SU1362408A3 - Способ усилени полого тела вращени типа трубопровода или емкости,работающего под давлением - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано дл  усилени  полых тел вращени  типа трубопровода или емкости, работающих под давлением. Цель изобретени  - максимальное использование механической прочности усиливающего профил . В способе используют гибкий профиль, который наматьшают с нат жением на полое тело с прилеганием вплотную его витков и прикрепл ют его к полому телу, причем профиль выполн етс  из материала, предел уп- ругости которого выше предела упругости материала полого тела, а величины нат жени  и толщины витков выбираютс  обеспечивающими достижение максимальных напр жений, возникающих в витках профил  -и полом теле, наход щихс  под давлением, в одно и то же врем , 6 ил. см

Description

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано дл  усилени  полых тел вращени  типа трубопровода или емкости, работающих под давлением.

Цель изобретени  - максимальное использование механической прочности усиливающего профил .

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующа  способ усилени  полого тела вращени j на фиг. 2 - отрезок трубопровода, частично покрытого внешней обмоткой, полученной из профил  согласно предлагаемому способу; на фиг. 3 - профиль, поперечный разрез; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - кривые моду- л  упругости стали трубопровода (а), материала профил , намотанного без напр жени  (Ь) и с напр жением (c)i на фиг. 6 - кривые напр жений, возникающих в материале трубопрово- да (d)n материала профил  (f).

В соответствии со способом получен стальной цилиндрический трубопровод 1, содержащий среду под давлением , на который намотан с нат жением по спирали усиливающий гибкий профиль 2 с прилегающими друг к дру- .гу витками 3, прикрепленный к трубопроводу 1. Гибкий профиль 2 выполнен из материала, предел упругости которого вьппе предела упругости материала трубопровода 1, причем величина нат жени  и толщина витков 3 профи- л  2 выбраны такими, чтобы обеспечить достижение максимальных напр жений , возникающих в витках 3 профил  2 и трубопроводе 1, в одно и то же врем .

Дл  осуществлени  способа вращают трубопровод Г (фиг. 1) вокруг оси Х-Х, причем профиль 2 подводитс  к трубопроводу 1 из бобины 4, установленной с вращением на оси Y-Y, вокруг которой спирально намотан профиль 2. Бобина 4  вл етс  подвижкой вдоль оси Y-Y, чтобы позволить профилю 2 наматьшатьс  вокруг трубопровода 1 по соприкасающейс  витками 3 винтовой линии.

Нат жение намотки витков 3 профил  2 регулируетс  с помощью тормозного устройства 5, расположенного, между трубопроводом 1 и бобиной 4. Это тормозное усуройство 5 содержит .два ролика 6 и 7, опирающихс  на профиль 2.

Профиль 2 (фиг. 3) содержит волокна 8, покрытые синтетической смолой 9, причем волокна 8 проход т в продольном направлении профил  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 кевлар. Профиль 2 при намотке наклеиваетс  на трубопровод 1, а также на нижележащие слои обмотки, образуемой

профилем 2.

Смола 9 профил  2 преимущественно  вл етс  термопластичной смолой, та кой как полиамидна  или полихлорвинилова , что позвол ет осуществить

.прикрепление гибкого профил  2 на трубопроводе 1 и на предшествующей обмотке профил  2 посредством, термо плавлени  или термоприклеивани .

Дл  осуществлени  термоприклеива ни  достаточно поместить под профиль 2 вблизи от трубопровода 1 патрубок 10, выдувающий гор чий воздух (фиг.1). Воздух нагреваетс , например,.с помощью электронагревательного сопротивлени  11, намотанного вокруг патрубка 10 до температуры, достаточной дл  обеспечени  поверхностного плйв- Iлени  смолы 9 профил  2, что позвол ет получить при намотке наклеивание

профил  2 на трубопровод 1 и склеивание разных витков 3 обмотки профил  2.

Чтобы облегчить приклеивание, необходимо нанести на внешнюю поверхность трубопровода 1 первичный клею- щийс  слой 12 (фиг. 4). Кроме того, выгодно, чтобы витки 3 обмотки профил  2 были расположены в шахматном пор дке по разным последовательным сло м.

Дл  получени  профил  2, имеющего необходимые сопротивление раст жению- и модуль упругости, необходимо, чтобы профиль 2 содержал минеральные волокна по крайней мере в 50% своего

объема. Это условие осуществл етс  когда синтетическа  смола 9 содержит стекловолокна по меньшей мере 70% от веса.

Такой профиль 2 из волокон 8, покрытых смолой 9, может быть получен посредством экструзии, импрегнирова- ни  или анало.гичными способами.

Профиль 2 имеет небольшую толщину 8р , что позвол ет ограничить отношение нат жений, возникающих из-за радиуса кривизны, при намотке во внешних волокнах 8 к нат жени м, возникающим во внутренних волокнах 8. Толщину S, определ ют так, чтобы упом нутое отношение было ниже 1,2, При этих услови х нат жение, создаваемое во внешних волокнах 8, не превьшает 20% нат жени , создаваемого во внутренних волокнах 8.

Витки 3 профил  2 наклеены на трубопровод 1 и один на другой так, что полученное покрытие  вл етс  герметичным настолько, что трубопровод

1оказываетс  одновременно эффективн защищен по отношению к коррозии. Кроме того, это покрытие одновременно дает трубопроводу 1 легкую термоизол цию , что позвол ет обеспечить

по трубопроводу 1 транспортировку жидкости с низкой или высокой температурой .

Пример, Характеристика трубопровода 1: сталь X 52, внешний диаметр 61 см, толщина стенки 7,92 мм, предел упругости 36,5 кг/мм .

Характеристики профил  2: вид смолы: полиамидна , вид волокна: стекл нное , процент волокон: 70% веса, предел прочности при раст жении 136,5 кг/мм , модуль упругости 4500 кг/мм.

На фиг. 5 крива  а изображает модуль упругости стали трубопровода, крива  Ъ- - модуль упругости профил 

2в случае, когда последний намотан без нат жени  вокруг стального трубопровода 1.

При пределе, упругости трубопровода 1 36,5 кг/мм удлинение А равно 0,3825%. В этих услови х напр жение S, возникающее в профиле 2, равно только 17,2 кг/мм, т.е. 0,126 от своего предела прочнЬсти, который равен 136,5 кг/мм. Следовательно, механические свойства профил  2 используютс  недостаточно, когда он намотан без нат жени  вокруг трубопровода 1 ,

Если намотка профил  2 осуществи л етс  с нат жением, соответствующим удлинению А, равному 1% профил  2, получают дл  последнего кривую с. В таком случае получают при пределе упругости стали трубопровода 1 напр жение S в профиле 2,равное 62,2 кг/мм т.е. только 0,456 от его предела прочности, что  вл етс  достаточным.

Тот же результат может быть получен с намоткой профил  2, осуществл емой без нат жени  (крива  Ь), но с расширением трубопровода 1. Однако расширение трубопровода 1 достигает в этих услов и х величины 1,1%, котора  заметно выше предела упругости стали. Следовательно, имеет место значительна  и недопустима  деформаци  стали трубопровода 1.

Чтобы осуществить оптимальное усиление или ст гивание трубопровода 1 с помощью смоло-волокнистого профи-

л  2, задаютс  максимальным напр жением S , допустимым дл  профил  2 и дл  стального трубопровода 1, и подсчитывают толщину S, обмоток профил  2, накладываемого вокруг трубопровода 1, таким образом, чтобы окружное напр жение, вызываемое внутренним давлением, было распределено пополам между трубопроводом 1 и профилем 2, и чтобы напр жени , способные

возникать в обмотках профил  2 и в стальном трубопроводе 1, достигали своего допустимого максимума в одно и то же врем .

Толщина о, равна

30

S, Si G,

5

0

5

0

5

где S - толщина стального трубопровода 1,

G и (5, - максимально допустимые напр жени , соответственно, дл  стали и смоло-волокнистого профил  2.

В случае предьщущего примера С , 26,6 кг/мм ; G, 68,2 кг/ммЧ Следовательно, равно 3 мм. На фиг. 6 показаны напр жени , возникающие в смоло-волокнистом профиле 2 и в стальном трубопроводе 1.

Начало удлинений беретс  относи--, тельно стального трубопровода 1 (крива  d), испытывающего раст жение до своего предела упругости (Е). Крива  е, показанна  штрихами, относитс  к стали перед расширением. Крива  f относитс  к профилю 2, намотанному без н ат жени  на трубопровод 1.

Когда внутреннее давление трубопровода 1  вл етс  нулевым, предварительное напр жение (нат жение ки) в профиле 2 равно 56,3 кг/мм,

а предварительное напр жение (сжатие стали -21,7 кг/мм . Это предварительное напр жение обеспечивает сжатие стального трубопровода на 0,11%.

Когда трубопровод 1 находитс  под рабочим давлением, напр жение в стальном трубопроводе 1 равно 26,6 кг/мм, т.е. 0,73 Е (где Е - .предел упругости), и в смоло-волок- нистом профиле 2 - 67,5 кг/мм, т.е около 0,5R (R - сопротивление на разрыв этого профил ).

В этих услови х средний предел прочности при рабочем пределе комплекта равен 54% от среднего предела упругости комплекта, причем сталь деформируетс  пластически, вместо 73% в случае одной стали.

При пределе упругости Е стали предел прочности равен 61% от среднего предела упругости комплекта вместо 100% в случае одной стали.

Таким образом, возможно значительно улучшить .безопасность трубопроводов , предназначенных выдерживать внутреннее давление, удваива  рабочее давление. И.наоборот, дл

данного рабочего давлени  возможь о примен ть трубопроводы заметно мень meii толщины, что выражаетс  значительным выигрышем в весе комплекта трубопровода пор дка 45%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ усилени  полого тела вращени  типа трубопровода или емкости, работающего под давлением, при котором на полое тело наматывают с нат жением по спирали гибкий профиль с

   при,пеганием вплотную его витков и прикрепл ют его к полому телу, о т- личающийс  тем, 4TOj с целью максимального иопользовани  механической прочности профил  последний выполн етс  из материала,

   предел упругости которого вьше предела упругости материала полого тела, а нат жени  и толщины витков выбираютс  обеспечивающими достижение максимальных напр жений, возникающих в витках профил  и по- лом теле, наход щихс  под давлением, в одно и то же врем .

   г „

   ФигЛ

   Фиг.2

   Фиг.д

   . УчУ

   ФигМ

   кг/мм

   О Q.20.mm и U82 2 Фиг. 5

   Редактор А.Шандор

   Составитель М.Кольцова

   Техред М.Дидык Корректор С.Черни

   Заказ 6305/58 Тираж 804Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие,- г. Ужгород, ул. Проектна , k

   Фиг.6