Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Совершенствование методики оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов Шарафутдинов, Рустем Афгатович

Совершенствование методики оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов
<
Совершенствование методики оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов Совершенствование методики оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов Совершенствование методики оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов Совершенствование методики оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов Совершенствование методики оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Шарафутдинов, Рустем Афгатович. Совершенствование методики оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.13 / Шарафутдинов Рустем Афгатович; [Место защиты: Уфим. гос. нефтяной техн. ун-т].- Уфа, 2010.- 110 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/1130

Содержание к диссертации

Введение

1 Литературный обзор 7

1.1 Классификация технологических трубопроводов 7

1.2 Конструктивные элементы технологических трубопроводов 12

1.2.1 Узлы и детали трубопроводов 12

1.2.2 Трубопроводная арматура 13

1.3 Виды соединений трубопроводов 16

1.4 Электрическая дуговая сварка 18

1.4.1 Ручная дуговая сварка 18

1.4.2 Автоматическая сварка под слоем флюса 20

1.4.3 Электрошлаковая сварка 22

1.4.4 Сварка неплавящимся электродом 23

1.4.5 Сварка плавящимся электродом 25

1.5 Механическая неоднородность сварных соединений 27

1.6 Особенности усталостного разрушения 31

1.7 Теории усталостного разрушения 32

1.8 Примеры усталостного разрушения сварных соединений технологических трубопроводов 34

1.9. Методы расчета циклической долговечности сварных соединений 39

1.9.1 Методы, основанные на понятии концентрация напряжений 39

1.9.2 Методы, основанные на группировке сварных соединений по категориям 40

1.9.3 Методика расчета усталостной прочности и долговечности сварных соединений, предложенная В.А. Винокуровым 43

1.9.4 Методика расчета циклической долговечности, предложенная Н.А. Махутовым 46

2 Описание объекта исследования 50

3 Описание метода исследования 54

3.1 Построение трехмерной модели объекта исследования 54

3.2 Применение метода конечных элементов для решения инженерных задач 57

3.3 Расчет напряженно-деформированного состояния объекта исследования в программном комплексе ANSYS 64

3.4 Расчет напряженно-деформированного состояния объекта исследования с учетом циклических нагрузок, возникающих от вибрации компрессора 71

4 Оценка влияния геометрии трубопроводной обвязки на циклическую долговечность сварного соединения 81

Основные выводы 88

Список использованных источников 89

Приложение А 98

Приложение Б 100

Приложение В 101

Введение к работе

Актуальность работы. В настоящее время на объектах нефтеперерабатывающей промышленности одним из основных видов оборудования являются машины роторного типа, надежная работа которых обеспечивает непрерывность технологического процесса. Известно, что роторные машины эксплуатируются в условиях воздействия вибрации, основной причиной которой является неуравновешенность масс конструктивных элементов ротора. В свою очередь вибрация передается на сопряженные с роторным оборудованием технологические трубопроводы.

Известно, что под действием динамических нагрузок, напряженное со
стояние конструкции меняется циклически, что в конечном итоге приводит к
развитию усталостных трещин. Проблеме усталостного разрушения посвящены
исследования СВ. Серенсена, B.C. Ивановой, В.П. Когаева, А.П. Гусенкова,
А.А. Шанявского, В.А. Татаринцева, В.Ф. Терентьева и т.д. Как показывает
практика эксплуатации трубопроводных систем, чаще всего усталостному раз
рушению подвержены сварные соединения из-за своих специфических особен
ностей, таких как механическая и структурная неоднородность, влияние терми
ческого воздействия сварки на свойства основного металла, возможность обра
зования при сварке технологических дефектов и т.д. „1

Вопросам прогнозирования усталостной прочности сварных соединений уделяется большое внимание, как в нашей стране, так и за рубежом. Значительный вклад в решение этой проблемы внесли Н.А. Махутов, В.И. Махненко, В.А. Винокуров, Г.А. Николаев, В.П. Леонов, А.В. Ильин, Д.Д. Харрисон, П.Д. Хагсен и др.

Определение циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов, сопряженных с роторным оборудованием, возможно с учетом новых подходов к оценке усталостной прочности и долговечности, основанных на изучении локального напряженного состояния в зоне возможного разрушения. Это позволит на стадии проектирования трубопровода выявить области с максимальной вероятностью усталостного разрушения и внести в систему необходимые конструктивные изменения.

Цель работы: оценка долговечности сварных соединений технологических трубопроводов с учетом циклических нагрузок, возникающих от вибрации сопряженного роторного оборудования.

4 Задачи исследования:

1) анализ статистических данных по усталостному разрушению сварных
соединений трубопроводов с 2002 по 2008 гг. на предприятиях нефтеперераба
тывающей промышленности России;

2) сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния
(НДС) трубопроводной обвязки поршневого компрессора под действием стати
ческих нагрузок и под действием динамических нагрузок в виде циклических
перемещений, возникающих от вибрации компрессора;

  1. построение расчетной кривой усталости и оценка долговечности наиболее нагруженного сварного соединения трубопроводной обвязки компрессора;

  2. оценка долговечности сварного соединения при различных геометрических размерах трубопроводной обвязки компрессора;

5) разработка методики, позволяющей прогнозировать долговечность
сварных соединений трубопроводной обвязки роторного оборудования.

Научная новизна. Обнаружено, что совместное воздействие напряжений, находящихся в упругой области, и низкочастотных колебаний на частоте 6,25 Гц, приводит к возникновению трещины в сварном соединении, находящемся в области максимальных перемещений технологического трубопровода, сопряженного с роторным оборудованием.

Определен коэффициент фс = 0,85, учитывающий снижение циклической долговечности сварного соединения конструктивных элементов из стали 20, полученного полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа.

Практическая ценность работы. Разработанная методика оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов, сопряженных с роторным оборудованием принята к внедрению и используется в ООО «НОРТЭКС», а также в учебном процессе ГОУ ВПО УГНТУ при чтении лекций по дисциплине «Проектные и конструкторские работы при реконструкциях» направления 150400 «Технологические машины и оборудование».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались: на 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ (г. Уфа, 2008 г.); 7-ой научно-технической конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности конструкций и методы их решения» (г. Санкт - Петербург, 2008 г.); конферен-

5 ции «Инновации, проблемы машиноведения, процессов управления и критических технологий в машиностроении РБ» (г. Уфа, 2009 г.); Международной учебно-практической конференции «Трубопроводный транспорт - 2009» (г. Уфа, 2009 г.); Всероссийском научно-практическом семинаре «Энергоэффективность и энергобезопасность на предприятиях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства» (г. Салават, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Инженерные системы-2010» (г. Москва, 2010 г.); 7-ой Международной научно-практической конференции «Наука на рубеже тысячелетий» (г. Тамбов, 2010 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и основных выводов. Работа изложена на ПО страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 10 таблиц, список использованных источников из 105 наименований, 3 приложения.

Трубопроводная арматура

Трубопроводная арматура предназначена для подачи, отключения, распределения, регулирования, сброса транспортируемых по трубопроводу продуктов. Трубопроводную арматуру классифицируют по следующим основным признакам [15]:

- по области и условиям применения:

а) общетехническая (арматура, устанавливаемая на трубопроводах, по которым транспортируют неагрессивные и малоагрессивиые жидкости и газы при рабочих температурах и давлении, допускающих использование для корпусных деталей чугуна, латуни, углеродистой или легированной стали);

б) специальная (арматура трубопроводов, транспортирующих продукты с такими свойствами и параметрами, которые требуют применения высоколегированной стали, бронзы, чугуна, обладающих коррозионной стойкостью или жаропрочностью, защитных покрытий или неметаллических материалов);

- по целевому назначению:

а) запорная; для перекрытия потока перекачиваемой среды (краны, клапаны, задвижки, затворы);

б) регулирующая; для, регулирования параметров перекачиваемой среды путем изменения ее расхода (регулирующие клапаны и задвижки);

в) распределительно-смесительная; для распределения потока перекачиваемой среды по определенным направлениям.или смешивания потоков;

г) предохранительная; для автоматической защиты оборудования от аварийных изменений параметров перекачиваемой среды;

- по принципу действия;

а) автономная;

б) управляемая дистанционно;

- по конструкции присоединительных патрубков:

а) фланцевая (присоединительные патрубки с фланцами);

б) муфтовая (присоединительные патрубки с внутренней резьбой);

в) цапковая (присоединительные патрубки с наружной резьбой);

г) приварная;

- по способу перемещения запорного или регулирующего органа:

а) задвижка; трубопроводная, арматура, в которой запирающий, элемент перемещается возвратно-поступательно перпендикулярно направлению; потока рабочей среды. Используется преимущественно в качестве запорной арматуры: запирающий элемент находится ві крайних положениях "открыто" и "закрыто";.

б)клапан; трубопроводная арматура, в которой запирающий или регулиг рующий элемент, перемещается-возвратно-поступательно-параллельно оси: потока рабочей среды в седле корпуса арматуры;

в) кран; трубопроводная арматура, в которой запирающий или регули- . рующиш элемент имеет форму; тела вращения и поворачивается: вокруг своей оси, перпендикулярно расположенной по отношению , к направлению потока рабочей, среды;

г) затвор (затвор дисковый); трубопроводная: арматура, в которой; запирающий х или регулирующий - элемент имеет форму диска; и поворачивается: вокруг оси, перпендикулярной к оси трубопровода;

- по условному давлению:

а) вакуумная;

б) абсолютного давления (условное давление Ру до 0;Г МПа);

в) мал ого; давления (Рудо 1,6 МПа);

г) среднего давления(Ру от1,6 МПа до 10;0 МПа);

д) высокого давления(Ру от 10,0 МПа до 100 МПа);

е) сверхвысокого давления (Ру свыше 100 МПа); .

- по условному проходу:

а) малый (условный диаметр Dy - до 40 мм);

б) средний (Dy от 50 до 250 мм);

в); большой (Dy; свыше 250 мм).

Арматура, устанавливаемая на трубопроводы различного назначения, выбирается в зависимости от транспортируемого продукта и параметров эксплуатации. Для того чтобы безошибочно подобрать тип и материал, а также проконтролировать правильность применения арматуры при монтаже трубопроводных систем; ее маркируют- условными обозначениями по РОЄТ 52760-2007 [16].

Маркировку выполняют на корпусе путем отливюг выпуклых знаков или нанесением клейма.

Таким образом технологические трубопроводы представляют собой совокупность соединенных между собой труб, трубопроводных фитингов и различной арматуры, обеспечивающих взаимосвязь между отдельными единицами? оборудования.

Примеры усталостного разрушения сварных соединений технологических трубопроводов

По официальным данным Ростехнадзора. России- с. 2002 по 2009«-гг.. на предприятиях нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности произошло 124 аварии с разрушительными последствиями [66-73]: При этом часть аварий: произошла по причине усталостного разрушения, сварных соединений технологических трубопроводов.

Так например, 4 октября 2002 г. на предприятии ОАО «Азот» в г. Березники произошел разрыв трубопровода с выбросом аммиака в цехе по производству аммиака [66].

Авария произошла после приемки агрегата аммиакам из планового остановочного ремонта и начала пусковых операций по выводу его на нормальный технологический режим в соответствии с регламентом и инструкциями.

После проведенных технологических операций линия выхода Цирьс; ЛЯцИ_ онного газа из колонны синтеза разрушилась, газ воспламенился с хлопке vi t

В ходе расследования было установлено, что авария произошла гж; причине разрушения центральной трубы насадки колонны синтеза по сварном шву, вследствие развития усталостной трещины в сварном соединена - горизонтальной участка трубы и отвода (рисунок 1.8).

В результате разрушения произошел разрыв трубопровода высокого давления циркуляционного газа синтеза аммиака от динамических удар о катализатора и частей разорванного теплоизолированного патрубка в результате уноса их газовым потоком из колонны и выброс азотоводородной смеси через образовавшийся разрыв и последующий взрыв.

Комиссия не исключила возможности отрицательного влияния а состояние технических устройств сейсмического воздействия, периодически возникающего при проведении взрывных работ на расположенном вблизи аварии карьере ОАО «Уралкалий», которые при определенных обстоятельствах могли привести к увеличению напряжения в металле оборудования зданий и сооружений.

Усталостная трещина в сварном соединении трубопроводов может возникнуть от действия циклических температурных деформаций. Так, 16 апреля 2003 г., в ООО «Завод алкидных и судовых ЛКМ «Пигмент» произошел взрыв и пожар в помещении цеха производства лаков на конденсационных смолах [67].

В ходе синтеза основы лака (пентафталевая смола) отклонений от норм технологического режима не наблюдалось. На стадии окончания процесса внезапно разгерметизировалось сварное соединение в месте крепления сильфонного компенсатора температурных деформаций к трубопроводу, по которому циркулирует нагретая реакционная масса перед теплообменником выносного теплообменного контура. В помещение цеха поступили пары компонентов реакционной массы, нагретые до 255 С. Образование аэрозольной смеси легковоспламеняющихся веществ привело к взрыву и пожару (рисунок 1.9).

Комиссией было установлено, что авария произошла из-за утечки взрывоопасной смеси в результате усталостного разрушения сварного шва на трубопроводе циркуляции реакционной массы, из-за внутренних напряжений металла шва и околошовной зоны под действием температурных деформаций.

Часть аварий происходит по причине усталостного разрушения сварных соединений технологических трубопроводов, сопряженных с роторным оборудованием. Примером тому может служить авария, произошедшая 9 сентября 2006 г. в насосной на установке первичной переработки нефти АВТ ОАО «ЛУКОЙЛ-Ухтанефтепереработка», г. Ухта [70]. Технологический режим установки соответствовал нормам технологического регламента. В 20.50 произошла разгерметизация трубопровода, проложенного на высоте 2,5 м, по которому гудрон от насосов поступает в теплообменник, с выбросом горячего нефтепродукта, его самовоспламенением, распространением пожара по площади насосной и обрушением кровли (рисунок 1.10).

После проведения расследования была установлена основная причина аварии: разрыв трубопровода подачи гудрона вследствие развития усталостной трещины в сварном соединении из-за эксплуатации сопряженного с трубопроводом насоса с недопустимым уровнем вибрации.

Следует отметить, что аварии, произошедшие по причине усталостного разрушения сварных соединений трубопроводов, происходят не только на объектах нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Так 14 июня 2006 г. на ОАО «Калачинский мясокомбинат» в г. Калачинск Омской области в 10.20 в верхней части помещения холодильной камеры № 5 раздался «хлопок», и произошел выброс аммиака в помещение камеры [70]. В результате рассеивания аммиачного облака пострадали 8 человек из обслуживающего персонала. На основании материалов расследования, а также заключения независимой экспертной организации ЗАО ЦТБ и Д «Полисервис» комиссия пришла к выводу, что основной причиной аварии явилось разрушение сварного шва заглушки сливного коллектора трубопровода аммиака воздухоохладителя вследствие появления и развития трещин в результате циклических нагрузок, возникающих из-за перепадов давления и температуры (рисунок 1.11)

Приведенные выше примеры наглядно показывают необходимость учета циклических нагрузок при расчете долговечности сварных соединений технологических трубопроводов.

Анализ используемых в нашей стране методов расчета на циклическую долговечность сварных соединений показал, что таких методов всего два [75]:

- расчет по допускаемым напряжениям;

- расчет, основанный на группировке сварных соединений по категориям.

Применение метода конечных элементов для решения инженерных задач

С начала 60-х годов благодаря развитию вычислительной техники стали интенсивно развиваться численные методы расчета конструкций. Наиболее широкое распространение получил метод конечных элементов (МКЭ). В настоящее время метод конечных элементов стремительно внедряется, становясь одним из основных методов анализа напряженно деформированного состояния конструкций [92].

В настоящее время метод конечных элементов является мощным средством приближенного решения дифференциальных уравнений, описывающих различные физические процессы. До появления метода конечных элементов существовало много иных численных методов аппроксимации. Это уже зарекомендовавшие себя методы граничных решений и конечно-разностные методы.

Метод конечных элементов представляет собой наиболее распространенный приближенный метод в механике твердого тела и может быть интерпретирован с физической или математической точки зрения: Возникновение этого метода связано с решением; задач; космических и ядерных исследований? (1950г.).-Впервые он был опубликован в .работе: Тернера, Клужа1,. Мартина Топпа.

Эта работа способствовала появлению других работ был опубликован ряд статей с применениями метода конечных элементов к задачам строительной механики и механики, сплошных сред. Важный: вклад в; теоретическую разработку метода сделал в 1963г.Мелош, который показал, что метод конечных элементов можно: рассматривать как; один из вариантов «хорошо -известного, метода Рэлея-Ритца. В І строительной механике: метод конечных элементов минимизацией потенциальной энергии позволяет свести задачу к системе линейных уравнений; равновесия[93]; Связь метода- конечных элементов: с; процедурой минимизации: привела; к широкому использованию его при решении- задач в других областях техники:! Метод применялся к, задачам описываемым уравнениями. Лапласа или Шуассона. Решение этих уравнений, также связано с минимизацией некоторого функционала. В первых публикациях с помощью метода конечных элементов решались задачи : распространения: тепла. Затем метод был применен к задачам: гидромеханики, в частности к задаче течения жидкости в пористой среде.

Область применения метода конечных элементов существенно -расширилась, когда было: показано что: уравнения определяющие элементы: в: задачах механики, распространения тепла, гидромеханики, могут быть легко получены с помощью таких, вариантов метода взвешенных невязок, как метод: Галеркина или способ наименьших квадратов. Установление этого факта сыграло важную роль в теоретическом обосновании метода конечных элементов, так как позволило применять его при решении любых дифференциальных уравнений.

Метод конечных элементов из численной процедуры решения: задач строительной механики превратился: в общий метод численного решения дифференциального уравнения» или системы дифференциальных уравнений: На сегодняшний день с помощью метода конечных элементов можно решать; самый широкий круг задач из практически любой области промышленности.

Основная идея метода, конечных элементов состоит в том, что любую непрерывную величину, такую, как. температура,, давление и перемещение можно аппроксимировать дискретной моделью которая строится на множестве кусочно-непрерывных функций; определенных: на «конечном; числе подобластей кусочно-непрерывные функции определяются с помощью значении непрерывной величины в конечном числе точек рассматриваемой области"[94].

B общем случае непрерывная величина .заранее неизвестна, и нужно: определить значения; этой величины в некоторых внутренних точках области. Дискретную; модель очень легко: построить, если; сначала1 предположить, что числовые значения этой: величины; в; каждой внутренней точке области; известны. После этого можно перейти к, общему случаю Итак, при построении дискретной модели непрерывной величины Поступают следующим образом:

- в рассматриваемой области фиксируется конечное число точек. Эти точки называются узловыми точками или просто узлами;

-значение непрерывной величины, в каждой узловой точке считается переменной, которая, должна быть определена; .

- область, определения непрерывной» величины разбивается на конечное число подобластей; называемых элементами. Эти элементы имеют общие узловые точки ив совокупности аппроксимируют форму, области..

- непрерывная величина аппроксимируется- на каждом элементе полиномом, который" определяется с помощью узловых значений этой-величины. Для каждого элемента определяется1 свой полином- но; полиномы подбираются: таким образом, чтобы сохранялась непрерывность величины! вдоль границ элемента.

Основа физической концепции МКЭ - это разбиение математической модели конструкции на непересекающиеся компоненты (подобласти) простой геометрии. Множество элементов, на которые разбита конструкция, называется конечно-элементной сеткой;. Механическое: поведение каждого элемента выражается с помощью конечного числа степеней свободы или значений искомых функций во множестве узловых точек. Поведение математической модели, таким образом, аппроксимируется поведением дискретной модели, полученной путем сборки всех элементов.

В настоящее время область применения метода конечных элементов очень обширна и охватывает все физические задачи, которые могут быть описаны дифференциальными уравнениями. Наиболее важными преимуществами метода конечных элементов, благодаря которым он широко используется, являются следующие:

- свойства материалов смежных элементов не должны быть обязательно одинаковыми, что позволяет применять метод к телам, составленным из нескольких материалов;

- криволинейная область может быть аппроксимирована с помощью прямолинейных элементов или описана точно с помощью криволинейных элементов, таким образом, методом можно пользоваться не только для областей с "хорошей" формой границы;

- размеры элементов могут быть переменными, что позволяет укрупнить или измельчить сеть, разбиения области на элементы, если в этом есть необходимость;

- с помощью метода конечных элементов не представляет труда рассмотрение граничных условий с разрывной поверхностной нагрузкой, а таюке смешанных граничных условий.

- возможность решения нелинейных задач

- с помощью метода конечных элементов можно моделировать объекты с любой степенью детализации.

- универсальность метода позволяет решать не только задачи прочности, но и акустики и гидроаэродинамики, а также совместные задачи прочности-акустики и прочности-гидроаэродинамики.

Наиболее трудоемкими этапами построения конечно-элементной модели являются создание сетки конечных элементов для сложных конструкций. Для создания правильной модели необходима- достаточно высокая квалификация инженера.

Развитие вычислительной техники, которое в последние годы происходит быстрыми темпами, позволяет использовать МКЭ с большой эффективностью

Оценка влияния геометрии трубопроводной обвязки на циклическую долговечность сварного соединения

Из результатов замеров виброперемещений следовало, что амплитуда колебаний трубопроводной обвязки компрессора уменьшается по мере удаления от корпусов цилиндров компрессора (таблица 3.3) и приближается к нулевому значению в точках Т1А, Т1В, Т1Г (см рисунок 3.13). Исходя из этого был проведен расчет НДС при различных геометрических размерах участков №1,2 трубопроводной обвязки компрессора. Также оценивалось влияние положения опоры № 1 на НДС трубопроводной обвязки компрессора. Минимальные размеры участков №1,2 (размеры Si, S2 на рисунке 3.21) и расстояние от отвода № 2 до опоры № 1 (размер S3) выбирались исходя из требований [12].

При этом для участка № 1 минимальное значение коэффициента К составило 0,2, для участка К» 2 - 0,16, для расстояния от отвода № 2 до опоры № 1 -1,0, т.е опора установлена на минимально допустимом расстоянии от отвода. В соответствии с этим было выбрано 10 расчетных схем (таблица 4.1). Результаты расчета минимальных и максимальных напряжений цикла, возникающих в наиболее нагруженном сечении сварного шва, при изменении геометрических размеров трубопроводной обвязки, приведены на рисунках 4.1 и 4.2.

Из результатов расчета следовало, что при увеличении размеров Si и S2 минимальные и максимальные напряжения цикла увеличиваются, при увеличении размера S3 - уменьшаются.

Результаты расчета максимальных напряжений цикла, возникающих в сварном соединении при различных значениях коэффициента К Однако изменение геометрических размеров трубопроводной обвязки не влияет на амплитуду напряжений в месте разрушения сварного шва, которая остается постоянной и равна 24,8 МПа. Результаты расчета отражены в [105].

Из исследований СВ. Серенсена, X. Говера и др. известно, что понижение коэффициента асимметрии цикла приводит к повышению предела выносливости, т.е. к смещению кривой усталости вверх и, следовательно, к увеличению количества циклов до разрушения. Исходя из результатов расчета коэффициента асимметрии цикла при различных размерах Si, Эги S3 был сделан вывод о том, что снижение коэффициента асимметрии- возможно при уменьшении размеров Si и S2 или при увеличении размера.S3 (рисунок 4.3).

При этом наименьший коэффициент асимметрии цикла получается при увеличении размера S3, т.е. при смещении опоры № 1 как можно дальше отвода № 2. Увеличение размера S3 более чем в 2 раза невозможно вследствие конструктивных особенностей фундамента поршневого компрессора. Поэтому расчет долговечности сварного соединения проводился по кривой усталости, построенной при коэффициенте асимметрии цикла равном 0,69. Из результатов расчета следовало, что при увеличении размера S3 до 500 мм, долговечность сварного соединения увеличивается с 1,9x10 до 6x10 циклов, т.е. более чем в 3 раза. При существующем режиме эксплуатации срок службы сварного соединения в месте врезки осевого штуцера в буферную емкость нагнетания составит 3 года.

На следующем этапе был проведены расчеты, с целью определения оптимального соотношения параметров участков трубопроводной обвязки компрессора. Учитывая, что изменение размера S2 повлечет за собой усложнение конфигурации трубопроводной обвязки (изменение положения емкости БЕН-Н, установка нового фундамента под опоры) было решено провести расчеты при одновременном изменении размера S2 и S3. Из результатов расчетов следовало, что при одновременном уменьшении размера Si до 100 мм и увеличении размера S3 до 500 мм коэффициент асимметрии цикла снижается до 0,65. а долговечность сварного соединения Np в месте врезки осевого штуцера в буферную емкость нагнетания увеличивается в 7 раз (рисунок 4.4).

На основании проведенных расчетов была подобрана конфигурация трубопроводной обвязки нагнетательной линии поршневого компрессора, при которой возможно увеличение циклическая долговечности исследуемого сварного соединения в 7 раз.

Похожие диссертации на Совершенствование методики оценки циклической долговечности сварных соединений технологических трубопроводов