ЧТО ТАКОЕ САМОАРМИРОВАННЫЕ ПАТРУБКИ СОСУДОВ ДАВЛЕНИЯ?

При упоминании самоусиленных патрубков обычно предполагается, что арматура для выдерживания нагрузок, которые воздействуют на патрубок, будет составной частью патрубка. Это означает, что самоусиленные патрубки не нуждаются во вспомогательных элементах (например, сборных патрубках) для выдерживания проектных условий и внешних нагрузок. На практическом уровне самоусиленные патрубки — это те, которые не имеют никакого дополнительного вида арматуры (накладки), а все сварные швы между его собственными компонентами и между патрубком и сосудом являются типами полного проплавления. Из-за этого эти патрубки можно также назвать интегрально армированными. Существуют различные конфигурации самоусиленных патрубков. Наиболее часто используемые из них перечислены ниже: длинная сварная шейка (ЛВН) или прямая ступица, переменная толщина ступицы и патрубки, изготовленные с использованием трубы стандартной толщины.

Интуитивно можно заметить, что обычно самоукрепляющиеся насадки подразумевают увеличение стоимости по сравнению с насадкой несамоукрепляющегося типа. Поэтому причины, побуждающие проектировщика выбирать один конкретный тип среди всех возможных, должны быть обоснованы и тщательно изучены.

Эти причины могут зависеть от различных факторов, таких как давление, температура, наличие переменных нагрузок (усталость), высокие внешние нагрузки вследствие подсоединения к трубе и т. д. Обычно требования по использованию самоармированных насадок включаются в техническое задание владельцев промышленных предприятий, на которых эти насадки эксплуатируются, или, в некоторых случаях, эти требования могут быть указаны в спецификации лицензиара, если это применимо.

В связи с вышеизложенным невозможно установить конкретные критерии относительно того, когда использовать этот тип насадок для всех случаев, а только некоторые общие руководящие принципы, которые следует использовать в качестве первого подхода для рассмотрения того, в каких сценариях следует рассматривать самоусиленные насадки в качестве проектного решения. Такие сценарии, как те, в которых проектные условия включают следующие эффекты, способствуют необходимости выбора самоусиленных насадок: исследуемый компонент должен выдерживать переменные нагрузки (усталость), тангенциальные или наклонные насадки по отношению к сосуду, к которому прикреплены насадки, летальная эксплуатация, высокое давление, высокие температуры или сосуды под давлением с большой толщиной.

Как уже указывалось, самоармированные форсунки часто идут рука об руку с тяжелыми или критическими условиями эксплуатации. В связи с этим уместно отметить, что для этого особого типа форсунок концентраторы напряжений должны быть максимально устранены.

Для некоторых норм проектирования критерии проектирования и расчета для самоукрепляющихся и сборных насадок не всегда одинаковы. Требования более консервативны для последнего случая. В качестве примера рассмотрим скрининговое исследование АСМЕ Раздел 8-й Разделение 2, процедуру определения необходимости анализа усталости. Если данное оборудование или любой из его компонентов имеет интегральную конфигурацию, оно может выдерживать большее количество переменных нагрузок, чем оборудование неинтегральной конфигурации, без необходимости проверки его прочности на усталостные нагрузки с помощью специального расчета.

Возвращаясь к экономическому вопросу, даже если совершенно ясно, что самоукрепляющиеся насадки являются идеальным решением для данного случая, следует учитывать, что некоторые конфигурации самоукрепляющихся насадок изготавливаются из кованого материала. Это означает высокие экономические затраты, поэтому очень важно оптимизировать конструкцию, чтобы стоимость не увеличивалась чрезмерно.

Под действием внутреннего давления неравномерное распределение напряжений в толстостенном цилиндре больше на внутренней стенке и меньше на внешней. Чтобы улучшить неравномерность распределения этих напряжений в цилиндре, можно заранее провести обработку избыточным давлением до ввода толстостенного цилиндра в эксплуатацию, и под строго контролируемым избыточным давлением слоистая часть корпуса цилиндра может производить пластическую деформацию, образуя пластическую зону, в то время как внешний материал все еще находится в упругом состоянии.

После того, как давление удерживается в течение определенного периода времени, часть слоя оболочки, которая имеет пластическую деформацию, не может быть восстановлена ​​в исходное положение из-за остаточной деформации, а внешний материал, который все еще находится в упругой стадии, стремится вернуться в исходное состояние, но он блокируется внутренним материалом, который не может быть восстановлен в исходное состояние и не может быть полностью восстановлен. Таким образом, в стенке цилиндра формируется предварительно напряженное состояние сжатия внутреннего слоя и растяжения внешнего слоя. Когда цилиндр вводится в эксплуатацию и подвергается рабочему давлению, внутреннее напряжение стенки, вызванное рабочим давлением, накладывается на предварительно напряженное напряжение, образованное внутренним давлением и внешним растяжением, так что внутреннее напряжение стенки с исходным высоким уровнем уменьшается, в то время как внешнее напряжение стенки с исходным низким уровнем соответствующим образом увеличивается, а распределение напряжений по толщине стенки имеет тенденцию быть равномерным, тем самым улучшая несущую способность цилиндра.

Благодаря контролируемой обработке избыточным давлением деформируется только внутренний слой, в то время как внешний слой остается эластичным и использует собственное упругое сокращение для создания предварительного напряжения, что позволяет повысить несущую способность цилиндра. Это называется самоупрочнением толстостенного цилиндра.