Способ усиления полого тела вращения типа трубопровода или емкости, работающего под давлением

(511 4 Г 16 1 9/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ПОЛОГО ТЕЛАВРАЩЕНИЯ ТИПА ТРУБОПРОВОДА ИЛИ ЕМКОСТИ, РАБОТАЮЩЕГО ПОД ДАВЛЕНИЕМ(57) Изобретение относится к машиностпоению и может быть использовано для усиления полых тел вращения типа трубопровода или емкости, работающих под давлением. Цель изобретения - максимальное использованиемеханической прочности усиливающегопрофиля. В способе используют гибкийпрофиль, который наматывают с натяжением на полое тело с прилеганиемвплотную его витков и прикрепляютего к полому телу, причем профильвыполняется из материала, предел уп.ругости которого выше предела упругости материала полого тела, а величины натяжения и толщины витков выбираются обеспечивающими достижениемаксимальных напряжений, возникающих в витках профиля н полом теле,находящихся под давлением, в одно ито же время. 6 ил.Изобретение относится к машиностроению и может быть использованодля усиления полых тел вращения типа трубопровода или емкости, работающих под давлением.Цель изобретения - максимальноеиспользование механической прочности усиливающего профиля.На фиг. 1 изображена схема, ил"люстрирующая способ усиления пологотела вращения, на фиг. 2 - отрезоктрубопровода, частично покрытоговнешней обмоткой, полученной иэпрофиля согласно предлагаемому способу, на Фиг. 3 - профиль, поперечный разрез, на фиг. 4 - разрез А-Ана фиг. 2; на фиг. 5 - кривые модуля упругости стали трубопровода(с); на фиг. 6 - кривые напряжений,возникающих в материале трубопровода (Й)и материала профиля (Е).В соответствии со способом получен стальной цилиндрический трубопровод 1, содержащий среду под давлением, на который намотан с натяжением по спирали усиливающий гибкийпрофиль 2 с прилегающими друг к другу витками 3, прикрепленный к трубопроводу 1. Гибкий профиль 2 выполнениз материала, предел упругости которого вьппе предела упругости материала трубопровода 1, причем величинанатяжения и толщина витков 3 профи ля 2 выбраны такими, чтобы обеспечить достижение максимальных напряжений, возникающих в витках 3 профиля 2 и трубопроводе 1, в одно и тоже время,Для осуществления способа вращаюттрубопровод 1 (фиг. 1) вокруг осиХ-Х, причем профиль 2 подводится ктрубопроводу 1 из бобины 4, установленной с вращением на оси У-У, вокруг которой спирально намотан профиль 2. Бобина 4 является подвижнойвдоль оси У-У, чтобы позволить проФилю 2 наматываться вокруг трубопровода 1 по соприкасающейся витками 3винтовой линии.Натяжение намотки витков 3 профиля 2 регулируется с помощью тормозного устройства 5, расположенного.между трубопроводом 1 и бобиной 4.Это тормозное устройство 5 содержит,два ролика 6 и 7, опирающихся напрофиль 2,Профиль 2 (Фиг. 3) содержит волокна 8, покрытые синтетической смолой9,причем волокна 8 проходят в продольном направлении профиля 2.Волокна 8 могут быть минеральными, такими как стекловолокно, асбестовое волокно, волокна бора или углерода. Также они могут быть выполнены из достаточно прочного,органического материала, такого как кевларПрофиль 2 при намотке наклеивается на трубопровод 1, а также на нижележащие слои обмотки, образуемой15 профилем 2,Смола 9 профиля 2 преимущественноявляется термопластичной смолой, та.кой как полиамидная или полихлорвиниловая, что позволяет осуществить20 .прикрепление гибкого профиля 2 натрубопроводе 1 и на предшествующейобмотке профиля 2 посредством термоплавления или термоприклеивания.Для осуществления термоприклеива 25 ния достаточно поместить под профиль2 вблизи от трубопровода 1 патрубок10, выдувающий горячий воздух (Фиг.1),Воздух нагревается, например, с по-мощью электронагревательного сопро 30 тивления 11, намотанного вокруг пат 1 рубка 10 до температуры, достаточнойдля обеспечения поверхностного плавления смолы 9 профиля 2, что позволяет получить при намотке накленваниепрофиля 2 на трубопровод 1 и склеивание разных витков 3 обмотки профиля 2.Чтобы облегчить приклеивание, необходимо нанести на внешнюю поверх 40 ность трубопровода 1 первичный клеющийся слой 12 (фиг, 4). Кроме того,выгодно, чтобы витки 3 обмотки профиля2 были расположены в шахматном порядке по разным последовательным слоям.Для получения профиля 2, имеющегонеобходимые сопротивление растяжениюи модуль упругости, необходимо, чтобы профиль 2 содержал минеральные волокна по крайней мере в 50 Е своегообъема. Это условие осуществляетсякогда синтетическая смола 9 содержитстекловолокна по меньшей мере 703от веса.Такой профиль 2 из волокон 8, покрытых смолой 9, может быть полученпосредством экструзии, импрегнирования или аналогичными способами.Профиль 2 имеет небольшую толщину 3 , что позволяет ограничить от 1362408бг. ог Когда внутреннее давление трубопровода 1 является нулевым, предварительное напряжение (натяжение намотки) в проФиле 2 равно 56,3 кг/мм,ношение натяжений, возникающих из-зарадиуса кривизны, при намотке вовнешних волокнах 8 к натяжениям, возникающим во внутренних волокнах 8.5Толщину 1, определяют так, чтобы упомянутое отношение было ниже 1,2. Приэтих условиях натяжение, создаваемоево внешних волокнах 8, не превышает20% натяжения, создаваемого во внутренних волокнах 8,Витки 3 профиля 2 наклеены натрубопровод 1 и один на другой так,что полученное покрытие является герметичным настолько, что трубопровод1 оказывается одновременно эффективнозащищен по отношению к коррозии,Кроме того, это покрытие одновременно дает трубопроводу 1 легкую термоизоляцию, что позволяет обеспечитьпо трубопроводу 1 транспортировкужидкости с низкой или высокой температурой.П р и м е р. Характеристика трубопровода 1: сталь Х 52, внешний диаметр 61 см, толщина стенки 7,92 мм,предел упругости 36,5 кг/ммгХарактеристики профиля 2: вид смолы: полиамидная, вид волокна: стеклянное, процент волокон; 70 . веса,предел прочности при растяженииг136,5 кг/мм , модуль упругости4500 кг/ммНа фиг. 5 кривая а изображает модуль упругости стали трубопровода,35кривая Ъ - модуль упругости профиля2 в случае, когда последний намотанбез натяжения вокруг стального трубопроводаПри пределе упругости трубопровода 1 36,5 кг/мм удлинение А равног0,3825В этих условиях напряжение3, возникающее в профиле 2, равнотолько 17,2 кг/ммг, т,е. 0,126 отсвоего предела прочности, который 45равен 136,5 кг/мм . Следовательно,гмеханические свойства профиля 2 используются недостаточно, когда оннамотан без натяжения вокруг трубопровода 1.50Если намотка грофиля 2 осуществ."ляется с натяжением, соответствующимудлинению А, равному 1 профиля 2,получают для последнего кривую с. Втаком случае получают при пределеупругости стали трубопровода 1 напряжение о в профиле 2,равное 62,2 кг/мм,т.е. только 0,456 от его пределапрочности, что является достаточным. Тот же результат может быть получен с намоткой профиля 2, осуществ. ляемой без натяжения (кривая Ь), но с расширением трубопровода 1. Однако расширение трубопровода 1 достигает в этих условиях величины 1,1%, которая заметно выше предела упругости стали, Следовательно, имеет место значительная и недопустимая деформация стали трубопровода 1.Чтобы осуществить оптимальное усиление или стягивание трубопровода 1 с помощью смоло-волокнистого профиля 2, задаются максимальным напряжением 3 , допустимым для профиля 2 и для стального трубопровода 1, и подсчитывают толщину 3, обмоток профиля 2, накладываемого вокруг трубопровода 1, таким образом, чтобы окружное напряжение, вызываемое внутрен-ним давлением, было распределено пополам между трубопроводом 1 и профилем 2, и чтобы напряжения, способные возникатьв обмотках профиля 2 и в стальном трубопроводе 1, достигали своего допустимого максимума в одно и то же время.Толщина 8, равна где о - толщина стального трубопровода 1,6 и 6 - максимально допустимые напряжения, соответственно,для стали и смоло-волокнистого профиля 2.В случае предыдущего примера бг - 26,6 кг/мм; 6, = 68,2 кг/ммСледовательно, равно 3 мм.На фиг. 6 показаны напряжения, возникающие в смоло-волокнистом профиле 2 и в стальном трубопроводе 1.Начало удлинений берется относи-. тельно стального трубопровода 1 (кривая Й), испытывающего растяжение до своего предела упругости (Е).Кривая е, показанная штрихами, отно" сится к стали перед расширением.Кривая й относится к профилю 2, намо" танному без натяжения на трубопровод 1.5 136 а предварительное напряжение (сжатие) стали - 21,7 кг/мм . Это предварительное напряжение обеспечивает сжатие стального трубопровода на О, 113,Когда трубопровод 1, находится под рабочим давлением, напряжение в стальном трубопроводе 1 равно 26,6 кгмм , т.е, 0,73 Е (где Е ,предел упругости), и в смоло-волокнистом профиле 2 - 67,5 кг/мм, т.е. около 0,5 К (К - сопротивление на разрыв этого профиля).В этих условиях средний предел прочности при рабочем пределе комплекта равен 543 от среднего предела упругости комплекта, причем сталь деформируется пластически, вместо 33 в случае одной стали.При пределе упругости Е стали предел прочности равен 617 от среднего предела упругости комплекта вместо 1002 в случае одной стали.Такий образом, возможно значительно улучшить, безопасность трубопроводов, предназначенных выдерживать внутреннее. давление, удваивая рабочее давление. И, наоборот, дл 1 2408данного рабочего давления возможно применять трубопроводы заметно мень щей толщины, что выражается значительным выигрышем н весе комплекта 5трубопровода порядка 45 Х,Формула и з о б р е т е н и яСпособ усиления полого тела вращения типа трубопровода или емкости,.работающего под давлением, при котором на полое тело наматывают с натяжением по спирали гибкий профиль сприлеганием вплотную его витков иприкрепляют его к полому телу, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью максимального использованиямеханической прочности профиля, последний выполняется из материала,предел упругости которого вьппе предела упругости материала полого тела,а величины натяжения и толщины витков выбираются обеспечивающими дос. тижение максимальных напряжений,возникающих в витках профиля и по"1362408 Составитель М.КТехред М.Дидык ова Корректор С.Че дактор А.Шанд Заказ 6305/58 исноР Тираж ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Москва, Ж 804 По венного комитета С етений и открытий 5, Раушская наб.,изводственно-полиграфическое предприятие; город, ул, Проектная,