Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт

Надійність безперебійної експлуатації магістральних трубопроводів є актуальною проблемою на етапі їх експлуатації. Розробка і застосування більш економічних і менш трудомістких способів відновлення несучої здатності трубопроводу, що виключають вирізку труб, а в певних ситуаціях і зупинку транспорт...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автор:	Николаев, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102042
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт / В.В. Николаев // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 2. — С. 27-32. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102042
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1020422016-06-10T03:03:29Z Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт Николаев, В.В. Научно-технический раздел Надійність безперебійної експлуатації магістральних трубопроводів є актуальною проблемою на етапі їх експлуатації. Розробка і застосування більш економічних і менш трудомістких способів відновлення несучої здатності трубопроводу, що виключають вирізку труб, а в певних ситуаціях і зупинку транспортування продукту, зміщується убік ширшого використання муфтових технологій, що дозволяють виключити вирізки трубних котушок труб з дефектами. У ряді випадків ремонт з використанням муфт є безальтернативним методом. При цьому потрібно визначити та контролювати напружено-деформований стан в процесі проведення ремонтних робіт. Це є важливим етапом в комплексі заходів в рамках технічної діагностики стану лінійної частини магістральних газопроводів, в тому числі при їх подальшій експлуатації. Висвітлюються методики розрахунку НДС на окремих етапах проведення робіт, математична модель НДС ремонтної муфти при проведенні ремонту трубопроводу Ду1200. Reliability of continuous operation of the main pipelines is an urgent problem at their service stage. Development and application of more cost-effective and less labour-consuming methods to restore pipeline load-carrying capacity that eliminate pipes cutting out, and in certain situations also interruption of product transportation, is shifting towards wider application of coupling technologies that eliminate cutting out pipe coils from pipes with defects. In a number of cases of repair coupling application is a no-alternative method. Here it is necessary to determine and monitor the stress-strain state (SSS) during repair performance. It is an important stage in the package of measures for technical diagnostics of main gas pipeline linear part, also during their further service. Procedures of SSS calculation at individual stages of work performance, and mathematical model of SSS of a repair coupling at repair of Dn 1200 pipeline are described. 2014 Article Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт / В.В. Николаев // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 2. — С. 27-32. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102042 621.13.40 uk Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Николаев, В.В. Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Надійність безперебійної експлуатації магістральних трубопроводів є актуальною проблемою на етапі їх експлуатації. Розробка і застосування більш економічних і менш трудомістких способів відновлення несучої здатності трубопроводу, що виключають вирізку труб, а в певних ситуаціях і зупинку транспортування продукту, зміщується убік ширшого використання муфтових технологій, що дозволяють виключити вирізки трубних котушок труб з дефектами. У ряді випадків ремонт з використанням муфт є безальтернативним методом. При цьому потрібно визначити та контролювати напружено-деформований стан в процесі проведення ремонтних робіт. Це є важливим етапом в комплексі заходів в рамках технічної діагностики стану лінійної частини магістральних газопроводів, в тому числі при їх подальшій експлуатації. Висвітлюються методики розрахунку НДС на окремих етапах проведення робіт, математична модель НДС ремонтної муфти при проведенні ремонту трубопроводу Ду1200.
format	Article
author	Николаев, В.В.
author_facet	Николаев, В.В.
author_sort	Николаев, В.В.
title	Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт
title_short	Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт
title_full	Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт
title_fullStr	Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт
title_full_unstemmed	Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт
title_sort	характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102042
citation_txt	Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт / В.В. Николаев // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2014. — № 2. — С. 27-32. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT nikolaevvv harakterzmíninapruženodeformovanogostanutruboprovoduvmíscívstanovlennâpídsilûûčihmuft
first_indexed	2025-07-07T11:45:05Z
last_indexed	2025-07-07T11:45:05Z
_version_	1836988451855007744
fulltext	27ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2, 2014 УДК 621.13.40 ХАРАКТЕР ЗмІНИ НАПРУЖЕНО-ДЕфОРмОВАНОГО сТАНУ ТРУбОПРОВОДУ В мІсЦІ ВсТАНОВлЕННя ПІДсИлЮЮчИХ мУфТ В. В. НІКОЛАЄВ УмГ «черкаситрансгаз». 18023, м. черкаси, вул. сумгаїтська, 3. E-mail: nikolaev-vv@utg.ua Надійність безперебійної експлуатації магістральних трубопроводів є актуальною проблемою на етапі їх експлуатації. Розробка і застосування більш економічних і менш трудомістких способів відновлення несучої здатності трубопроводу, що виключають вирізку труб, а в певних ситуаціях і зупинку транспортування продукту, зміщується убік ширшого вико- ристання муфтових технологій, що дозволяють виключити вирізки трубних котушок труб з дефектами. У ряді випадків ремонт з використанням муфт є безальтернативним методом. При цьому потрібно визначити та контролювати напру- жено-деформований стан в процесі проведення ремонтних робіт. Це є важливим етапом в комплексі заходів в рамках технічної діагностики стану лінійної частини магістральних газопроводів, в тому числі при їх подальшій експлуатації. Висвітлюються методики розрахунку НДс на окремих етапах проведення робіт, математична модель НДс ремонтної муфти при проведенні ремонту трубопроводу Ду1200. бібліогр. 5, рис. 9. К л ю ч о в і с л о в а : транспортування продукту, муфтові технології, напружено-деформований стан, технічна діагно- стика стану лінійної частини газопроводів В Україні функціонує більш 40 тис. км магістраль- них трубопроводів, призначених для транспор- тування нафти і газу. багато з них відпрацювали чверть століття і більше. Під впливом внутріш- нього навантаження від транспортованих по них продуктів, зовнішнього середовища і режиму ек- сплуатації поступово знижується несуча здатність трубопроводів, що неминуче призводить до їх зношення і вимагає ремонту дефектних ділянок, які з’являються в процесі довготривалої експлуа- тації, заміни цих ділянок трубопроводів на нові. В окремих випадках доводиться понижувати ро- бочий тиск, який значно відрізняється від проект- ного, що, в свою чергу, призводить до зниження обсягів транспортування нафти чи газу. чималий вік трубопроводів об’єктивно пов’я- заний зі збільшенням ризику аварій і відмов при експлуатації у разі відсутності ефективної систе- ми їх попередження. Це, у свою чергу, вимагає розробляння нових і вдосконалених та енергоо- щадних методів ремонту. Впровадження в ГТс України внутрішньотрубної діагностики дозволи- ло виявити значну кількість дефектів тіла труби, які загрожують безпечній експлуатації та потребу- ють термінового ремонту. Підвищення надійності трубопроводів тривалої експлуатації є актуальною проблемою на етапі їх експлуатації. Згідно зі статистичними даними кіль- кість дефектів, що виявляються на всіх рівнях діа- гностики, становить від 1,5 до 2 тис. на рік. більша частина дефектів (за статистикою близько три чвер- ті) віддалена один від одного. Тому для їх усунення необхідно застосовувати вибірковий ремонт. Традиційно для усунення таких дефектів засто- совуються вогневі роботи із зупинкою транспор- тування газу чи нафти, з випуском газу із дільниці в атмосферу чи видаленням нафти та очищенням трубопроводу, що підлягає ремонту, вирізанням та вварюванням технологічної котушки. Це приво- дить до значних втрат газу чи нафти та невиконан- ня плану транспортування, витрат на проведення самих вогневих робіт і т. п. Зростаючі об’єми ремонту дефектних ділянок вимагають розробки і застосування більш еконо- мічних і менш трудомістких способів відновлення несучої здатності трубопроводу, що виключають вирізку труб, а в певних ситуаціях і зупинку тран- спортування продукту. В останні 5–6 років акцент в світовій практи- ці методів ремонту в газовій промисловості змі- щується у бік ширшого використання муфтових технологій, що дозволяють виключити вирізки трубних котушок труб з дефектами. У цілому ряді випадків ремонт з використанням муфт є безаль- тернативним методом. Наприклад, при витоках газу з порожнини трубопроводу або як тимчасо- вий захід при неможливості зупинити перекачу- вання продукту. Для підсилення дефектних ді- лянок трубопроводу впроваджений та активно застосовується метод встановлення стальних під- силюючих муфт із застосуванням дугового зварю- вання з послідуючою герметизацією підмуфтово- го простору поліуретановою сумішшю. метод застосовується по рекомендаціях ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАН Украины та згідно вимог ГбН В.3.1-00013741-12:2011 «магістральні газо- © В. В. Ніколаєв, 2014 28 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2, 2014 проводи. Ремонт дуговим зварюванням в умовах експлуатації» [1]. Відновлюються дефектні ділянки як з локальни- ми, так і зі значними протяжними пошкодженнями. У технологічний цикл ремонту лінійної частини магістрального трубопроводу включається створен- ня ремонтного котловану. При проведенні земляних робіт по розкопці трубопроводу, на відкритій ділян- ці трубопровід змінює своє проектне положення. Зміна прямолінійного, ненавантаженого згинаючи- ми моментами розташування призводить до зміни напружено-деформованого стану трубопроводу. Це пов’язано з тим, що при виїмці ґрунту він провисає. Зміна температурного поля, у свою чергу, призво- дить до появи додаткових осьових зусиль, що діють на трубопровід. Крім того, змінюється податливість основи грунту на краях котловану. сНіП 2.05.06–85 «магістральні трубопрово- ди» регламентує перевірку на міцність підземних і наземних трубопроводів в поздовжньому напрям- ку та перевірку на неприпустимість пластичних деформацій. У той же час після встановлення підсилюючої муфти в стінці трубопроводу, що примикає до му- фти, виникає підвищення напружень в результаті дії граничного ефекту [2, 3]. сНіП 2.05.06–85 не дає прямих вказівок чи мето- дичних рекомендацій щодо визначення напружень у найбільш навантаженому перерізі при встановленні ремонтної муфти з урахуванням зміни навантажень на ремонтній ділянці трубопроводу. Для удосконалення методів розрахунку несучої здатності ділянок магістральних трубопроводів, які ремонтуються з використанням муфтових техноло- гій, поставлені та вирішені наступні завдання: – дослідження напружено-деформованого ста- ну ділянки трубопроводу в різні періоди прове- дення ремонтних робіт, які пов’язані із встанов- ленням підсилюючої муфти; – побудова математичної моделі деформування двошарової конструкції муфти при осесиметрич- ному напруженні; – розробка методики розрахунку напруже- но-деформованого стану муфти при різних спосо- бах її встановлення на поверхні трубопроводу, що ремонтується; – оцінка міцності ділянки трубопроводу, яка відремонтована за муфтовою технологією. Об’єктом дослідження є ділянка трубопроводу при ремонтно-відновлювальних роботах. В статті представлені: – методика розрахунку трубопроводу в зоні ре- монтного котловану при встановленні підсилюю- чої муфти; – математична модель напружено-деформова- ного стану ремонтної муфти при осесиметрично- му напруженні; – методика розрахунку напружено-деформова- ного стану та оцінка міцності ремонтної муфти та ділянки трубопроводу в зоні її встановлення. В процесі дослідження визначається зміна на- пружено-деформованого стану ділянки трубопро- воду, що змінює своє проектне положення в результаті створення ремонтного котловану дов- жиною L (рис. 1). Для вирішення поставленого завдання викори- стано диференціальне рівняння поздовжньо-попе- речного вигину ділянки трубопроводу, що лежить на пружній основі. Це рівняння представлено у вигляді: ( ) ( ) ( ) ( ) 4 2 4 2 ,d w d wEI x N x x w q x dx dx - + α = (1) де w – прогин трубопроводу по вертикалі; E – мо- дуль поздовжньої пружності; I(x) – осьовий мо- мент інерції перерізу; N(x) – поздовжнє стиску- юче зусилля; α(x) – коефіцієнт пропорційності, що визначається залежно від коефіцієнта постелі грунту c(x) і ширини поверхні, що спирається (зов- нішнього діаметра трубопроводу D): α(x) w = c(x)Da; q(x) – інтенсивність поперечного навантаження. При цьому в основі опису жорсткості основи грунту використана модель Вінклерова. Попереч- ні навантаження прийняті змінними уздовж осі трубопроводу, тобто q(x) являє собою інтенсив- ність навантаження від власної ваги трубопроводу q1(x) та ваги грунту q2(x). Рівняння (1) вирішено методом скінчених різ- ниць (мКР). Обгрунтування достовірності отри- маних результатів виконано шляхом порівняння результатів мКР з результатами аналітичних спо- собів вирішення. Для цього загальне завдання роз- биваємо на ряд окремих, які мають точне рішення: – деформація ділянки трубопроводу тільки від дії поперечної сили; – деформація ремонтної ділянки від дії поз- довжньої сили; – деформація ділянки трубопроводу, що ле- жить на пружній основі, від дії поперечної сили. Розрахунки за окремими тестовими завдання- ми показали, що розбіжність по функції прогину ω не перевищує 1,5 %. Рис. 1. Розрахункова схема ділянки трубопроводу, що лежить на пружній основі 29ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2, 2014 Розроблена методика розрахунку ділянки трубопроводу дозволяє оцінити міцність в період проведення ремонтних робіт при різних жор- сткістних характеристиках основи грунту, розмі- рах ремонтного котловану, діючих на трубопровід вісьових зусиль. Розрахунки проведені для трубопроводу ді- аметром D = 1020 мм, товщиною стінки труби δ = 12 мм, робочим тиском Р = 5,5 мПа, інтенсив- ністю поперечного навантаження від власної ваги трубопроводу q1= 10 кН/м, інтенсивністю попереч- ного навантаження від ваги грунту q2= 17 кН/м, при довжині ремонтного котловану L = 10 м. При різ- ниці температур замикання трубопроводу та про- дукту, що перекачується, ∆t = 40° осьове стискую- че навантаження становить σ = 32 мПа. моделювалася різна жорсткість основи грунту. При великій жорсткості грунту (скельний грунт, коефіцієнт постелі c ≥ 10000 мН/м3) значення зги- нальних моментів на краях котловану більше, ніж у середині прольоту (рис. 2). При зменшенні значення коефіцієнта постелі напруження в середині прольоту стає більше, ніж на краях (пісок злежаний – c ≤2 50 мН/м3, пісок утрамбований – c ≤ 100 мН/м3). Розрахункова ділянка трубопроводу включає ремонтний котлован, розташований в центральній зоні. Загальна розрахункова довжина трубопро- воду була прийнята рівною трьом прольотам ре- монтного котловану. Це дозволило відхилитись від граничного ефекту на краю розрахункової дов- жини трубопроводу. матеріал трубопроводу знаходиться в двохосьовому напруженому стані. Для розрахунку еквівалентного напруження з урахуванням кільце- вого напруження від внутрішнього тиску викори- стана енергетична теорія міцності. На рис. 3 представлені результати розрахунку еквівалентного напруження для трубопроводу з діа- метром 1020 мм, товщиною стінки труби δ = 12 мм, коефіцієнтом постелі c =200 мН/м3, робочим тис- ком Р = 5,5 мПа. Значення напружень наведені для довжини котловану L = 5 та 10 м. Осьове стискуюче напруження σ = 32 мПа (∆t = 40°). Після виконання ремонтних робіт при повер- ненні трубопроводу у вихідне положення зміню- ється його напружений стан. У цьому випадку завдання поздовжньо-поперечного вигину ділян- ки трубопроводу вирішується за умови, що вели- чина прогину в середній частині ліквідується за допомогою підйому труби в початкове положення. як показують розрахунки, при підйомі трубопро- воду в центральній частині до проектного положен- ня якісна картина і величини напружень від вигину змінюються (зменшуються), але в цілому не є нульо- вими на ділянці, що ремонтується. Далі представлений варіант математичної мо- делі деформування двошарової конструкції ком- позитної муфти (рис. 4), яка використана для від- новлення пошкодженої ділянки трубопроводу. У запропонованій математичній моделі вигин композитної муфти розглядається при осесиме- тричному навантаженні з урахуванням роботи міжшарових зв’язків. Представлена форма запису диференціальних рівнянь у переміщеннях. При цьому завдання розглянуто в лінійній постановці. Рис. 3. Розподіл еквівалентних напружень при поздовж- ньо-поперечному вигині трубопроводу при довжині ремонт- ного котловану L= 5 (1) та 10 м (2) Рис. 4. Розрахункова схема конструкції двошарової композит- ної муфти та координати серединної поверхні Рис. 2. Розподіл напружень при поздовжньо-поперечному ви- гині трубопроводу по довжині розрахункової ділянки в за- лежності від жорсткості основи грунту, мН/м3: 1 – С = 100; 2 – 200; 3 – ≥ 10000 30 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2, 2014 Отримані диференційні рівняння рівноваги скла- дової двошарової композитної муфти з урахуванням жорсткості міжшарових зв’язків мають вигляд: ( ) ( )( ) ( ) ( ) 1 1 1 (1)0 11 12 2 1 0 0 1 ( ) 0, x dud dB B w pdx dx dx r dwc u udx     + + -     -η + - = ( ) ( )( ) ( ) ( ) (2) 2 2 (2)0 11 12 2 1 0 0 1 ( ) 0, x dud dB B w pdx dx dx r dwc u udx     + +     +η + - = + (2) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) 1 22 2 1 20 0 2 20 12 12 1 2 2 1 11 11 0 0 1 , du dud d wD B Bdx dxdx dx w d dwB B c c u u Pr r dx dx   + + +        + + - η + - =      де η – коефіцієнт жорсткості зв’язків зсуву між шарами, який залежить від способу закріплення муфти (зварювання, м’яка прокладка) на поверх- ні трубопроводу, що ремонтується; (1) 0u , (2) 0u – пе- реміщення в серединних поверхнях труби і муфти уздовж твірної; w – поперечні зміщення точок серединної поверхні всього пакету; с – від- стань між серединними поверхнями шарів, що ле- жать по обидві сторони шва; P – внутрішній тиск; 11 iB , 12 iB (i = 1,2), D0 – інтегральні характеристики жорсткості розтягування – стиснення і вигину. система рівнянь (2) є замкнутою і вирішується щодо трьох невідомих функцій (1) 0u , (2) 0u и w. Завдання вирішувалось мКР при кінцевій жор- сткості міжшарових зв’язків з використанням від- повідних операторів переходу від диференціаль- них рівнянь до дискретних. Дослідження проводилися при використанні обжимної муфти, встановленої через м’які про- кладки (η = 0), та для приварної муфти (η = ∞) при різних граничних умовах. Достовірність чисель- них результатів обгрунтована шляхом порівняння з результатами, отриманими з наявного в літера- турі точного рішення осесимметричного дефор- мування циліндричної одношарової оболонки. Розміри конструкції двошарової композитної муфти складають: товщина стінок δ1 = 12 мм та δ2 = 16 мм, діаметр D = 1020 мм, довжина му- фти Lм = 2 м. Характеристики жорсткості мате- ріалу: модуль поздовжньої пружності сталі Е = = 210000 мПа, коефіцієнт Пуассона v = 0,3, вну- трішній тиск Р = 5,5 мПа. При встановленні напівмуфт через пружний шар (нульова жорсткість міжслойованого зв’яз- ку η = 0) має місце зсув по поверхні контакту з трубопроводом. У цьому випадку гіпотеза пря- мих нормалей виконується тільки для кожного окремого шару. Картина розподілу нормальних напружень уздовж твірної по довжині муфтового з’єднан- ня показана у вигляді двох кривих (рис. 5). Це пов’язано з тим, що напруження в шарах труби і муфти при нульовій жорсткості міжшарових зв’язків різні. За відсутності зсуву між шарами по поверхні кон- такту (η = ∞) має місце симетричний напружений стан щодо серединної поверхні пакета двох шарів. Порівняння напружень в шарах конструкції показує, що при виконанні приварної муфти поз- довжні напруження в трубопроводі збільшуються до 30 %. Тому для зменшення рівня напруженого стану муфтового з’єднання необхідно забезпечити максимальну податливість по поверхні контакту між трубопроводом і муфтою. Вплив переміщень на крайках муфтової кон- струкції на рівень напружень зроблено без ураху- вання внутрішнього тиску (Р = 0). Виявлено, що переміщення кромки на 0,5 мм дає збільшення на- пруження до 140 мПа. Також вирішена задача напружено-деформо- ваного стану ділянки трубопроводу, відновленого за муфтовою технологією з використанням попе- редньої методики. була обрана ділянка трубопро- воду, на якій значення товщини стінки муфти δ2= = 16 мм задавалася у вигляді масиву, де на ділян- ці труби поза муфтою δ2 = 0 мм. Товщину стінки трубопроводу приймали рівною δ1 = 12 мм. Діа- метр труби D = 1020 мм, довжина муфти Lм = 2 м. Довжина ділянки трубопроводу L = 5 м вибрана з таким розрахунком, щоб характер закріплення трубопроводу на краях не впливав на граничний ефект на крайках муфти. Результати розрахунку напружено-деформова- ного стану з урахуванням тільки вигину муфтово- го з’єднання від внутрішнього тиску представлені на рис. 5. Рис. 5. Розподіл нормальних напружень вигину від внутріш- нього тиску по довжині муфтової конструкції для обтискної муфти: 1 – стінка труби; 2 – стінка муфти 31ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2, 2014 При встановленні ремонтної муфти вважаємо, що ремонтний тиск в трубопроводі знижений на 30 %. Після встановлення муфти тиск піднімаєть- ся знову до робочого значення Р = 5,5 мПа. При цьому тиску кільцеві напруження визначалися в стінках трубопроводу та ремонтній муфті. Результати розрахунку еквівалентних та ок- ружних напружень наведено на рис. 6. Розвантажувальний ефект муфти становить 18,8 %, тобто напруження в трубі знижуються при- близно в 1,2 рази. У зоні примикання трубопрово- ду до країв муфти виникає напруження внаслідок граничного ефекту, що перевищує кільцеве напру- ження σкц на 8,3 %. Раніше було вирішено завдання вияснення де- формованого стану ділянки трубопроводу при капітальному ремонті з урахуванням основних параметрів і впливів. Також розглянуто напруже- но-деформований стан ремонтної муфти від вну- трішнього тиску. Щоб оцінити загальний напру- жено-деформований стан ділянки трубопроводу, відремонтованої з використанням муфтової тех- нології, використовуємо обидва ці рішення. При цьому врахуємо, що поздовжні напру- ження визначаться двома факторами: від вигину самого трубопроводу при створенні ремонтного котловану і від внутрішнього тиску. Зміна еквіва- лентного напруження по довжині трубопроводу наведено на рис. 7. Розрахунок виконаний при наступних пара- метрах: діаметр трубопроводу 1020 мм, товщина стінки труби δ1 = 12 мм, товщина стінки муфти δ2 = 16 мм, довжина муфти становить Lм = 2 м. Для розрахунку було обрано ділянку трубопро- воду довжиною L = 25 м з довжиною ремонтного котловану Lк = 5 м. Робочий тиск Рроб = 5,5 мПа, ремонтний 2/3 Рроб. Осьове стискуюче напруження σ = 32 мПа (∆t = 40°). У результаті встановлення муфти значення еквівалентних напружень у тілі трубопроводу, що примикає до країв муфти, зрос- ли на 19,3 %. Величина цього напруження буде рости зі збільшенням довжини ремонтного котловану і величини осьового зусилля стиснення трубопро- воду, тому що буде зростати складова напруження поздовжньо-поперечного вигину [4]. Оцінку міцності відремонтованої ділянки трубопроводу виконуємо, виходячи із загальних принципів безпеки робіт технічних пристроїв за- лежно від категорії ділянки, ступеня деградації металу труб, ступеня небезпечності дефектів труб. Еквівалентне напруження не повинно переви- щувати таких значень: σекв ≤ Ry = (0,72 … 0,95) σт, σекв ≤ Ru= (0,45 … 0,5) σв, (3) де Ry – розрахунковий опір матеріалу труби по межі плинності σт; Ru – розрахунковий опір ма- теріалу труби по тимчасовому опору σв. Значення еквівалентних напружень для трубопроводу діаметром 1020 мм, товщиною стінки труби δ1 = 12 мм, матеріалом труби – сталь 17Г1с наступні: σекв = 272 мПа; σекв/Ry = 0,72 мПа; σекв/Ru = 0,5 мПа. Величина еквівалентного напруження буде змі- нюватися в залежності від довжини ремонтного котловану (рис. 8). Гранична довжина котловану буде визначатися за умови неперевищення σекв зна- чень розрахункових опорів Ry та Ru [5]. Розрахунки показують, що встановлення ре- монтної муфти розвантажує стінку трубопроводу під муфтою на 22 %. У той же час встановлення Рис. 7. Розподіл еквівалентних напружень вздовж осі трубопроводу для обтискної (а) та приварної (б) муфти: 1 – стінка труби; 2 – стінка муфти; σкц– кільцеве напруження Рис. 6. Розподіл еквівалентних і кільцевого напружень по до- вжині муфтової конструкції для обтискної муфти: 1 – стінка труби; 2 – стінка муфти 32 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №2, 2014 муфти призводить до зростання напруження на 26 % у зоні, що примикає до кромки муфти. Висновки Розроблена методика розрахунку ділянки трубопроводу дозволяє оцінити його міцність в пе- ріод проведення ремонтних робіт при різних жор- сткістних характеристиках основи грунта, довжині ремонтного котловану і діючих осьових зусиль. Для приварної муфти напруження вздовж твір- ної від вигину на 30 % більше у порівнянні з об- тискною муфтою, де закріплення здійснюється через м’яку прокладку. Виявлено, що початкові недосконалості ге- ометричних форм на краях напівмуфт істотно змінюють значення напружень в трубопроводі. Для обтискових муфт на трубопроводі діаметром 1020 мм зміщення кромки на 0,5 мм дає збільшен- ня напруження до 140 мПа. Встановлення ремонтної муфти і зміна проек- тного положення ділянки трубопроводу призво- дять до підвищення еквівалентних напружень до 26 % у ремонтованії зоні, прилеглій до країв му- фти, що значно послаблює стінку трубопроводу. 1. ГБН В.3.1-00013741-12:2011. магістральні газопроводи. Ремонт дуговим зварюванням в умовах експлуатації / В. с. бут, О. И. Олейник, с. В. макимова (ІЕЗ ім. Є. О. Па- тона). – с. 40–48. 2. Махненко В. И., Бут В. С., Олейник О. И. Ремонт ма- гистральных трубопроводов сваркой без вывода их из эксплуатации // Проблемы прочности. – 2009. – № 5. – с. 86–100. 3. Бут В. С., Олейник О. И. Основные направления разви- тия технологии ремонта магистральных трубопроводов в условиях эксплуатации под давлением // Автомат. сварка. – 2007. – № 5. – с. 42–50. 4. Обслуговування і ремонт газопроводів / В. я. Грудз, Д. ф. Тимків, В. б. михалків, В. В. Костів. – Івано-франківськ: лілея-НВ, 2009. – с. 553–555. 5. Проблеми міцності трубопровідного транспорту / Ю. Є. якубовський, H. A. малюшін, C. B. якубовська, О. м. Платонов – с.-Пб: Надра, 2003. – 200 с. Reliability of continuous operation of the main pipelines is an urgent problem at their service stage. Development and application of more cost-effective and less labour-consuming methods to restore pipeline load-carrying capacity that eliminate pipes cutting out, and in certain situations also interruption of product transportation, is shifting towards wider application of coupling technologies that eliminate cutting out pipe coils from pipes with defects. In a number of cases of repair coupling application is a no-alternative method. Here it is necessary to determine and monitor the stress-strain state (SSS) during repair performance. It is an important stage in the package of measures for technical diagnostics of main gas pipeline linear part, also during their further service. Procedures of SSS calculation at individual stages of work performance, and mathematical model of SSS of a repair coupling at repair of Dn 1200 pipeline are described. 5 References, 9 Figures. K e y w o r d s : product transportation, coupling technologies, stress-strain state, technical diagnostics of gas pipelines linear part. Надійшла до редакції 20.09.2013 р. ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ «ПАТОН» www.patonpublishinghouse.com Журнал «Автоматическая сварка» издается с 1948 г. 12 выпусков в год, ISSN 005-111X. Один из наи- более авторитетных и популярных журналов, издаваемых в сНГ, в области сварки и родственных про- цессов. Журнал «The Paton Welding Journal» издается с 2000 г. 12 выпусков в год, ISSN 0957-798X. Полный перевод журнала «Автоматическая сварка» на английский язык. Журнал «Техническая диагностика и неразрушающий контроль» издается с 1985 г. 4 выпуска в год, ISSN 0235-3474. В журнале публикуются статьи по технической диагностике сооружений, конструкций и машин, а также по всем методам неразрушающего контроля. Журнал переиздается в полном объеме на английском язы- ке под названием «Technical Diagnostics and Non-Destructive Testing» издательством «Cambridge International Science Publishing», Великобритания. Журнал «Современная электрометаллургия» издается с 1989 г. 4 выпуска в год, ISSN 0235-3474. Жур- нал не имеет аналогов в сНГ. Журнал включает разделы: электрошлаковый переплав, электронно-лучевые процессы, плазменно-дуговые процессы, вакуумно-индукционная плавка, общие вопросы металлургии, но- вые материалы. Журнал переиздается в полном объеме на английском языке под названием «Advances in Electrometallurgy» издательством «Cambridge International Science Publishing», Великобритания. Рис. 8. Зміна еквівалентних напружень в стінці трубопроводу біля кромки муфти в залежності від довжини котловану (діаметр трубопроводу перед косою, за нею – величина робочого тиску)

Характер зміни напружено-деформованого стану трубопроводу в місці встановлення підсилюючих муфт

Репозитарії

Схожі ресурси