Определение радиуса вальцовки ремонтных вставок при ремонте стальных резервуаров, изготовленных методом рулонирования

Полный текст

В настоящее время значительная часть резервуарного парка Российской Федерации состоит из резервуаров, построенных от 10 до 40 лет тому назад по типовым сериям с использованием индустриального метода рулонирования. В статье [2] выполнен анализ напряженно-деформированного состояния стенок резервуара, смонтированных методом промышленного рулонирования, а также показан механизм возникновения «хлопунов» в стенке резервуара при устранении следующих дефектов: – недопустимое отклонение образующих от вертикали; – недопустимая угловатость монтажных швов; – устранение непроектных конструктивных элементов. Вышеперечисленные дефекты устраняются методом вставок в соответствии с [3], свальцованных под проектный радиус резервуара. В связи с тем, что во вставках отсутствует напряженное состояние, а в стенке присутствуют значительные остаточные напряжения, которые создают остаточный момент, новые ремонтные вставки деформируются. В работе представлена методика ремонта, исключающая деформирование вставок и, следовательно, возникновение «хлопунов». Ремонтную вставку деформирует момент (рис. 1), присутствующий в рулонной стенке и стремящийся свернуть стенку к остаточному радиусу . Остаточный радиус вычисляется по формуле [4], [5] . (1) Рис. 1. Ремонтная вставка в рулонируемой стенке Для того чтобы нейтрализовать момент, воздействующий на ремонтную вставку, необходимо, чтобы во вставке присутствовал точно такой же момент (рис. 2). Рис. 2. Ремонтная вставка с остаточным моментом Определим, на какой радиус необходимо свальцевать лист ремонтной вставки, чтобы при приведении этого листа к проектному радиусу (радиусу резервуара) в нем возник момент, равный моменту в рулонной стенке. На рис. 3 представлен участок вставки, первоначально свальцованной на радиус (а) и далее разогнутой при помощи специальной оснастки на проектный радиус (б). Оснастка устроена таким образом, что вставка претерпевает чистый изгиб (прикладывается чистый момент). Рис. 3. Вальцованная ремонтная вставка, претерпевающая разгиб до проектного радиуса с целью получить остаточный момент М: 1–1, 2–2 – бесконечно близкие друг к другу сечения; – отрезок, принадлежащий нейтральному слою;  – толщина вставки; M – изгибающий момент; d, d’ – углы между бесконечно близкими сечениями 1–1 и 2–2; z – расстояние от нейтрального слоя до рассматриваемого волокна; АВ – недеформированное волокно; А’В’ – деформированное волокно при изгибе; E – модуль упругости Вследствие того, что нейтральный слой не деформируется, справедливы следующие выражения: ; (2) ; (3) . (4) Тогда деформация при изгибе волокна АВ равна ; (5) . Подставим в уравнение , выраженное через (2): . Относительная деформация волокна равна . (6) После преобразований последнее выражение примет вид . (7) Примем во внимание, что , тогда и окончательно формула (7) приводится к виду . (8) Напряжения по сечению вставки, испытывающей чистый изгиб, отражены на рис. 4. Рис. 4. Эпюра напряжений во вставке, разогнутой до проектного радиуса Напряжения по сечению отражаются линейной зависимостью ; (9) . (10) Напряжение по сечению создает момент. Остаточный момент во вставке равен , (11) где ; – ширина вставки. С учетом приведенных выше зависимостей остаточный момент примет вид . (12) Рассмотрим конкретный пример. Для рулонируемой стенки резервуара с проектным радиусом остаточный момент на один погонный метр сечения стенки толщиной 11 мм с пределом текучести стали в соответствии с [6] составляет . Следовательно, остаточный момент в разогнутой с радиуса до вставке высотой должен составлять . Выполнив элементарные преобразования, из (12) получаем, что вставка должна быть свальцована на заводе-изготовителе на радиус . Очевидно, что это значение получено без учета коррозии стенки и перераспределения напряжений в результате дальнейшей эксплуатации резервуара. В процессе разгиба с радиуса до проектного радиуса вставка не испытывает пластических деформаций, чистый изгиб проходит в упругой зоне. Тем не менее материал вставки должен иметь гарантированный предел текучести .

Об авторах

Павел Андреевич Комаров

«Самарагипротрубопровод»

аспирант, руководитель расчетной группы технологического отдела 443020, г. Самара, ул. Ленинская, 25А

Список литературы

Дополнительные файлы