Способ локализации разрушения металлических листовых оболочек

(19) (111; ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУщ еи( г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ1(71) Ордена Трудового Красного Знамени Центральный научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций(56) 1. Патент США В 3870350,кл. 285-286, кл, Р 16 Ь 13/02, 1975.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3353293/25-27,кл. В 23 К 28/00, 15.07.82(прототип),(54)(57) 1, СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВЫХ ОБОЛОЧЕК преимущественно газопроводов, прикотором на корпус оболочек приваривают накладки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью, повышенияэффективности локализации и снижениятрудоемкости, накладки выполняют ввиде отдельных клиновидных элементов и устанавливают их по крайнеймере в два ряда в направлении перпендикулярном к образующей оболочки,в шахматном порядке, вершинаминавстречу возможному распространению разрушения, причем расстояниемежду краями смежных клиновидныхэлементов в каждом ряду меньше расстояния между краями каждого элемента.1074686 2. Способ по п. 1, 0 т л и ч а юц и и с я тем, что клиновидные элементы выполняют с углом, в вершинев пределах 60100,3. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и Я с я тем, что стороны клиновидных элементов выполняют криволинейными, вогнутыми стороной наружус радиусом кривизны, равным по краЯней мере трем радиусам оболочки.4. Способ по пп. 1 и 2 о т л ич а ю щ и й с я тем, что вершиныклиновидных элементов второго ряда,считая со стороны предлагаемогоразрушения, располагают в точкахпересечения линий, являющихся продолжением смежных сторон клиновидных элементов первого ряда.5. Способ по пп. 1-3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в каждомИзобретение 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, таки в условиях северных районов страны, а также для газопроводов заводских сетей, по которым транспортируется 10 взрывоопасный газ (например, ферросплавный), и для кожухов воздухонагревателей доменных печей.Известен способ локализации разрушения, предусматривакщий устрой 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 сматериалом газопровода, усиленные допол- нительноЯ сплошной накладкой, которую :25 прикрепляют посредством кольцевых электросварных швов или посредством стяжных болтов вдоль образующей обечаЯки 13 .Недостатком способа является низкая сопротивляемость предлагаемых ЗО видов стопперов лавинному распространению трещин и высокий уровень материальных и трудовых затрат при их изготовлении.Наиболее близким техническим 35 решением к предлагаемому является способ локализации разрушения металлических листовых оболочек, преимуряду устанавливают по крайней мере шесть клиновидных элементов.6. Способ по пп, 1-5, о т л ич а ю щ и й с, я тем, чТО, с целью предотвращения разрушения, как с одной стороны, так и с другой стороны оболочки устанавливают дополнительные клиновидные элементы симметрично относительно середины учась ка локализации с вершинами, направленными в сторону, противоположную основным элементам.7. Способ по пп. 1 и 6, о т л ич а ю щ и й с я 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; 2щественно газопроводов, при котором на корпус оболочек приваривают накладки 2.Однако известный способ предусматривают устройствО спиралевидных лОВу 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 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. крайней мере в два ряда в направлении, перпендикулярном образующей оболочки, в шахматном порядке, вершинами навстречу возможному распространению разрушйния, причем расстояние между краями смежных клиыовидных элементов В каждом ряду меньше50 1Расстояние между клиновиднымиловушками трещин устанавливают каждый раз индивидуально в зависимости 5 от назначения оболочки, условий ееработы, имеющих статистическихданных о размерах предыдущих аварийных разрушений и т.д. Напримерцлямагистральных газопроводов эторасстояние может составлять примерно бО 12-120 м. Клиновидные ловушки такжеследует устраивать по обе стороны оттехнологического оборудования, например. компрессорных стайций, днязащиты от лавинно распространяюб 5 щихся трещин. расстояния между краями каждого элемента.Клиновидные элементы выполняютуя .с углом с(, в вершине в пределах 60 4 а( 4 100Стороны клиновидных элементов выполняют криволинейными .вогнутой стороной наружу с радиусом кривизны, равным по крайней мере трем радиусам оболочки.Вершины клиновидных элементов10 второго ряда, считая со стороны предлагаемого разрушения, располагают в точках пересечения линий, являющихся продолжением смежных сторон клиновидных элементов первого ряда. 15Кроме того, в каждом ряду устанавливают по крайней мере шесть клиновидных элементовС 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 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 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, клиновидныеэлементы 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 листа 7 на фиг, 7 - вариант выполнення клиновидного элемента с криво;, линейными сторонами, изготовленного из 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 расстояниях0,6 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 1 меньшем радиуса оболочки Н.Клиновидные элементы 2 по другую сторону от усиливающей накладки 3 прикрепляют симметрично первым.Прикрепленные усиливающие элементы образуют участок локализации (клиновидную ловушку трещин) дли- нойс. 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.13540Р45 Высота сечения усиливающих элементов и высота швов (например электросварных), прикрепляющих их, зависитот марки стали, напряженно-деформированного состояния и толщины стенкиоболочки, а также от угла в вершине 5клиновидных элементов,Способ может предусматриватьвыполнение клиновидных элементовс углом в вершине клина 60аС100,.Клиновидные элементы с углом в вершине в указанных пределах, как показывает анализ результатов проведенных экспериментальных исследований,является наиболее эффективными придостижении поставленной цели. 15Уменьшение угла сС приводит кнеоправданному увеличению продольного размера ловушек трещин (участкалокализации), которые образовываютряды клиновидных элементов, так какпри определенной (заданной) ширинеклиновидных элементов с уменьшениемугла оС увеличивается их высота, чтоприводит также к увеличению расстояния между рядами клиновидных элементов, повышается трудоемкость исложность изготовления самих клиновидных элементов, а также с уменьшением угла сС увеличивается путьтрещины вдоль образующей (длина разрушенного участка) после мдментаразветвления трещины до ее полноготорможения.Увеличение угла о(, приводит куменьшению длины ловушек трещин, нов то же,время и к резкому возрастанию параметра К, который обусловли вает площадь и высоту сечения усиливающего элемента, что приводит крезкому увеличению толщиныклиновидных элементов. Анализ всех параметров, изменяющихся с изменением угласС, подтверждает, что ловушки трещинкоторые образовывают ряды клиновидных элементов с углом в вершине вуказанных ранее пределах, являютсянаиболее эффективными при достижении поставленной цели.Способ может предусматривать выполнение расстояния между краямисмежных клиновидных элементов вкаждом ряду меньше их ширины на 40.При таком расположении обеспечивается то, что со стороны клиновидныхэлементов второго ряда перекрываютсоответствующие стороны клиновидныхэлементов первого ряда в кольцевомнаправлении оболочки минимум на 20их ширины. Как показывает анализэкспериментальных исследований, приэтом повышается надежность и эффектичность локализации разрушения,так как исключается возможностьпрохода магистральной трещины мимоклиновидных элементов первого ивторого ряда в случае произвольногослабого искривления ее траектории, ) 65 Способ может предусматривать выполнение сторон клиновидных элементов криволинейными, вогнутой стороной наружу с радиусом кривизны г, равным по крайней мере трем радиусам .оболочки (г й 3 Й). 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,. Уменьшатьорадиус кривизны г .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 к увеличенью 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, перпендикулярном к образующей оболочки по крайней мере шестиклиновидных 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, иот разрушения дорогостоящее технологическое оборудование магистральных газопроводов ( например компрессорные.1074686 иг,2 фи Составитель В. Сушкиз ТехредВ.Далекорей. ек Редактор й. К Тяс писное Заказ 4/ лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная станции и т.д.). Изобретение позволит применить при строительстве газопроводов трубы из сталей с существен 32/14 Тираж 1037ВНИИПИ Государственнопо делам изобретени 113035, Москва, Ж, Ра но меньшим уровнем вязких свойств,т.е. стали гораздо более дешевыхмарок. комитета открытий кая наб.