Диссертация (1025910), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Основным фактором, определяющим долговечность, является минимальное сечениешва.1.2. Применение обратного скоса кромок может привести к появлениюнепровара в корне шва, трудно выявляемого неразрушающими методами контроля и существенно снижающего долговечность сварногосоединения.2. Результаты испытаний натурных образцов разрезных тройников позволили получить следующие результаты:2.1. Подтверждена адекватность разработанных компьютерных моделейнапряженного состояния и роста трещин в ремонтных конструкциях.2.2. Запись показаний тензодатчиков в процессе испытаний позволяетвыявить момент начала роста трещины и проследить динамику ее роста.2.3. Траектория роста трещины в сварном шве тройника существенно отклоняется от минимального сечения шва и проходит по основномуметаллу тройника перпендикулярно поверхности его стенки.2.4.
Отсутствие трещин на участке кольцевого шва, противоположномпатрубку к моменту разрушения участка шва рядом с патрубком подтвердило эффективность предложенных мер усиления долговечности114для гладких ремонтных муфт и их недостаточность для разрезныхтройников.2.5. Результаты испытаний лабораторных образцов применимы только кгладким муфтам. Для воспроизведения долговечности разрезноготройника необходимо обеспечить соответствие параметров нагрузкиобразца условиям работы участка шва рядом с горловиной тройника.115Глава 5.РАЗРАБОТКА ДОЛГОВЕЧНЫХ РЕМОНТНЫХКОНСТРУКЦИЙРассмотренные ранее меры по снижению концентрации напряжений вкольцевых швах позволяют повысить ресурс муфт и тройников, но являютсялишь частичным решением проблемы, так как не исключают преждевременногообразования течи.
Необходима разработка ремонтных конструкций, обеспечивающих существенное повышение ресурса поврежденного участка трубы посравнению с традиционными способами усиления муфт.5.1.Разработка конструкции разрезного тройникас повышенным ресурсомСущественное повышение долговечности может быть достигнуто путемустранения очагов зарождения и роста трещин. Это возможно при таком конструктивном оформлении сварного соединения ремонтной конструкции с трубой, при котором либо концентрация растягивающих напряжений сведена к минимуму, либо изменен знак напряжений в возможном концентраторе (растяжение заменено сжатием).В разделе 3.2.1 показано, что основной вклад в концентрацию напряженийвносит изгиб, возникающий в результате попадания жидкости под муфту. Одним из путей ограничения уровня напряжений в соединении муфты с трубойявляется приварка патрубка тройника непосредственно к трубе (Рис.
5.1) [107].Приварка исключает попадание перекачиваемой жидкости под муфту после образования сквозного дефекта в трубе и предотвращает возникновение неблагоприятной схемы нагружения углового шва (см. Рис. 1.4). Такое решение возможно только для разрезных тройников, но не для гладких муфт. В техническойлитературе такая конструкция известна как патрубковый тройник. Эти соображения подтверждают расчеты, проведенные по методике, изложенной в Главе 2.На Рис. 5.1 показаны граничные условия, а на Рис.
5.2 – результаты расчетов.Наиболее опасной является точка А. Точки Б и В в корне кольцевого шва стано-116вятся опасными только после разгерметизации патрубка. В этом случае для точки В реализуется схема нагружения исходного разрезного тройника.т. Бт. Вт. АpРис. 5.1. Конструкция патрубкового тройника: p – внутреннее давлениеПроверка работоспособности патрубкового тройника проведена путем испытания натурных образцов тройников по методике, описанной в параграфе 2.4.Параметры испытанных образцов приведены в Таблице 9.Таблица 9.Параметры натурных образцов патрубковых тройниковТрубаТройникТолщинаТолщинаЧисло цик-ТолщинаДлина ма-стенки,гистрали,мммм1067209002453014>1000010672011002472014>10000Диаметр,ммстенки ма-Диаметрстенкилов до раз-гистрали,патрубкапатрубка,рушенияммммОба образца успешно прошли испытания, выдержав без разрушения требуемое число циклов.
Разрезка после испытаний показала полное отсутствиетрещин в корне кольцевого шва (Рис. 5.3).117т. Бт. ВРис. 5.2.Распределение максимального растягивающего напряжения в патрубковомтройникеРис. 5.3Фрагмент патрубкового тройника после испытанийПатрубковый тройник обеспечивает лишь частичное решение проблемы.СНиП ограничивает применение патрубковых тройников, так как запрещаетприварку патрубка вблизи продольного шва трубы. Поэтому применение такого118тройника для ремонта дефектов в этой зоне требует дополнительного обоснования.
Кроме того, предложенное решение неприменимо для гладких муфт. Темне менее, разработанная конструкция и технология её монтажа вошли в нормативный документ ПАО «АК «Транснефть» для нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий океан» [11].5.2.Разработка универсальной долговечной конструкции ремонтноймуфты5.2.1.
Особенности конструкции муфтыПовышение долговечности ремонтной муфты требует устранения концентрации напряжений в корне кольцевого шва сварного соединения муфты с трубой. Первым шагом на этом пути можно считать известную конструкцию тороцилиндрической муфты с подкладными кольцами (Рис. 1.16,д). Схема ее нагружения приведена на Рис.
5.4,а. Шов 1, прикрепляющий подкладное кольцо ктрубе, расположен не с наружной, а с внутренней стороны муфты. Благодаряэтому действие внутреннего давления под муфтой не отрывает, а прижимаеткольцо к трубе, создавая в корне шва сжимающие напряжения.pа)б)Рис. 5.4.Прототип новой муфты: а) оформление сварного узла; б) распределение максимального растягивающего напряжения под действием внутреннего давления;p – внутреннее давлениеНаиболее опасной точкой в торо-цилиндрической муфте является коренькольцевого шва 2 таврового соединения муфты с кольцом.
Эта конструкция119обеспечивает существенное снижение концентрации напряжений за счет заменынахлесточного соединения на тавровое. Достоинства торо-цилиндрическоймуфты позволяют выбрать ее в качестве прототипа для дальнейшего совершенствования конструкции муфты. Новая усовершенствованная конструкция тороцилиндрической муфты представлена на Рис. 5.5,а. Она сохраняет достоинствапрототипа, однако за счет замены тавровых замыкающих сварных соединенийна стыковые в ней достигнуто максимальное снижение уровня растягивающихнапряжений. Особая конструкция торовой части обеспечивает появление сжимающих напряжений r в корне кольцевого углового шва под действиемвнутреннего давления под муфтой (Рис. 5.5,б). Параметры торовой части подобраны так, что уровень напряжений во всех сечениях и швах муфты находитсяна уровне целой трубы, а все концентраторы оказываются в зоне сжимающихнапряжений.
Конструкция этой муфты полностью отвечает поставленной целиработы.pа)б)Рис. 5.5.Оформление сварного узла новой ремонтной конструкции:а) оформление сварного узла; б) распределение компоненты максимальногорастягивающего напряжения под действием внутреннего давления;p - внутреннее давлениеПараметры торовой части подобраны путем проведения численных экспериментов. Варьируемыми параметрами являлись толщина стенки муфты, уголконической части и радиус перехода от торовой части к цилиндрической (Рис.5.6). При выборе параметров важно было избежать существенного увеличения120массы.
Оптимальное отношение толщин стенок цилиндрической части муфты итрубы (tм/tтр) при одинаковых свойствах материалов равно отношению ихнаружных диаметров (DМ/Dтр).Рис. 5.6.Регулируемые параметры при разработке новой муфтыРадиус торовой части (R) обеспечивает плавный переход к цилиндрической части муфты.
Его увеличение позволяет снизить напряжения от изгиба,вызванного разной жесткостью цилиндрической и торовой частей при действиивнутреннего давления, за счет распределения этого изгиба на большую длину,чем у прототипа. Увеличение R позволяет снизить напряжения в этой зоне доуровня бездефектного участка трубы. Однако при этом растут диаметр и толщина стенки цилиндрической части муфты, а, следовательно, масса ремонтнойконструкции. На основе проведенных расчетов было выбрано рациональноезначение R, обеспечивающее уровень напряжений от изгиба, не превышающийуровень кольцевых напряжений в муфте (Рис.
5.5,б).Концы торовой части со стороны, присоединяемой к трубе, имеют конические участки. Они предназначены для обеспечения установки муфты на трубы с большой овальностью. Путем сошлифовывания кромки коническогоучастка можно добиться равномерного зазора по всему периметру стыка. Крометого, имеется возможность регулирования величины зазора. Величина угла ограничена, с одной стороны, условием обеспечения сжимающих напряжений вкорне углового шва, с другой – необходимостью доступа к внутренней поверх-121ности для визуального контроля.
Установленный расчетами диапазон составил30-400.Общий вид предлагаемой ремонтной муфты представлен на Рис. 5.7.Рис. 5.7.Общий вид разработанной конструкции муфтыТаблица 10.Параметры новой ремонтной муфтыТрубаДиаметр,ммМуфтаТолщинастенки,Длина, ммммУгол ( ),Радиус пере-градхода (R), ммНаружныйдиаметрмуфтыТолщинастенки,1067201000-600030-40180-200142026,6530121000-600030-4060-70700161220121000-600030-40200-220162016Полученная конструкция муфты является результатом применения разработанной методики проектирования ремонтных конструкций. Торовая частьмуфты может быть изготовлена методом штамповки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
