Способ усиления полого тела вращения типа трубопровода или емкости,работающего под давлением

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для усиления полых тел вращения типа трубопровода или емкости, работающих под давлением. Цель изобретения - максимальное использование механической прочности усиливающего профиля. В способе используют гибкий профиль, который наматьшают с натяжением на полое тело с прилеганием вплотную его витков и прикрепляют его к полому телу, причем профиль выполняется из материала, предел упругости которого выше предела упругости материала полого тела, а величины натяжения и толщины витков выбираются обеспечивающими достижение максимальных напряжений, возникающих в витках профиля -и полом теле, находящихся под давлением, в одно и то же время, 6 ил. см

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю (111 (50 4 F l6 1 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРе Гений и ОтнРытий (21) 3446899/23-08 (86) РСТ/FR 81/00119 (16.09.81) (22) 25.05.82 (31) 8020666 (32) 26.09.80 (33) FR (А6) 23. 12.87. Бюл. Р 47 (7 1) СПИ-Батиньоль Кофлексип (ГК) (72) Жильбер Шабриер (РК) (53) 621. 643 (088 ° 8) (56) Патент США Ф 3880195, кл. 138-172, 1955. (54) СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ПОЛОГО ТЕЛА

ВРАЩЕНИЯ ТИПА ТРУБОПРОВОДА ИЛИ ЕМКОСТИ, РАБОТАЮЩЕГО ПОД ДАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к машиностпоению и может быть использовано

1 для усиления полых тел вращения типа трубопровода или емкости, работающих под давлением. Цель изобретения — максимальное использование механической. прочности усиливающего профиля. В способе используют гибкий профиль, который наматывают с натяжением на полое тело с прилеганием вплотную его витков и прикрепляют его к полому телу, причем профиль выполняется из материала, предел упругости которого выше предела упругости материала полого тела, а величины натяжения и толщины витков выбираются обеспечивающими достижение максимальных напряжений, возникающих в витках профиля н полом теле, находящихся под давлением, в одно и то же время. 6 ил.

1362408

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для усиления полых тел вращения типа трубопровода или емкости, работающих под давлением.

Цель изобретения — максимальное использование механической прочности усиливающего профиля.

На фиг. 1 изображена схема, иллюстрирующая способ усиления полого тела вращения, на фиг. 2 — отрезок трубопровода, частично покрытого внешней обмоткой, полученной иэ профиля согласно предлагаемому способу, на фиг. 3 — профиль, поперечный разрез; на фиг. 4 — разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 5 — кривые модуля упругости стали трубопровода (а), материала профиля, намотанного без напряжения (Ь) и с напряжением (с); на фиг. 6 — кривые напряжений, возникающих в материале трубопрово да (Й)и материала профиля (f).

В соответствии со способом получен стальной цилиндрический трубопровод 1, содержащий среду под давлением, на который намотан с натяжением по спирали усиливающий гибкий профиль 2 с прилегающими друг к другу витками 3, прикрепленный к трубопроводу 1. Гибкий профиль 2 выполнен из материала, предел упругости которого вьппе предела упругости материала трубопровода 1, причем величина натяжения и толщина витков 3 профи° ля 2 выбраны такими, чтобы обеспечить достижение максимальных напряжений, возникающих в витках 3 профиля 2 и трубопроводе 1, в одно и то же время.

Для осуществления способа вращают трубопровод 1 (фиг. t) вокруг оси

Х-Х, причем профиль 2 подводится к трубопроводу 1 из бобины 4, установленной с вращением на оси Y-Y, вокруг которой спирально намотан профиль 2. Бобина 4 является подвижной вдоль оси Y-Y, чтобы позволить профилю 2 наматываться вокруг трубопровода 1 по соприкасающейся витками 3 винтовой линии.

Натяжение намотки витков 3 профиля 2 регулируется с помощью тормозного устройства 5, расположенного. между трубопроводом 1 и бобиной 4.

Это тормозное устройство 5 содержит .два ролика 6 и 7, опирающихся на профиль 2.

Профиль 2 (фиг. 3) содержит волокна 8, покрытые синтетической смолой

9, причем волокна 8 проходят в продольном направлении профиля 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 наклеивается на трубопровод 1, а также на нижележащие слои обмотки, образуемой

15 профилем 2.

Смола 9 профиля 2 преимущественно является термопластичной смолой, та« кой как полиамидная или полихлорвиниловая, что позволяет осуществить

2р .прикрепление гибкого профиля 2 на трубопроводе 1 и на предшествующей обмотке профиля 2 посредством термоплавления или термоприклеивания.

Для осуществления термоприклеива25 ния достаточно поместить под профиль

2 вблизи от трубопровода 1 патрубок

10, выдувающий горячий воздух (фиг.1).

Воздух нагревается, например, с по- мощью электронагревательного сопро30 тивления 11, намотанного вокруг пат рубка 10 до температуры, достаточной для обеспечения поверхностного плавiления смолы 9 профиля 2, что позволяет получить при намотке наклеивание профиля 2 на трубопровод 1 и склеивание разных витков 3 обмотки профиля 2.

Чтобы облегчить приклеивание, необходимо нанести на внешнюю поверх4р ность трубопровода 1 первичный клеющийся слой 12 (фиг, 4). Кроме того, выгодно, чтобы витки 3 обмотки профиля

2 были расположены в шахматном порядке по разным последовательным слоям.

Для получения профиля 2, имеющего необходимые сопротивление растяжению и модуль упругости, необходимо, чтобы профиль 2 содержал минеральные волокна по крайней мере в 50 своего объема. Это условие осуществляется когда синтетическая смола 9 содержит стекловолокна по меньшей мере 70Х от веса.

Такой профиль 2 из волокон 8, покрытых смолой 9, может быть получен посредством экструзии, импрегнирования или аналогичными способами.

Профиль 2 имеет небольшую толщину 8, что позволяет ограничить от1362408 ношение натяжений, возникающих из-за радиуса кривизны, при намотке во внешних волокнах 8 к натяжениям, возникающим во внутренних волокнах 8.

Толщину Р, определяют так, чтобы упомянутое отношение было ниже 1,2. При этих условиях натяжение, создаваемое во внешних волокнах 8, не превышает

20% натяжения, создаваемого во внутренних волокнах 8.

Витки 3 профиля 2 наклеены на трубопровод 1 и один на другой так, что полученное покрытие является герметичным настолько, что трубопровод

1 оказывается одновременно эффективно защищен по отношению к коррозии.

Кроме того, это покрытие одновременно дает трубопроводу 1 легкую термоизоляцию, что позволяет обеспечить 20 по трубопроводу 1 транспортировку жидкости с низкой или высокой температурой.

Пример. Характеристика трубопровода 1: сталь X 52, внешний диа- 25 метр 61 см, толщина стенки 7,92 мм, предел упругости 36,5 кг/мм г

Характеристики профиля 2: вид смолы: полиамидная, вид волокна: стеклянное, процент волокон: 70% веса, предел прочности при растяжении

136, 5 кг/мм, модуль упругости

4500 кг/мм

На фиг. 5 кривая а изображает модуль упругости стали трубопровода, 35 кривая Ъ вЂ” модуль упругости профиля

2 в случае, когда последний намотан без натяжения вокруг стального трубопровода

При пределе упругости трубопрово- 40 да 1 36,5 кг/мм удлинение А равно г 0,3825 .. В этих условиях напряжение S возникающее в профиле 2, равно только 17,2 кг/ммг, т.е. 0,126 от своего предела прочности, который 45 равен 136,5 кг/мм . Следовательно, г механические свойства профиля 2 используются недостаточно, когда он намотан без натяжения вокруг трубопровода 1.

Если намотка грофиля 2 осуществ." ляется с натяжением, соответствующим удлинению А, равному 1 профиля 2, получают для последнего кривую с. В таком случае получают при пределе упругости стали трубопровода 1 напряжение В в профиле 2,равное 62,2 кг/мм, т.е. только 0,456 от его предела прочности, что является достаточным.

Тот же результат может быть получен с намоткой профиля 2, осуществляемой без натяжения (кривая Ь), но с расширением трубопровода 1. Однако расширение трубопровода 1 достигает в этих условя(иях величины 1,1, которая заметно выше предела упругости стали. Следовательно, имеет место значительная и недопустимая деформация стали трубопровода 1.

Чтобы осуществить оптимальное усиление или стягивание трубопровода 1 с помощью смоло-волокнистого профиля 2, задаются максимальным напряжением 3, допустимым для профиля 2 и для стального трубопровода 1, и подсчитывают толщину 8, обмоток профиля 2, накладываемого вокруг трубопровода 1, таким образом, чтобы окружное напряжение, вызываемое внутрен- ним давлением, было распределено пополам между трубопроводом 1 и профилем 2, и чтобы напряжения, способные возникать в обмотках профиля 2 и в стальном трубопроводе 1, достигали своего допустимого максимума в одно и то же время.

Толщина 8, равна где о — толщина стального трубо2 провода 1, — максимально допустимые напряжения, соответственно, для стали и смоло-волокнистого профиля 2.

В случае предыдущего примера б — 26,6 кг/ммг, G, = 68,2 кг/ммг.

Следовательно, равно 3 мм.

На фиг. 6 показаны напряжения, возникающие в смоло-волокнистом профиле 2 и в стальном трубопроводе 1.

Начало удлинений берется относи-. тельно стального трубопровода 1 (кривая d) испытывающего растяжение до своего предела упругости (Е).

Кривая е, показанная штрихами, относится к стали перед расширением.

Кривая f относится к профилю 2, намотанному без натяжения на трубопровод 1.

Когда внутреннее давление трубопровода 1 является нулевым, предварительное напряжение (натяжение на 1отки) в профиле 2 равно 56,3 кг/мм ю

5 136 а предварительное напряжение (сжатие)

Д стали — 21,7 кг/мм . Это предварительное напряжение обеспечивает сжатие стального трубопровода на О, 11Х.

Когда трубопровод 1 находится под рабочим давлением, напряжение в стальном трубопроводе 1 равно

26,6 кг/мм, т.е, 0,73 Е (где Е ,предел упругости), и в смоло-волокнистом профиле 2 — 67,5 кг/мм, т.е. около 0,5R (R — сопротивление на разрыв этого профиля).

В этих условиях средний предел прочности при рабочем пределе комплекта равен 54Х от среднего предела упругости комплекта, причем сталь деформируется пластически, вместо

73Х в случае одной стали.

При пределе упругости Е стали предел прочности равен 61Х от среднего предела упругости комплекта вместо

100Х в случае одной стали.

Такий образом, возможно значительно улучшить .безопасность трубопроводов, предназначенных выдерживать внутреннее. давление, удваивая рабочее давление. И. наоборот, дл1

2408 данного рабочего давления возможно применять трубопроводы заметно мень шей толщины, что выражается значительным выигрышем н весе комплекта

5 трубопровода порядка 45Х.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ усиления полого тела вращения типа трубопровода или емкости,. работающего под давлением, при котором на полое тело наматывают с натяжением по спирали гибкий профиль с прилеганием вплотную его витков и прикрепляют его к полому телу, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью максимального использования механической прочности профиля, последний выполняется из материала, предел упругости которого вьппе преде. ла упругости материала полого тела, а величины натяжения и толщины витков выбираются обеспечивающими дос75. тижение максимальных напряжений, возникающих в витках профиля и по .лом теле, находящихся под давлением, в одно и то же время.! 362408

1362408

1362408 я%

Составитель М.Кольцова

Техред И.Дидык Корректор С.Черни

Редактор А.Шандор

Заказ 6305/58

Тираж 804 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,- r. Ужгород, ул. Проектная, 4