Том 2. Технология (1041447), страница 51
Текст из файла (страница 51)
21.16) и в стенке трубы возникает изгибающий мо- мент М4~= Ф сов 20~8. (21.48) С другой стороны, внутреннее давление р в трубе эллиптического очертания вызывает момент М„. Суммарный момент при 0=0 М=М +.М = ~ I1 (- . 1~. 1,,е1 ) (21.49) В результате отпора грунта изгибающий момент принимает значение Мт1. Здесь 1= 1,/11+ Лог (гй)'/Е1, (21.50) где Х вЂ” коэффициент, зависящий от направления отпора грунта (в среднем может быть принят за единицу); о=(2 —:6)МН/м'— коэффициент, зависящий от свойств грунта и диаметра трубы. С увеличением плотности грунта о возрастает.
Определив Мтаг ††=пМ, находим напряжение в продольном шве трубы. 280 к овые опоры, усиливая трубопровод в этом месте кольцом жесткости. Для повышения податливости в продольном направлении трубопроводы иногда опирают на качающиеся стойки; используют также компенсаторы. Трубопроводы с высоким внутренним давлением (напорные), применяемые в гидротехнике, проектируются согласно изложен- ным принципам. Для наземных напорных Д=?уг трубопроводов основными видами нагрузок являются внутреннее давление жидкости с учетом гидростатического давления и динамического коэффициента при гидравличев ском ударе, собственный вес трубопровода с водой, осевые усилия, вызванные давлер „, ::-'=- нием жидкости на поворотах и при изменении диаметра, и температурные воздействия. Определение расчетных напряжений в продольном и поперечном сечениях трубопровода (продольных и кольцевых швах) производится по формулам (21.42) и (21.43).
Подземные трубопроводы помимо внутРас 21 18 Деформаро Реннего ДавЛениЯ и темпеРатУРного возДейаааае проф11ла тру0м ствиЯ испытывают нагРУзкУ от насыпного от веса грунта грунта. Нагрузка, отнесенная к длине грг- бопровода, В трубопроводах, работающих при относительно невысоких внутренних давлениях, возможно применение плоскосворачиваемых труб. Эти трубы обладают малой массой и достаточно хорошими эксплуатационными свойствами. Как правило, трубопроводы рассчитываются в основном на статическую нагрузку.
В особых случаях учитываются пульсация давления транспортируемой среды и импульсный характер ветровых нагрузок. В магистральных трубопроводах могут возникать протяженные разрушения, когда местный разрыв стенки трубы сопровождается быстрым продвижением трещины на десятки и сотни метров. Такой тип разрушения имеет место только вгазопроводах. Это происходит вследствие того, что скорость продвижения конца трещины оказывается весьма большой и давление газа внутри трубы не успевает снизиться до того уровня, которыйтребуется для остановки трещины. С увеличением давления газа, диаметра .трубопровода и толщины его стенки опасность появления таких разрушений увеличивается, особенно при низких температурах.
Для исключения опасности протяженных разрушений можно либо использовать трубы из металла с высоким сопротивлением развитию разрушения, либо переходить к многослойным трубам из от. носительно тонких листов. Однако создание сталей с высоким сопротивлением развитию разрушения требует введения легирующих добавок, которые дефицитны и дороги, а применение многослойных труб усложняет как технологию их изготовления, так и <варку кольцевых стыков на монтаже.
Огромное народнохозяйственное значение трубопроводного транспорта для передачи газа на большие расстояния заставляет вести исследования в обоих направлениях. к 8. Коррозия оболочковых конструкци" Большая часть сварных конструкций, подверженных воздействию активных коррозионных сред, представляет собой конструк'ции оболочкового типа (реакторы, емкости, баллоны, трубопроводы). Коррозия определяется главным образом свойствами основного и присадочного металла, агрессивностью среды, условиями напряженного состояния и технологией сварки. Существенное влияние на коррозию оказывают также температура, кавитация и другие физические эффекты.
Наиболее типичными формами коррозии являются сплошная, или общая, и местная. М е с т н а я коррозия может быть межкристаллитной; если она происходит в зоне перехода от шва к основному. металлу, ее называют н о ж е в о й. О б щ а я коррозия имеет место в низкоуглеродистых сталях и в сварных соединениях сталей, алюминиевых сплавов (АМгб, АД) в атмосферных условиях, в соленой воде и т. д.
Общая коррозия оценивается уменьшением массы, глубиной коррозии, изменением механических свойств за данный отрезок времени. Местная межкристаллитная коррозия развивается в аустенитных сталях и в их сварных соединениях, например в среде азотной кислоты при разных концентрациях; межкристаллитная коррозия 281 наблюдается в сплавах и соединениях титана ВТ1-1, ОТ4 в различных средах, а также в низкоуглеродистых сталях в щелочных р а створ ах.
Неоднородность поля напряжений, как правило, оказывает незначительное влияние на общую коррозию, но заметно интенсифицирует местные виды коррозии, наиболее опасным из которых является растрескивание. Переменные напряжения способствуют ускорению процесса растрескивания, при этом для коррозионноусталостного разрушения характерно образование многих усталостных трещин на поверхности оболочки, а не только в местах концентрации напряжений, как это обычно наблюдается при нагружениях в нейтральной среде.
Для конкретной среды и материала скорость роста трещины зависит от коэффициента интенсивности напряжений К и его размаха ЛК в пределах цикла нагружения — она возрастает по мере их увеличения. Так как К и ЛК зависят не только от условий цикла, но и от длины трещины 1, то даже при сохранении параметров цикла гг и Ло неизменными с ростом длины трещины 1 величины К и ЛК растут. Поэтому увеличение трещины сопровождается повышением скорости ее роста, причем процесс коррозионного разрушения особенно ускоряется при приближении коэффициента К к критическому значению К~.... В сварных соединениях коррозионное разрушение происходит„ как правило, быстрее, чем в основном металле.
Это объясняется тем, что сварные соединения неоднородны. Они могут иметь: — структурно-химическую неоднородность: макронеоднородность, определяемую наличием в соединении различных структурных зон, и микронеоднородность вследствие наличия зерен включений; — неоднородность напряженного состояния и пластического деформирования; — геометрическую неоднородность вследствие наличия дефектов формы и внутреннего строения (непровары, трещины), вызывающих концентрацию напряжений.
Устранение перечисленных видов неоднородности способствует повышению стойкости сварных соединений против коррозионного растрескивания. С этой целью используют различные мероприятия. Так, при сварке аустенитных сталей в зоне высоких температур возникает структурно-химическая неоднородность вследствие выпадения из раствора хрома, переходящего в карбид хрома. Обеднение стали хромом понижает ее коррозионную стойкость. Для устранения этого явления в сталь вводят легирующие элементы (титан, ванадий), связывающие углерод в карбиды.
Неоднородность поля напряжений и пластических деформаций связана главным образом с наличием остаточных напряжений. Проведение отпуска значительно снижает сумму напряжений (овввш.нагр+освар) в конструкции и улучшает сопротивление коррозионному растрескиванию. Коррозионная прочность существенно улучшается при снижении сварочных напряжений до уровня 282 0,25о,. Поэтому сварные сосуды и оболочки, работающие в коррозионной среде, рекомендуется подвергать общему отпуску при температуре 500 — 600'С для снижения остаточных сварочных напряжений и восстановления пластических свойств. При изготовлении негабаритных оболочковых конструкций целесообразно подвергать местному отпуску замыкающие кольцевые швы, выполняемые на монтаже. Устранение вредного влияния геометрической неоднородности обеспечивается рациональным проектированием.
Следует избегать образования конпентраторов напряжений. В частности опасным дефектом являются щели, где легко развивается щелевая коррозия. В этом отношении стыковые соединения .лучше нахлесточных и тавровых. Целесообразно применять различные методы обработки поверхности ультразвуком, прокаткой, обкаткой для образования сжимающих напряже- Рис. 21.17. Виды Т-образного шна ний на поверхности, способствующих повышению стойкости против коррозии. Полезно использование технологических приемов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
