Способ локализации разрушения металлических листовых оболочек Советский патент 1984 года по МПК B23K28/00 

а

00

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что клиновидные элементы BunojiiiuuT с УГЛОМ . в вершине в пределах , ЮО

3.Способ по п. 1, 6 т л и ч а ющ и и с я тем, что стороны клиновидных элементов выполняют криволинейными, вогнутыми стороной наружу с радиусом кривизны, равным по крайней мере трем радиусам оболочки.

4.Способ по пп. 1 и 2 о т л ичающийся 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, отличающий ся тем, что в каждом

ряду устанавливают по крайней мере шесть клиновидных элементов.

6.Способ по пп. 1-5, о т л ичающийс. я тем, 4to, с целью предотвращения разрушения, как с одной стороны, так и с другой стороны оболочки устанавливают дополнительные клиновидные элементы симметрично относительно середины участка локализации-с вершинами, направленными в сторону, противоположную основным элементам.

7.Способ по пп. 1 и 6 отличающийся тем, что на обечайке дополнительно устанавливают кольцевую накладку из линейного элемента, перпендикулярно к образующей оболочки по середине участка локализации между основными и дополнительными клиновидными элементами;

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

Изобретение относится к строитель ству и эксплуатации листовых металлоконструкций и может быть использовано для предотвращения аварийного развития трещин, например, магистральных газопроводах высокого давления как в средней полосе, так и в условиях северных районов страны, а также для газопроводов заводских сетей, по которым транспортируется взрывоопасный газ (например, ферросплавный ), и для кожухов воздухонагревателей доменных печей. Известен способ локализации разрушения, предусматривающий устройство 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 собой обечайки из материгша повышен ной вязкости, по сравнению с матери алом газопровода, усиленные допол- нительной сплошной накладкой,которую прикрепляют посредством кольцевых электросварных швов или посредством стяжных болтов вдоль образующей обе чайки flj . Недостатком способа является низкая сопротивляемость предлагаемых видов стопперов лавинному распространению трещин и высокий уровень материальных и трудовых затрат при их изготовлении. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является спвсоб локализации разрушения метал лических листовых оболочек, преимущественно газопроводов, при котором на корпус оболочек приваривают накЛёШКИ 2. Однако известный способ предусматривает усгройство спиралевидных ловушек 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 и 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. кргШней мере в два ряда в направлении, перпеадикулярном 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 эле йента. Клиновидные элементы выполняются С углом оС в вершине в пределах 60 i 100. Стороны клиновидных элементов вы полняют криволинейными вогнутой стороной наружу с радиусом кривизны равным по крайней мере трем радиуса оболочкиi Вершины клиновидных элементов второго ряда, считая со стороны пре лагаемого разрушения, располагают в точках пересечения линий, являющихся продолжением смежных сторон клиновидных элементов первого ряда Кроме того, в каждом ряду устанавливают по крайней мере шесть кли новидных 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 устанавли вают перпендикулярно к образующей оболочки по середине участка локализации между основными 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 направления, перпендикулярного к образующей оболочки, с позможным их закольцовыванием. На фиг. 1 схематично изображена оболочка с участком локализации; вариант ;С симмет зичным 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 сторонами; на фиг. 4 - вариант выполнения клиновидного элемента с прямолинейными сторонами, изготовленного из линейного элемента; на фиг. 5 - вариант выполнения клиновидного элемента о вогнутыми сторонами, изготовленного из линейного элемента; на фиг. 6 вариант выполнения клиновидного элемента треугольной формы с прямолинейными сторонами, изготовленного из листат на фиг. 7 - вариант выпол нения клиновидного элемента с криво,г линейными сторонами, изготовленного из листа. На оболочке 1 устанавливают клиновидные элементы 2, ширина которых Ь, и кольцевую усиливаквдую насадку 3.. Причем клиновидные элементы располагают перпендикулярно к образующей оболочки на равных расстояниях t. О, ь b 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 fqt меньшем радиуса оболочки Е, Клиновидные элементы 2 по другую сторону от усиливающей накладки 3 прикрепляют симметрично первым. Прикрепленные усиливающие элементы образуют участок локализации (клиновидную ловушку трещнн) длиной В . Трещина, возникшая на участке между ловушками и распространяющаяся вдоль любой из образукяцих оболочки 1, обязательно встретит на своем пути один из клиновидных элеметов 2 (первого или второго ряда). На некоторомрасстоянии от клиновидного элемента трещина разветвляется на две ветви, которые в свою очередь продолжают распространяться вдоль сторон усиливающих клиновидных элементов. Далее кажцая из ветвей мохсет распространяться вдоль замкнутого усиливающего кольца, что неизбежно приведет к их остановке или встрече одна с другой (т.е. к закольдовыванию). Вследствие этого дальнейшее разрушение оболочки становится невозможным. Расстояние между клиновидными овушками трещин устанавливают кажый раз индивидуально в зависимости т назначения оболочки, условий ее аботы, имеющих статистических анных 6 размерах предыдущих аварийых разрушений и т.д. Например, для агистральных газопроводов это асстояние может составлять примерно 2-120 м. Клиновидные ловушки также ледует устраивать по обе стороны от ехнологического оборудования, напимер; компрессорных станции, для ащиты от лавинно распространяюихся трещин.

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

Способ может предусматривать выполнение клиновидных элементов с углом в вершине клина 60 оС i ЮО Клиновидные элементы с углом в вершине в указанных пределах, как показывает анализ результатов проведенных экспериментальных исследований, является наиболее эффективными при достижении поставленной цели.

Уменьшение угла d- приводит к неоправданному увеличению продольного размера ловушек трещин (участк 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 рС увеличивается путь грещины вдоль образующей (длина разрушенного участкаJ после мймента разветвления трещины до ее полного торможения.

Увеличение угла оС 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 толщиныклиновидных элементов. Анализ всех параметров, изменякядихся с изменением угла ot , подтверждает, что ловушки трещи которые образовывают ряды клиновидных элементов с углом в вершине в указанных ранее пределах, являются наиболее эффективными при достижении поставленной цели.

Способ может предусматривать выполненИе 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 эффекхичность локализации разрушения, так как исключается возможность прохода магистральной трещины мимо клиновидных элементов первого и второго ряда в случае произвольного слабого искривления её.траектории.

Способ может предусматривать выполнение сторон клиновидных элементов криволинейными, вогнутой стороной наружу с радиусом кривизны г, равным по крайней мере трем радиусам оболочки (г i 3 R oj ). Это повыси 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 радиус кривизны Г.сторон клиновидных элементов нецелесообразно, так как при этом, по мере удаления от вершины клиновидного элемента, реэко возрастает угол наклона сторон клиновидных элементов к образующей оболочки, что, в свою очередь, дедет к 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, перпендику1Лярном к образующей оболочки по крайней мере шести клиновидных элеменуов. . .

(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 аварий.ный 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 комНрессорные станции и т.д.Ь Изобретение позволит применить при строительстве газопроводов трубы из сталей с существенно меньшим уровнем вязких свойств, т.е. стали гораздо более дешевых марок.