Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов

Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов

Рассмотрены основные варианты усиления ослабленного дефектом утонения стенки трубопровода с помощью постановки герметичной муфты. Показано, что для варианта ремонтной технологии с использованием конструкции муфты с жидким наполнителем промежутка между стенками трубы и муфтой требуются тщательное о...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Автоматическая сварка
Datum:2011
Hauptverfasser: Махненко, В.И., Великоиваненко, Е.А., Миленин, А.С., Олейник, О.И., Розынка, Г.Ф., Пивторак, Н.И.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2011
Schlagworte:
Научно-технический раздел
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102874
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов / В.И. Махненко, Е.А. Великоиваненко, А.С. Миленин, О.И. Олейник, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак // Автоматическая сварка. — 2011. — № 8 (700). — С. 25-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102874
record_format dspace
spelling Махненко, В.И.
Великоиваненко, Е.А.
Миленин, А.С.
Олейник, О.И.
Розынка, Г.Ф.
Пивторак, Н.И.
2016-06-13T03:11:10Z
2016-06-13T03:11:10Z
2011
Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов / В.И. Махненко, Е.А. Великоиваненко, А.С. Миленин, О.И. Олейник, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак // Автоматическая сварка. — 2011. — № 8 (700). — С. 25-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
0005-111X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102874
662.691.4.
Рассмотрены основные варианты усиления ослабленного дефектом утонения стенки трубопровода с помощью постановки герметичной муфты. Показано, что для варианта ремонтной технологии с использованием конструкции муфты с жидким наполнителем промежутка между стенками трубы и муфтой требуются тщательное обоснование, учитывающее свойства наполнителя при его полимеризации, а также соответствующая оценка несущей способности сварных швов.
Main variants of strengthening of the pipeline wall thinning by installing a sealed sleeve are considered. It is shown that the variant of the repair technology involving a sleeve design with a liquid filler of the gap between the pipe walls and sleeve requires that thorough substantiation allowing for properties of the filler during polymerisation, as well as corresponding evaluation of the load-carrying capacity of the welds be provided.
ru
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
Автоматическая сварка
Научно-технический раздел
Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов
Permissible pressure for filler of sealed sleeves used to repair main pipelines
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов
spellingShingle Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов
Махненко, В.И.
Великоиваненко, Е.А.
Миленин, А.С.
Олейник, О.И.
Розынка, Г.Ф.
Пивторак, Н.И.
Научно-технический раздел
title_short Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов
title_full Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов
title_fullStr Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов
title_full_unstemmed Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов
title_sort допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов
author Махненко, В.И.
Великоиваненко, Е.А.
Миленин, А.С.
Олейник, О.И.
Розынка, Г.Ф.
Пивторак, Н.И.
author_facet Махненко, В.И.
Великоиваненко, Е.А.
Миленин, А.С.
Олейник, О.И.
Розынка, Г.Ф.
Пивторак, Н.И.
topic Научно-технический раздел
topic_facet Научно-технический раздел
publishDate 2011
language Russian
container_title Автоматическая сварка
publisher Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
format Article
title_alt Permissible pressure for filler of sealed sleeves used to repair main pipelines
description Рассмотрены основные варианты усиления ослабленного дефектом утонения стенки трубопровода с помощью постановки герметичной муфты. Показано, что для варианта ремонтной технологии с использованием конструкции муфты с жидким наполнителем промежутка между стенками трубы и муфтой требуются тщательное обоснование, учитывающее свойства наполнителя при его полимеризации, а также соответствующая оценка несущей способности сварных швов. Main variants of strengthening of the pipeline wall thinning by installing a sealed sleeve are considered. It is shown that the variant of the repair technology involving a sleeve design with a liquid filler of the gap between the pipe walls and sleeve requires that thorough substantiation allowing for properties of the filler during polymerisation, as well as corresponding evaluation of the load-carrying capacity of the welds be provided.
issn 0005-111X
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102874
citation_txt Допускаемое давление для заполнителя герметичных муфт, используемых при ремонте магистральных трубопроводов / В.И. Махненко, Е.А. Великоиваненко, А.С. Миленин, О.И. Олейник, Г.Ф. Розынка, Н.И. Пивторак // Автоматическая сварка. — 2011. — № 8 (700). — С. 25-30. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT mahnenkovi dopuskaemoedavleniedlâzapolnitelâgermetičnyhmuftispolʹzuemyhpriremontemagistralʹnyhtruboprovodov
AT velikoivanenkoea dopuskaemoedavleniedlâzapolnitelâgermetičnyhmuftispolʹzuemyhpriremontemagistralʹnyhtruboprovodov
AT mileninas dopuskaemoedavleniedlâzapolnitelâgermetičnyhmuftispolʹzuemyhpriremontemagistralʹnyhtruboprovodov
AT oleinikoi dopuskaemoedavleniedlâzapolnitelâgermetičnyhmuftispolʹzuemyhpriremontemagistralʹnyhtruboprovodov
AT rozynkagf dopuskaemoedavleniedlâzapolnitelâgermetičnyhmuftispolʹzuemyhpriremontemagistralʹnyhtruboprovodov
AT pivtorakni dopuskaemoedavleniedlâzapolnitelâgermetičnyhmuftispolʹzuemyhpriremontemagistralʹnyhtruboprovodov
AT mahnenkovi permissiblepressureforfillerofsealedsleevesusedtorepairmainpipelines
AT velikoivanenkoea permissiblepressureforfillerofsealedsleevesusedtorepairmainpipelines
AT mileninas permissiblepressureforfillerofsealedsleevesusedtorepairmainpipelines
AT oleinikoi permissiblepressureforfillerofsealedsleevesusedtorepairmainpipelines
AT rozynkagf permissiblepressureforfillerofsealedsleevesusedtorepairmainpipelines
AT pivtorakni permissiblepressureforfillerofsealedsleevesusedtorepairmainpipelines
first_indexed 2025-11-24T16:28:12Z
last_indexed 2025-11-24T16:28:12Z
_version_ 1850485883972616192
fulltext УДК 662.691.4 ДОПУСКАЕМОЕ ДАВЛЕНИЕ ДЛЯ ЗАПОЛНИТЕЛЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ МУФТ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Академик НАН Украины В. И. МАХНЕНКО, Е. А. ВЕЛИКОИВАНЕНКО, канд. физ.-мат. наук, А. С. МИЛЕНИН, канд. техн. наук, О. И. ОЛЕЙНИК, Г. Ф. РОЗЫНКА, Н. И. ПИВТОРАК, инженеры (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Рассмотрены основные варианты усиления ослабленного дефектом утонения стенки трубопровода с помощью постановки герметичной муфты. Показано, что для варианта ремонтной технологии с использованием конструкции муфты с жидким наполнителем промежутка между стенками трубы и муфтой требуются тщательное обоснование, учитывающее свойства наполнителя при его полимеризации, а также соответствующая оценка несущей способности сварных швов. К л ю ч е в ы е с л о в а : ремонт трубопроводов под давлени- ем, герметичные муфты, щелевые сварные швы, объемные изменения при полимеризации В последние годы при ремонте обширных кор- розионных дефектов стенки магистральных тру- бопроводов без вывода их из эксплуатации, т. е. под внутренним давлением газа или нефти, в Ук- раине используют герметичные муфты различных конструкций, основная цель которых состоит в частичной разгрузке дефектного участка стенки трубопровода, что в ряде случаев является дос- таточным для изменения характеристики дефекта из «недопустимого» в «допустимый» [1]. Для линейной части трубопровода, загружен- ной в основном внутренним давлением, эффек- тивность разгрузки дефектной стенки трубы муф- той зависит от множества конструктивных и тех- нологических факторов, обеспечивающих контак- тное прилегание муфты к стенке трубы. На рис. 1 представлены известные механичес- кие способы обеспечения прилегания стенок тру- бы и муфты, из которых видна трудоемкость и сложность выполненного контроля их эффектив- ности. Значительно проще этот вопрос решается, если использовать соответствующий заполнитель зазора между стенками трубы и муфты. Муфты такого типа более привлекательны, поскольку поз- воляют надежно и просто обеспечить разгрузку дефектной стенки трубы за счет контролируемого давления в жидком заполнителе межстеночного зазора. Приведенная на рис. 2 схема наглядно демон- стрирует принцип работы конструкции, у которой имеются определенные достоинства и особеннос- ти. Среди последних следует назвать наличие кольцевых сварных швов 6, к которым примыкает зазор с наполнителем при давлении в последнем Pн, его максимальное значение регламентируется © В. И. Махненко, Е. А. Великоиваненко, А. С. Миленин, О. И. Олейник, Г. Ф. Розынка, Н. И. Пивторак, 2011 Рис. 1. Схематическое изображение механических способов обеспечения прилегания муфты к стенке трубы [2]: а — болтовой; б — стандартный; в — с защемлением цепи; 1 — ремонтная муфта; 2 — продольный сварной шов; 3 — сварной шов с полным проплавлением и сплавлением с подложкой (наиболее употребимы два симметрично расположенных соединения); 4 — половины муфты с боковыми опорами; 5 — деревянная опорная рама; 6 — гидравлический пресс; 7 — высокопрочная цепь; 8 — ремонтируемый трубопровод 8/2011 25 авторами патента [3] вплоть до значения ремон- тного давления в трубе Pрем. При наличии стального кольца 2 (рис. 2), обес- печивающего необходимый зазор между стенка- ми, в зоне примыкания образуется трещинооб- разная щель, т. е. кольцевые сварные швы 6 сле- дует относить к так называемым щелевым сое- динениям, расчет которых выполняется на основе подходов механики разрушения тел с трещинами [4]. Предельное состояние для сварных соедине- ний такого типа обычно формулируется из ус- ловия, что примыкающая острая полость-трещина находится в поле напряженного состояния, при котором выполняются условия ее спонтанного роста. Среди таких достаточно апробированных условий заслуживает внимания двухпараметри- ческий критерий вязкохрупкого разрушения [4], связывающий параметр чисто хрупкого разруше- ния в вершине трещины Kr = KI/KIC (где KI — коэффициент интенсивности напряжений в вер- шине трещины нормального отрыва; KIC — кри- тическое значение этой величины для данного ма- териала) с параметром чисто вязкого разрушения для данной трещины Lr = σref/σт (где σref — ре- феративное напряжение, условно имеющее место в вершине данной трещины при указанном зна- чении нагружения и условии идеальной текучести материала с пределом текучести σт). Согласно [4] этот критерий можно представить в виде Kr = f(Lr) при Lr < Lr max ≈ σт + σв 2σт ; Kr = 0 при Lr > Lr max, (1) где f(Lr) — экспериментальная функция для дан- ного материала (рис. 3). Согласно [4] кривая f(Lr) (рис. 3) для конс- трукционных сталей при Lr < Lr max достаточно хо- рошо описывается зависимостью f(Lr) = (1 – 0,14Lr 2)[0,3 + 0,7exp(–0,65Lr 6)]. (2) Согласно [4] расчетное определение значений KI и σref для сварных соединений щелевого типа (рис. 2) удобно выполнять, предварительно рас- считав изгибающий момент M и перерезывающую силу Q, действующие в зоне сварного соединения на единицу его длины (по окружности), и исполь- зуя следующие зависимости [4]: KI = 0,5369 √⎯⎯h ⎛⎜ ⎝ Q cos ϕ + 8M h ⎞ ⎟ ⎠ , (3) σref = √⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎛ ⎜ ⎝ 4M h2 + Q cos ϕ h ⎞ ⎟ ⎠ 2 + 3⎛⎜ ⎝ Q sin ϕ h ⎞ ⎟ ⎠ 2 , (4) где h — минимальный размер от вершины острой полости в сварном шве до свободной поверхности (рис. 4); их два — h1 и h2. Очевидно, что более консервативным является размер h1: h1 = δмcos ϕ; cos ϕ = (1 + β2)–0,5; β = δм + Δ – δт.к a . (5) Фактор безопасности n ≥ 1 определяется по расчетным значениям Kr и Lr точками n⋅Kr и n⋅Lr на зависимости (2). Рис. 2. Схема способа ремонта с помощью герметичной муф- ты с наполнителем [3]: 1 — технологические кольца; 2 — тонкостенное дополнительное кольцо; 3 — штуцер; 4 — муфта; 5 — заполнитель; 6 — кольцевые сварные швы; 7 — трубопровод; 8 — продольный шов; 9 — дефектный участок Рис. 3. Диаграммы предельного состояния Kr = f(Lr) для конструкционных сталей разного типа: A — высокопрочная сталь EN408; B — сталь для сосудов давления A533B; C — низкоуглеродистая сталь с марганцем; D — аустенитная; E — расчетная кривая, полученная по зависимости (2) Рис. 4. Схема сечения кольцевого шва 6 с обозначениями элементов рис. 2 26 8/2011 Из изложенного следует, что предельное сос- тояние вязкохрупкого разрушения (спонтанный рост трещины — острой полости, примыкающей к кольцевому сварному шву) определяется изги- бающим моментом M и перерезывающей силой Q, которые обусловлены внутренним давлением в трубе Pт и наполнителе Pн, а также геометри- ческими размерами сечения (см. рис. 4), т. е. ди- аметром трубопровода D, толщинами соответс- твенно трубопровода δт, муфты δм и технологи- ческих колец σт.к, δт.к, размерами сварного соединения c, a, b и межстеночным зазором Δ, а также соответствующими характерис- тиками материала KIC, σт, σв сварного со- единения в сечениях минимальных разме- ров h1 и h2. Для получения соответствующих коли- чественных результатов в ИЭС им. Е. О. Патона с помощью компьютерной системы «Weldpredictions» разработана компьютер- ная программа для расчета методом конеч- ных элементов напряженного состояния для соответствующих геометрических размеров и нагрузок — Pт и Pн. Момент M и пере- резывающая сила Q в вершине острой по- лости вычисляли по нормальным напряже- ниям σzz в сечении z = z* (рис. 4), соот- ветствующим вершине острой полости для ее роста по направлению h1 либо h2. Момент M можно представить в виде разности M = M1 – M2, где M1 = ∫ – δ м 2 δ м 2 σzzξdξ; M2 = ∫ – δ т + Δ 2 δ т + Δ 2 σzzξdξ , (6) для варианта распространения трещины по направлению h1 и соответственно M1 = ∫ – δ м + Δ 2 δ м + Δ 2 σzzξdξ; M2 = ∫ – δ т 2 δ т 2 σzzξdξ (7) для варианта распространения трещины по направлению h2. Соответствующие результаты расчета для трубопровода из стали Х70 при D = = 1420 мм, δт = 20 мм и рабочем давлении Pт = 7,5 МПа приведены ниже для муфты длиной 1400 мм и толщиной δм = 14 мм (а = 20 мм при ремонтном давлении Pрем = = 7,5 МПа и а = 14 мм при Pрем = 0,7Pт = = 5,25 МПа). Размеры технологических колец δт.к и c при- нимались следующими: δт.к = δм, с = 140 мм. За- зор Δ регулировали с помощью дополнительных колец 2 (см. рис. 4), имеющих ширину b = = 30 мм. В табл. 1–4 приведены расчетные данные из- гибающих моментов M и перерезывающих сил Q для различных вариантов исходных данных и разрушения в направлении h1 (см. рис. 4). На ос- нове значений M и Q рассчитаны KI, σref, а также Т а б л и ц а 1. Расчетные значения изгибающих моментов M и перерезывающих сил Q при Pрем = Pт, a = 20 мм, σт = 440 МПа Pт, МПа Рн, МПа n KI, МПа⋅мм1/2 σref, МПа M, МПа⋅мм2 Q, МПа⋅мм Δ = 3 мм, h1 = 13,845 мм 7,50 2,00 58,35 7,6 1,9 91,6 0 7,50 2,50 8,35 53,4 13,4 640,5 0 7,50 3,00 4,49 99,2 24,8 1189,6 0 7,50 3,50 3,08 145,0 36,3 1738,8 0 7,50 4,00 2,34 190,8 47,7 2288,0 0 7,50 4,50 1,88 236,6 59,2 2837,2 0 7,50 5,00 1,58 282,3 70,7 3386,4 0 7,50 5,50 1,36 328,1 82,1 3935,5 0 7,50 6,00 1,19 373,9 93,6 4484,7 0 7,50 6,50 1,05 422,7 105,0 5033,9 20,9 7,50 7,00 0,94 473,4 116,5 5583,1 54,6 7,50 7,50 0,85 523,4 127,8 6125,6 88,2 0 7,50 0,62 719,0 162,0 7763,2 497,3 Δ = 12 мм, h1 = 12 мм 7,50 0,50 8,89 50,1 13,5 484,8 0 7,50 1,00 3,72 119,7 32,2 1159,1 0 7,50 1,50 2,78 160,0 43,0 1549,6 0 7,50 2,00 2,22 200,8 54,0 1944,1 0 7,50 2,50 1,84 241,6 64,9 2339,6 0 7,50 3,00 1,58 282,4 75,9 2735,2 0 7,50 3,50 1,38 323,4 86,9 3130.8 0,9 7,50 4,00 1,20 369,8 97,9 3526,4 36,4 7,50 4,50 1,07 416,1 108,9 3922,0 71,8 7,50 5,00 0,96 462,5 119,8 4317,6 107,3 7,50 5,50 0,88 508,8 130,8 4713,2 142,7 7,50 6,00 0,80 555,2 141,8 5108,8 178,1 7,50 6,50 0,74 601,5 152,8 5504,4 213,6 7,50 7,00 0,69 646,8 163,5 5890,6 248,8 7,50 7,50 0,65 690,4 173,8 6260,2 283,6 0 7,50 0,71 632,1 148,3 5342,4 518,9 П р и м е ч а н и e . Здесь и в табл. 2–4: D = 1400 мм; σт = 20 мм; δм = 14 мм; b = 30 мм, c = 140 мм. 8/2011 27 коэффициент безопасности n при KIC = = 1500 МПа⋅мм1/2 [4], σт = 360 и 440 МПа. Из этих данных видно, что изменение предела те- кучести от 440 до 360 МПа (соответственно ста- ли Х70 и Х60) при Pрем = Pт = 7,5 МПа и Pрем = = 0,7Pт заметного влияния на допускаемое дав- ление в наполнителе не оказывает [Pн] при коэф- фициенте безопасности n ≈ 2. Существенное влияние оказывает зазор Δ. С его увеличением от 3 до 12 мм [Pн] снижается от 4,3 до 2,3 МПа при Pрем = Pт (табл. 1 и 2) и от 3,5 до 1,7 МПа (табл. 3 и 4) при Pрем = 5,25 МПа. Повышение давления Pн выше указанного до- пускаемого [Pн] нежелательно, поскольку при этом заметно снижается значение фактора безо- пасности n. Рассматривали также вариант разрушения в направлении h2 (см. рис. 4). Соответствующие ре- зультаты подтверждают высказанное выше пред- положение о более консервативном варианте раз- рушения в направлении h1. Таким образом, из полученных результатов расчета (табл. 1–4) следует, что при указанных размерах герметичной муфты [2] и условиях за- полнения межстеночного зазора можно рекомен- довать создавать давление из условия сох- ранения целостности кольцевых сварных швов на уровне [Pн] = 4,3…4,5 МПа при Pрем = 5,25…7,50 МПа и Δ = 3 мм. Уве- личение значения Δ до 12 мм резко снижает допускаемое давление в наполнителе до 1,7...2,3 МПа. Поскольку во многих случаях значение зазора D находится в пределах 3 мм, а создаваемое давление Pн не пре- вышает 4 МПа, то рассмотренная конструк- ция ремонтной муфты применительно к ма- гистральным трубопроводам D = = 1420×20 мм из стали типа Х60 и Х70 вполне может обеспечить высокую разгруз- ку дефектной зоны в стенке трубопровода, естественно, при условии, что заданное зна- чение давления жидкого наполнителя су- щественно не изменится после его полиме- ризации. Однако этот важный вопрос тре- бует специального рассмотрения. На данном этапе заслуживает внимания получение для конкретных размеров трубоп- ровода и рассматриваемой муфты допускае- мого давления Pн, поскольку рекомендации авторов работ [2] относительно верхней гра- ницы на уровне Pрем являются недостаточно обоснованными. Рассмотрим, что происходит с давлением в наполнителе при затвердевании последнего. Известно, что переход из жидкого состояния в твердое связан с изменением сво- бодного относительного объема при сохра- нении массы вещества. При условии несжи- маемости жидкой фазы и коэффициенте объемного сжатия наполнителя Kн = (1 – 2vн) ⁄ Eн (где Eн — модуль нормальной упругости стали и твердого наполнителя; vн — коэф- фициент Пуассона твердого наполнителя) для твердой фазы получим зависимость от- носительного изменения объема при пере- ходе из жидкого в твердое состояние еди- ницы массы Т а б л и ц а 2. Расчетные значения изгибающих моментов M и перерезывающих сил Q при Pрем = Pт, a = 20 мм, σт = 360 МПа Pт, МПа Рн, МПа n KI, МПа⋅мм1/2 σref, МПа M, МПа⋅мм2 Q, МПа⋅мм Δ = 3 мм, h1 = 13,845 мм 7,50 2,00 56,62 7,8 2,0 94,0 0 7,50 2,50 8,28 53,6 13,4 642,9 0 7,50 3,00 4,47 99,4 24,9 1292,0 0 7,50 3,50 3,06 145,2 36,3 1741,2 0 7,50 4,00 2,32 191,0 47,8 1290,4 0 7,50 4,50 1,87 236,7 59,3 2839,6 0 7,50 5,00 1,57 282,7 70,7 3390,2 0 7,50 5,50 1,35 328,6 82,2 3940,8 0 7,50 6,00 1,19 374,5 93,7 4491,4 0 7,50 6,50 1,05 423,4 105,2 5042,1 20,8 7,50 7,00 0,94 472,3 116,2 5570,8 54,0 7,50 7,50 0,85 521,1 127,3 6099,8 87,1 0 7,50 0,64 690,7 155,3 7440,9 487,3 Δ = 12 мм, h1 = 12 мм 7,50 0,50 8,81 50,3 13,5 486,9 0 7,50 1,00 3,69 119,9 32,2 1161,3 0 7,50 1,50 2,76 160,2 43,1 1551,7 0 7,50 2,00 2,20 201,0 54,0 1946,3 0 7,50 2,50 1,83 241,8 65,0 2341,8 0 7,50 2,50 1,57 282,7 76,0 2737,3 0 7,50 3,00 1,37 323,7 87,0 3132,9 1,0 7,50 3,50 1,20 370,0 97,9 3528,5 36,5 7,50 4,00 1,06 416,4 108,9 3924,1 71,9 7,50 4,50 0,96 462,7 119,9 4319,7 107,4 7,50 5,00 0,87 509,2 130,9 4716,7 142,7 7,50 5,50 0,80 555,7 141,9 5113,9 178,1 7,50 6,00 0,74 599,5 152,3 5486,6 212,9 7,50 6,50 0,69 643,5 162,7 5860,5 247,6 7,50 7,00 0,65 685,6 172,6 6217,5 281,3 0 7,50 0,76 585,5 136,3 4911,8 505,4 28 8/2011 ΔV V = 3Kн(σтв – σж) + γт – γж V , (8) где σтв, σж — давление с обратным знаком в твер- дой σтв и жидкой фазе, т. е. σж = –Pн; γт, γж — объем твердой и жидкой фазы единичной массы. Значение (γт – γж) ⁄ V является константой дан- ной среды (например, для эпоксидной смолы оно составляет приблизительно –0,06 [5 и др.]). Если затвердевание происходит без нарушения целостности наполнителя и при сохранении свя- зей с трубой и муфтой, то ΔV/V = 0 и Т а б л и ц а 3. Расчетные значения изгибающих момен- тов M и перерезывающих сил Q при Pрем = 0,7Pт, a = = 20 мм, σт = 440 МПа Т а б л и ц а 4. Расчетные значения изгибающих момен- тов M и перерезывающих сил Q при Pрем = 0,7Pт, a = = 20 мм, σт = 360 МПа 8/2011 29 σтв = σж – 1 3Kн γт – γж V . (9) Поскольку давление сжатия σж — величина отрицательная, то при (γт – γж) ⁄ V < 0 затверде- вание сопровождаться снижением сжатия в на- полнителе. Чем меньше значение Kн в твердом наполнителе, тем интенсивнее происходит это снижение. Например, для полиуретана, широко исполь- зуемого в Украине, значение Kн находится на уровне 0,002 МПа–1, т. е. при (γт – γж) ⁄ V оно ниже –0,03. Условие сохранения σтв < 0 требует, чтобы исходное давление в наполнителе Pн = –σж было выше 0,03 3⋅0,002 = 5 МПа, что, как следует из изложенного выше, находится на пределе конс- труктивных возможностей кольцевых швов свар- ных соединений рассматриваемых муфт [3]. Более того, следует учитывать, что получение в затвердевшем наполнителе значения σтв на уров- не нуля при низком значении коэффициента объемного сжатия Kн = (1 – 2vн) ⁄ Eн может привес- ти к недостаточной разгрузке дефектной стенки, т. е. повлиять на эффективность работы муфты, что потребует дополнительного увеличения Pн на 2…3 МПа. Получается, что конструкция муфты и ее свар- ные швы должны выдерживать внутристеночное давление на уровне рабочего давления газа в тру- бе, что вполне реально, если по той или иной причине дефект стенки трубы под муфтой ста- новится сквозным. Оценить степень разгрузки дефектного участка трубопровода за счет постановки герметичной муфты с наполнителем можно, использовав приб- лиженную зависимость ΔP = – σres н + P – Pрем 1 + δт δм + Aн , Aн = Kн Eδтδн (D ⁄ 2)2 , (10) где ΔP — часть рабочего давления P, снимаемого за счет герметичной муфты с наполнителем в за- зоре между стенками трубы и муфты; σres н — ос- таточное среднее нормальное напряжение в твер- дом наполнителе; Kн = (1 – 2vн) ⁄ Eн — коэффици- ент объемного сжатия в твердом наполнителе; δн — толщина наполнителя. В случае чисто механического контакта трубы и муфты в (10) δн = 0, Aн = 0 и соответственно σres н = 0. При этом ΔP из (10) ΔP = P – Pрем δм + δт δм за- висит от P – Pрем и может быть недостаточной для эффективной разгрузки дефектного участка стенки. Здесь более широкие возможности свя- заны с использованием наполнителя. Однако при этом геометрические размеры муфты и сварных соединений должны гарантировать получение со- ответствующего значения σres н в затвердевшем на- полнителе. Выводы 1. Конструкции герметичных муфт с наполните- лем, рекомендуемые в современной литературе для ремонта дефектов утонения стенок магист- ральных трубопроводов без вывода их из эксплу- атации, в ряде случаев являются недостаточно обоснованными, поскольку сварные соединения не могут выдержать внутреннее давление жидкого наполнителя на уровне рабочего давления газа в трубе. 2. При разработке таких конструкций следует обратить особое внимание на изменение свойств наполнителя при его затвердевании с позиций обеспечения необходимого давления для эффек- тивной разгрузки дефектного участка стенки тру- бопровода. 1. Fitness-for-service Recommended Practice 579. — Ameri- can Petroleum Institute, 2000. — 625 p. 2. Updated pipeline repair manual. — Revision by Edison Welding Institute, 2006. — 82 p. 3. Пат. 77931 Україна, МПК F 16 L 55/16, B 23 K 31/02. Спосіб ремонту дефектної ділянки трубопроводу, що знаходиться під тиском / В. С. Бут, Я. С. Марчук, О. П. Подолян та ін. — Опубл. 15.01.2007. 4. Махненко В. И. Ресурс безопасной эксплуатации свар- ных соединений и узлов современных конструкций. — Киев: Наук. думка, 2006. — 618 с. 5. Zarelli V., Skordos A. A., Partridge I. K. Investigation of cure induced shrinkage in unreinforced epoxy resin // Plas- tics, rubber and composites processing and application. — 2000. — № 31. — P. 377–384. Main variants of strengthening of the pipeline wall thinning by installing a sealed sleeve are considered. It is shown that the variant of the repair technology involving a sleeve design with a liquid filler of the gap between the pipe walls and sleeve requires that thorough substantiation allowing for properties of the filler during polymerisation, as well as corresponding evaluation of the load-carrying capacity of the welds be provided. Поступила в редакцию 30.03.2011 30 8/2011

Ähnliche Einträge