СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ТРУБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F16L9/12 

Изобретение относится к области строительства, эксплуатации трубопроводов и может быть использовано для защиты сварного стыка трубопровода от коррозионно-механического разрушения.

Известно, что остаточные напряжения, структурно-механическая неоднородность и различного рода дефекты в сварных стыках трубопровода часто способствуют значительному снижению их работоспособности.

Известны различные устройства и способы упрочняющей обработки сварных стыков конструкций с целью повышения их долговечности, например термическая обработка, прокатка швов ультразвуковая обработка, предварительное утолщение свариваемых кромок.

Несмотря на несомненную эффективность указанных устройств и способов их применения не всегда возможно и экономически оправдано, особенно при изготовлении труб большого диаметра, ремонта и изготовления в монтажных условиях. Между тем проблема обеспечения высокой надежности сосудов давления является одной из важнейших задач науки и техники, в частности трубопроводного транспорта.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для упрочнения сварных стыков трубопроводов, точнее защиты от коррозионно-механического разрушения, отличающееся простотой конструкции и осуществления, которое содержит усилительную цилиндрическую муфту (хомут) с галтелью (А.Г. Камерштейн.Расчет трубопроводов на прочность. М.1966,с.84). Усилительную муфту накладывают на дефектный сварной шов и сваривают с корпусом трубопровода угловыми швами.

Однако из-за зазора между усилительной муфтой этого устройства и поверхностью трубы сварной стык усиливается преимущественно в осевом направлении, а в окружном направлении, по которому действует наибольшее напряжение, усиление (защита от разрушения) происходит лишь в зоне угловых швов, соединяющих муфту с трубой. Кроме этого, эти усилительные муфты сравнительно металлоемкие и ненадежные в случае прорыва давления в полость между муфтой и трубой.

Задача изобретения увеличение надежности и снижения металлоемкости усиленного сварного стыка.

Поставленная задача достигается тем, что создают давление в полости под муфтой и наружной поверхностью трубы и таким образом компенсируют напряжения в сварном стыке от действия давления в трубе.

Усилительная муфта выполнена без цилиндрической части в виде полутороидальной оболочки с малым диаметром по образующей трубы, равным ширине сварного стыка, включающего шов с зонами термического влияния и сваривающегся с трубой стыковыми швами.

На фиг. 1, 2 приведено устройство, позволяющее реализовать способ.

Устройство содержит участок трубы 1, муфту 2, отверстие 3 для подачи давления от автономного источника или путем перепуска рабочей фазы и стыковые швы 4.

Способ реализуется следующим образом. Защита сварного стыка от коррозионно-механического разрушения происходит вследствие компенсации напряжений от давления Р в трубе напряжениями обратного знака от давления Р_м в полости между муфтой 2 и трубой 1. В случае равенства давления под муфтой и в трубе сварной шов оказывается практически в напряженном состоянии, что способствует повышению его долговечности. Давление под муфтой может создаваться с помощью отверстия 3 от автономного источника давления или путем перепуска (редуцирования) рабочей среды из сосуда. Автономное создание давления под муфтой выгодней с точки зрения долговечности муфты, особенно в случаях работы сосудов под действием циклически изменяющихся давлений.

Изготовление известной усилительной муфты без цилиндрической части в виде полутороидальной оболочки с диаметром "d" по образующей сосуда, равным ширине шва с зонам термического влияния, а также приварка муфты к сосуду стыковыми швами 4 обеспечивают значительное увеличение прочности и надежности предлагаемого устройства, так как это приводит к уменьшению площади поверхности муфты, изгибающих моментов и усилий (усилия пропорциональны площади внутренней поверхности муфты), действующих на муфту. Кроме того, повышение прочности предлагаемого устройства достигается тем, что муфта в виде полутороидальной оболочки работает преимущественно на растяжение, а применяемые усилительные муфты работают на изгиб. Уменьшение металлоемкости предлагаемого устройства происходит из-за уменьшения длины известной усилительной муфты и возможного уменьшения толщины ее стенки.

Пример. Необходимо определить диаметр и толщину стенки усилительной муфты, исполненной в виде полутора для повышения долговечности кольцевого сварного шва трубы диаметром Д=720 мм, работающей под давлением Р, равном 50 атм. Материал трубы и муфты- сталь 3 с допускаемым напряжением [σ]=1800 кг/см².

Так как труба сосуд тонкостенный, толщина ее стенки определяется по известной формуле:
1 см 10 мм
Диаметр полутороидальной муфты принимается равным:
d=B+2•c=4•S=4•10=40 мм
где B ширина шва (≈),
с ширина зоны термического влияния (c≈S)
Толщина стенки муфты приблизительно находится по аналогичной формуле, применяемой для сосуда:
0,6 мм.

Длина известной усилительной муфты для трубопровода диаметром 720 мм равна 400 мм, а толщина стенки от 3-10 мм (А.Г. Камерштейн.Расчет трубопроводов на прочность. М.1962, с. 85).

Таким образом, если полутороидальная муфта изготовляется толщиной 3-10 мм, то она работает с запасом прочности соответственно 5-16, а ее вес примерно в 10 раз меньше, чем вес известной усилительной муфты.

Применение предлагаемого устройства для упрочнения сварных швов трубопровода обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:
увеличение эффективности защиты сварных швов от разрушения;
увеличение прочности и надежности;
уменьшение металлоемкости.

При большом объеме сварных швов, подвергаемых защите от разрушения, применение предлагаемого устройства дает значительную экономию народному хозяйству.

Использование: строительство и эксплуатация трубопроводов. Сущность изобретения: способ упрочнения трубопровода заключается в усилении сварных стыков труб 1 муфтами 2 с формой полутора. В полости муфты создают давление, что компенсирует эксплуатационные напряжения в сварном шве стыка труб. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ упрочнения труб, включающий приварку к ним угловыми швами усилительной муфты с галтелью, отличающийся тем, что создают давление в полости под муфтой для компенсации напряжения в сварном стыке труб. 2. Устройство для упрочнения труб, содержащее приваренную к ним над сварным стыком усилительную муфту, отличающееся тем, что последняя выполнена в виде оболочки с формой полутора, при этом диаметр образующей его окружности вдоль образующей трубы равен ширине сварочного шва стыка совместно с зонами термического влияния сварки.