшой накладки (см. Рис. 3.23) на участок магистралинапротив патрубка.

Однако для равномерной передачи нагрузки через угловойшов необходимо обеспечить приварку накладки совместно с кольцевым угло-91вым швом, а также сделать угловой шов выпуклым либо увеличить катет швавдоль трубы в 2 раза. Для усиления разрезных тройников достаточно ширинынакладки, равной диаметру патрубка.Параметрические исследования способов усиления тройника показали,что наиболее эффективным является локальное увеличение толщины стенки.Такое увеличение можно достигнуть путем приварки небольшой накладки надлине, соответствующей диаметру патрубка.

Недостаток такой накладки –необходимость сварки углового шва с большим катетом для равномерного распределения нагрузки между тройником и усиливающей накладкой.Рис. 3.23.Результаты анализа способов усиления разрезных тройников3.4.Рост трещины в сварном соединении разрезного тройникаРост усталостной трещины является основной причиной выхода из строяремонтных конструкций. Применяемые способы повышения ресурса должнызамедлить скорость этого роста.Моделирование роста трещины в ремонтных конструкциях по методике,описанной в разделе 2.2.4, позволяет оценить эффективность различных мер по92его замедлению. В расчете применены осесимметричные модели. Граничныеусловия для муфты и тройника показаны на Рис.

3.24. На торцах муфты и научастке трубы запрещены перемещения в продольном направлении. При моделировании тройника вместо закрепления магистрали прикладывали продольнуюнагрузку.а)pqб)pРис. 3.24.Схема приложения граничных условий для муфты (а) и тройника (б) при моделировании роста трещины; q – нагрузка от утяжки магистрали тройника напротив патрубка продмуфтакольцошовтрубаРис. 3.25.Результаты моделирования роста трещины в тройникеОбобщенные результаты моделирования представлены на Рис. 3.25. Согласно расчетам, рост трещины в гладкой муфте без разгрузочного кольца происходит в направлении минимального расчетного сечения шва. Установка коль-93ца на трубу и заварка зазора между муфтой и кольцом приводит к изменениюсечения шва и направления роста трещины.

Как видно на Рис. 3.25, и в этомслучае трещина растет по минимальному сечению сварного соединения.В магистрали тройника, вследствие дополнительного растяжения научастке рядом с патрубком, направление роста трещины отклоняется от минимального сечения углового шва в сторону нормали к поверхности стенки тройника (даже при отсутствии разгрузочного кольца). Эти результаты компьютерного моделирования были подтверждены в процессе натурных испытаний разрезных тройников (более подробно методика и результаты экспериментальныхисследований прочности муфт и тройников рассмотрены в Главе 4).В связи с особенностями роста трещины в тройнике, установка разгрузочного кольца и увеличение минимального сечения шва для разрезных тройниковменее эффективны, чем для гладких муфт.

Это согласуется с результатами параметрических исследований способов усиления тройника (см. параграф 3.3).В связи со сложностью конструкции разрезного тройника, полученныерасчетные результаты требуют экспериментального подтверждения.3.5.Выводы по главе 31. Средствами компьютерного моделирования установлено, что главнойпричиной разрушения кольцевого сварного шва ремонтной муфты является взаимный поворот стенок трубы и муфты, приводящий к дополнительному растяжению в корне шва.2.

Для повышения долговечности ремонтных муфт необходим комплексмер, направленных как на уменьшение взаимного поворота стенок трубы имуфты, так и на увеличение расчетного сечения соединяющего их сварного шва.3. Дополнительной причиной снижения долговечности сварного разрезного тройника является поперечная утяжка металла магистрали тройника в зоневысоких растягивающих кольцевых напряжений рядом с патрубком. Вследствиеэтого поперечная растягивающая нагрузка, действующая на прилегающий участок кольцевого шва, в несколько раз превышает нагрузку в аналогичной гладкой муфте.944.

На основе компьютерного моделирования процесса роста усталостныхтрещин установлено, что под действием дополнительной поперечной нагрузкитраектория трещины в тройнике отклоняется от минимального сечения угловогошва в сторону нормали к поверхности стенки тройника. В связи с этим рядсредств повышения ресурса гладких муфт не дает существенного эффекта дляразрезных тройников.

Путем численных экспериментов определена рациональная конфигурация усиливающих накладок, обеспечивающих снижение нагрузкина сварной шов и повышение ресурса разрезных тройников.95Глава 4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕСУРСАСВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЕМОНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ4.1.Исследование влияния технологических факторовна лабораторных образцахВ соответствии с применяемой методикой влияние технологических факторов на ресурс сварного соединения изучалось путем испытаний лабораторныхобразцов. Характер нагружения был воспроизведен внецентренным растяжением образца. Нагрузка, обеспечивающая одинаковый уровень пластической деформации в корне шва лабораторного и натурного образцов муфты, подобранапутем моделирования работы муфты под действием внутреннего давления. НаРис.

4.1 представлена геометрическая модель фрагмента нахлесточного сварного соединения муфты с трубой.Рис. 4.1.Осесимметричная конечноэлементная модель, включающая участок трубы,муфту и нахлесточный шовСогласно утвержденной в ПАО «АК Транснефть» программе натурныхиспытаний, отремонтированный участок трубы нагружается внутренним давле-96нием с максимумом за цикл 12,28 МПа и коэффициентом асимметрии цикла 0,1.Анализ условий работы корня шва в ремонтной конструкции показал, что основной вклад в его нагружение дает внутреннее давление между трубой и муфтой.

При этом если принять остроту концентратора в корне шва постоянной срадиусом 0,5 мм, то максимальная за цикл интенсивность пластической деформации достигает 0,5% (Рис. 4.2). На рисунке видно, что в зоне шва происходитизгиб, и именно этот фактор является доминирующим в нагружении корня шва.Рис. 4.2.Смещенная сетка конечных элементов модели ремонтной конструкции под давлением (перемещения увеличены в 100 раз). Внизу – увеличенный фрагменткорня шва с изолиниями интенсивности пластической деформацииРис.

4.3.Плоскодеформированная конечноэлементная модельлабораторного образца97FРис. 4.4.Смещенная сетка конечных элементов модели лабораторного образца при внецентренном растяжении (перемещения увеличены в 100 раз). Вверху – увеличенный фрагмент корня шва с изолиниями интенсивности пластической деформацииМодель фрагмента сварного соединения лабораторного образца представлена на Рис. 4.3. Подбором растягивающей силы для принятой схемы нагружения был обеспечен необходимый уровень максимальной интенсивности пластической деформации за цикл в лабораторном образце (0,5%) [105].Такое совпадение было получено для образцов типов 1, 2 и 3 при приложении силы 40 кН, а для образцов типов 4, 5 и 6, имеющих меньшее расстояниеот шва до линии действия силы, при приложении силы 53 кН (Таблица 4).

Характер зоны пластической деформации лабораторного образца приведен на Рис.4.4.Сопоставление изолиний на Рис. 4.2 и Рис. 4.4 свидетельствует о близостидвух схем нагружения для анализируемого концентратора напряжения. Выбранные таким способом нагрузки были внесены в программу испытаний лабораторных образцов.984.1.1.

Воспроизведение технологии монтажа муфтыРучная дуговая сварка лабораторных образцов-имитаторов выполняласьна обратной полярности в несколько проходов с предварительным подогревомдо +100 ºС газопламенными горелками. Ширина зоны подогрева составляла 50мм в каждую сторону от оси шва. В процессе сварки осуществляли контрольмежпроходной температуры. В случае снижения температуры перед укладкойпоследующего валика ниже +50 ºС выполняли подогрев до +100 ºС.