Способ локализации разрушения металлических листовых оболочек

 

1. СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВЫХ ОБОЛОЧЕК SU.,,. 1074686 А 3

СОЮЗ С(:8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И);

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ. ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 (21) 3514145/25-27 (22) 22 ° 11.82 (46) 23.02.84. Бюл. Р 7 .(72) В.А.Мазур (71) Ордена Трудового Красного Зна» мени Центральный научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций (53) 621.791.011(,088.8) (56) 1. Патент США 9 3870350, кл.. 285-286, кл. F 16 L 13/02, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3353293/25-27, кл. В 23 К 28/00, 15.07.82 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВ61Х ОБОЛОЧЕК преимущественно газопроводов, при котором на корпус оболочек приваривают накладки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью, повышения эффективности локализации и снижения трудоемкости, накладки выполняют в виде отдельных клиновидных элементов и устанавливают их по крейней мере в два ряда в направленииi перпендикулярном к образующей оболочки, в шахматном порядке, вершинами навстречу возможному распространению разрушения, причем расстояние между краями смежных клиновидных элементов в каждом ряду меньше расстояния между краями каждого элемента.

1074686

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юц и и с я тем, что клиновидные элементы выполняют с углом в вершине в пределах 60 K 100

3. Способ ио и. 1, о т л и ч а ющ и Я с я тем, что стороны клиновидных элементов выполняют криво« линейными, вогнутыми стороной наружу с радиусом кривизны, равным по краЯней мере трем радиусам оболочки.

4. Способ по пп. 1 и 2 о т л ич а ю шийся тем, что вершины клиновидных элементов второго ряда, считая со стороны предлагаемого разрушения, располагают в точках пересечения линий, являющихся продолжением смежных сторон клиновидных элементов первого ряда.

5. Способ по пп. 1-3, о т л ич а ю щ и и с я тем, что в каждом!

Изобретение относится к строительству и эксплуатации листовых металлоконструкций и может быть использовано для предотвращения аварийного развития трещин, например, в магистральных газопроводах высокого давления как в средней полосе, так и в условиях северных районов страны, а также для газопроводов заводских сетей, по которым транспортируется !О взрывоопасный газ (например, ферросплавный), и для кожухов воздухонагревателей доменных печей.

Известен способ локализации разрушения, предусматривающий устрой- 15 ство стопперов, состоящих минимум из трех участков кольцевой формы, которые ввариваются в тело газопровода, причем средний участок стоппера выполнен из материала трубы газопровода, а крайние участки представляют

" 20 собой обечайки из материала повышен« ной вязкости, по сравнению с материалом газопровода, усиленные дополнительноЯ сплошной накладкой, которую :25 прикрепляют посредством кольцевых электросварных швов или посредством стяжиых болтов вдоль образующей обечаЯки (1) .

Недостатком способа является низкая сопротивляемость предлагаемых З0 видов стопперов лавинному распространению трещин и высокий уровень материальных и трудовых затрат при их изготовлении.

Наиболее близким техническим 35 решением к предлагаемому является сп©соб локализации разрушения металлических листовых оболочек, преимуряду устанавливают по крайней мере шесть клиновидных элементов.

6. Способ по пп. 1-5, о т л uq а ю шийся тем, что, с целью предотвращения разрушения, как с одной стороны, так и с другой стороны оболочки устанавливают дополнительные клиновидные элементы симметрично относительно середины участ ка локализации с вершинами, направленными в сторону, противоположную основным элементам.

7. Способ по пп. 1 и 6, о т л ич а ю шийся .тем, что íà обечайке дополнительно устанавливают кольцевую накладку из линейного элемента, перпендикулярно к образующей оболочки по середине участка локализации между основными и дополнительными клиновидными элементами;

2 щественно газопроводов, прн котором на корпус оболочек приваривают накладки (2).

Однако известный способ предусматривают устройство спиралевидных ловY шек трещин значительной длины, так как трещина при таком способе локализации разрушения при подходе к усиливающему спиралевидному элементу только изменяет первоначальное направление своего развития и далее продолжает распространяться вдоль него до полного торможения н остановки своего развития (в среднем длина одной симметричной спиралевидной ловушки трещин является шести диаметрам оболочки, что по технологическим причинам является нежелательным).

Цель изобретения - повышение эффективности локализации разрушения и снижение трудоемкости производства работ.

Указанная цель достигается тем, .что согласно способу локализации разрушения металлических листовых оболочек преимущественно газопроводов, при котором на корпус оболочек приваривают накладки, последние выполняют в виде отдельных клиновидных элементов и устанавливают их по. крайней мере в два ряда в направлении, перпендикулярном образующей оболочки, в шахматном порядке, вершинами навстречу возможному распространению разрушения, причем расстояние между краями смежных клиыовидных элементов в каждом ряду меньше

1074686

1

Расстояние между клиновидными ловушками трещин устанавливают каждый раз индивидуально в зависимости

5 от назначения оболочки, условий ее работы, имеющих статистических данных о размерах предыдущих аварийных разрушений и т.д. Например, для магистральных газопроводов это расстояние может составлять примерно

12-120 м. Клиновидные ловушки также следует устраивать по обе стороны от технологического оборудования, например. компрессорных стайций, дня защиты от лавинно распространяю65 щихся трещин. расстояния между краями каждого элемента.

Клиновидные элементы выполняютуя с углом аС в вершине в пределах 60 4оС

4 100

Стороны клиновидных элементов выполняют криволинейными .вогнутой стороной наружу с радиусом кривизны, равным по крайней мере трем радиусам оболочки.

Вершины клиновидных элементов 10 второго ряда, считая со стороны предлагаемого разрушения, располагают в точках пересечения линий, являющихся продолжением смежных сторон клиновидных элементов первого ряда. 5

Кроме того, в каждом ряду устанавливают по крайней мере шесть клиновидных элементов °

С целью предотвращения распространения разрушения как с одной стороны, так и с другой стороны оболоч-. ки устанавливают дополнительные клиновидные элементы симметрично относительно середины участка локализации с вершинами, направленными в стороны, противоположную основным элементам.

На обечайке дополнительно устанавливают кольцевую накладку из линейного элемента, которую устанавливают перпендикулярно к образующей оболочки по середине участка локализации между основнычи и дополнительными клиновидными элементами.

Локализация разрушения обеспечивается путем разветвления распространяющейся трещины при подходе к усиливающему клиноводному элементу, как правило, на .две ветви с последующим целенаправленным изменением направления их развития, вплоть до 40 направления, перпендикулярного к образующей оболочки, с позможным их эакольцовыванием.

На фиг. 1 схематично изображена оболочка с участком локализации; вариант,с симметричным расположением клиновидных элементов и усиливающей кольцевой накладкой, на фиг. 2 — развертка оболочки, клиновидные элементы которой выполнены с прямолинейными сторонами; на фиг. 3— развертка оболочки, клиновидные элементы которой выполнены криволинейными с вогнутыми сторонамир на фиг. 4 - вариант выполнения клиновидного элемента с прямолинейными сторонами, изготовленного из линей ного элеяента; на фиг. 5 — вариант выполнения клиновидного элемента с вогнутыми сторонами, изготовленного из линейного элемента, на фиг. 6 вариант выполнения клиновидного элемента треугольной формы с прямо линейными сторонами, изготовленного из листа7 на фиг. 7 - вариант выполнення клиновидного элемента с криво;. линейными сторонами, изготовленного иэ листа.

На оболочке 1 устанавливают клиновидные элементы 2, ширина которых

Ь, и кольцевую усиливающую насадку 3..

Причем клиновидные элементы располагают перпендикулярно к образующей оболочки на равных расстояниях „ Ф 0,6 Ь один от другого, вершинами навстречу вероятному распространению .разрушения (клиновидные элементы могут иметь кромки вогнутой формы радиуса г).

Клиновидные элементы 2 второго ряда линий прикрепляют так, чтобы вершины их располагались на пересечении линий, являющихся продолжением смежных сторон клиновидных накладок

3 первого ряда.

Усиливающую кольцевую накладку 3 из линейного элемента прикрепляют перпендикулярно к образующей оболочки со стороны оснований клиновидных элементов второго ряда на расстоянии

Х,, меньшем радиуса оболочки R.

Клиновидные элементы 2 по другую сторону от усиливающей накладки 3 прикрепляют симметрично первым.

Прикрепленные усиливающие элементы образуют участок локализации (клиновидную ловушку трещин) длинойс.

Трещина, возникшая на участке между ловушками и распространяющаяся вдоль любой иэ образующих оболочки 1, обязательно встретнт на своем пути один из клиновидных элеметов 2 (первого или второго ряда). На некотором расстоянии от клиновидного элемента трещина разветвляется на две ветви, которые в свою очередь продолжают распространяться .вдоль сторон усиливающих клиновидных элементов. Далее каждая из ветвей может распространяться вдоль замкнутого усиливающего кольца, что неизбежно приведет к их остановке или встрече одна с другой (т.е. к эакольцовыванию). . Вследствие этого дальнейшее разрушение оболочки становится невозможным.

1074686

45

Высота сечения усиливающих элементов и высота швов (например электросварных), прикрепляющих их, зависит от марки стали, напряженно-деформированного состояния и толщины стенки оболочки, а также от угла в вершине клиновидных элементов.

Способ может предусматривать выполнение клиновидных элементов с углом в вершине клина 60 а 4 100 .

Клиновидные элементы с углом в вер- 10 шине в указанных пределах, как показывает анализ результатов проведенных экспериментальных исследований, является наиболее эффективными при достижении поставленной цели. 15

Уменьшение угла сС приводит к неоправданному увеличению продольного размера ловушек трещин (участка локализации), которые образовывают ряды клиновидных элементов, так как при определенной (заданной) ширине клиновидных элементов с уменьшением угла оС увеличивается их высота, что приводит также к увеличению расстояния между рядами клиновидных элементов, повышается трудоемкость и сложность изготовления самих клиновидных элементов, а также с уменьшением угла gC увеличивается путь трещины вдоль образующей (длина разрушенного участка) после мдмента разветвления трещины до ее полного торможения.

Увеличение угла a(, приводит к уменьшению длины ловушек трещин, но в то же,время и к резкому возрастанию параметра К, который.обусловли вает площадь и высоту сечения усиливающего элемента, что приводит к резкому увеличению толщины клиновидных элементов. Анализ всех параметров, изменяющихся с изменением угла

a4 „ подтверждает, что ловушки трещин которые образовывают ряды клиновидных элементов с углом в вершине в указанных ранее пределах, являются наиболее эффективными при достижении поставленной цели.

Способ может предусматривать вы- . полнение расстояния между краями смежных клиновидных элементов в каждом ряду меньше их ширины на 40%.

При таком расположении обеспечивается то, что со стороны клиновидных элементов второго ряда перекрывают соответствующие стороны клиновидных элементов первого ряда в кольцевом направлении оболочки минимум на 20% их ширины. Как показывает анализ экспериментальных исследований, при этом повышается надежность и эффектичность локализации разрушения, 60 так как исключается возможность прохода магистральной трещины мимо клиновидных элементов первого и второго ряда в случае произвольного слабого искривления ее траектории. ) 65

Способ может предусматривать выполнение сторон клиновидных элементов криволинейными, вогнутой стороной наружу с радиусом кривизны

1, равным по крайней мере трем радиусам .оболочки (r k 3 R ). Это повысит эффективность локализации разрушения за счет более целенаправленного развития ветвей трещины после разветвления магистральной, сокращения длины клиновидных ловушек трещин, что особенно важно при использовании клиновидных элементов с углом в вершине клина, меньшим 70,. Уменьшать о радиус кривизны ".сторон клиновидных элементов нецелесообразно, так как при этом, по мере удаления от вершины клиновидного элемента, резко возрастает угол наклона сторон клиновидных элементов к образующей оболочки, что, в свою очередь, ведет K увеличению их толщины.

Способ может предусматривать расположение вершин клиновидных элементов второго ряда, считая со стороны возможного разрушения, в точках пересечения линий, являющихся продолжением смежных сторон клиновидных элементов первого ряда. При таком расположении усиливающих элементов распространяющаяся трещина после ветвления, которое произойдет при подходе к усиливающему клиновидному элементу первого ряда, будет плавно изменять направление своего развития и при движении вдоль сторон клиновидных элементов второго ряда (поскольку стороны клиновидных элементов второго ряда являются как бы продолжением соответствующих сторон клиновидных элементов первого ряда).

Способ-может предусматривать установку в каждом ряду, перпендику лярном к образующей оболочки по крайней мере шести клиновидных элементов . предлагаемый способ локализации разрушения металлических листовых оболочек позволит гарантированно останавливать лавинное разрушение, например, магистральных газопроводов на небольших участках длины оболочки, повысить их надежность и долговечность при минимальных материальных и трудовых затратах, идущих в настоящее время на аварийный ремонт. Время аварийных остановок эксплуатации газопроводов сократится, что даст возможность сократить убытки, связанные с этими остановками. Ловушки трещин предлагаемой конструкции позволят надежно защищать от лавинно распространяющихся трещин, а, следовательно, и от разрушения дорогостоящее технологическое оборудование магистральных газопроводов (например компрессорные..

1074686

Фиау

Составитель В. Сушкин

Редактор й. Козориз ТехредВ.Далекорей. Корректор А. Тяско

Гирак 1037

Подписное

Заказ 432/14

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Силиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 станции и т.д.). Изобретение позволит применить при строительстве газопроводов трубы из сталей с существен но меньшим уровнем вязких свойств, т.е. стали гораздо более дешевых марок.