PL194422B1 - Węzeł wzmacniający w spawanych złączach wielkośrednicowych segmentowych kolan rurowych i sposób jego wykonania - Google Patents

Abstract

1. Wezel wzmacniajacy w spawanych zla- czach wielkosrednicowych segmentowych ko- lan rurowych tworzony na krawedzi styku sko- snie przycietych pod jednakowym katem kon- ców segmentów rurowych, posiadajacy zebro wzmacniajace usytuowanego na linii styku tych koncówek i spoine ciagla trwale laczaca zesta- wiane czesci zlacza wykonana na obwodzie kolana, znamienny tym, ze zebro (3) wzmac- niajace ma postac plaskiego pierscienia o zary- sie eliptycznym o przekroju otworu eliptycznego nie wiekszym od przekroju otworu przyciecia segmentu (1, 2), oraz o stalych wymiarach, grubosci (b) i wysokosci (h), stanowiacych wie- lokrotnosc grubosci (g) scianki rury, przy czym zebro (3) umieszczone jest rozdzielajaco pomie- dzy koncówkami laczonych segmentów (1, 2) i polaczone jest z nimi spoinami, zewnetrzna (4) i wewnetrzna (5), wykonanymi spawem ciaglym obwodowym po kazdej stronie zebra (3) od zewnetrznej i wewnetrznej strony kolana. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja węzła wzmacniającego w spawanych złączach wielkośrednicowych segmentowych kolan rurowych, dla których gięcie rur jest technologicznie i ekonomicznie nieuzasadnione. Przedmiotem wynalazku jest także sposób wykonywania węzła wzmacniającego w spawanych złączach wielkośrednicowych segmentowych kolan rurowych. Węzeł znajduje szczególne zastosowanie w przemyśle petrochemicznym, energetycznym, hutniczym, chemicznym.

Konwencjonalne układy rurociągów składają się z wydłużonych prostych przewodów i dużej liczby różnych łuków rurowych o różnych kątach zakrzywienia umożliwiających układanie przewodów w różne kształty. W układach rozszerzająco-kompensacyjnych rurociągów z zastosowaniem łuków rurowych szczególnie istotny jest problem wytrzymałości złącza spawanego na łukach kolan segmentowych. W przypadku potrzeby uzyskania złącza rurowego o gwarantowanej wytrzymałości w miejscu utworzonego połączenia spawanego stosuje się nakładki lub lokalne pogrubienia ścianki rury.

Znane są wzmocnienia żebrowe połączeń rurowych w postaci kształtowych żeber wzmacniających usytuowanych na zewnętrznej powierzchni łączonych rur na linii ich styku. Żebro wzmacniające powoduje zmniejszenie maksymalnych naprężeń w połączeniu rurowym. Przykłady takich rozwiązań znane są z polskiego opisu zgłoszeniowego wzoru użytkowego W-104871 (Int.Cl.6F16L 41/02).

Spawanie segmentowych kolan z rur wielkośrednicowych dokonuje się poprzez ukształtowanie końców z ewentualnym fazowaniem krawędzi rur i spawanie zestawionych segmentów ściegiem ciągłym jedno lub wielowarstwowym aż do uzyskania pożądanej spoiny złącza. Zwykle spawanie kolan dokonuje się w specjalnych urządzeniach, w których uchwytom segmentów nadaje się ruch obrotowy, a aparatowi spawalniczemu nadaje się jednocześnie ruch kompensujący niekołowość kształtu złącza, przy czym ruch aparatu jest sprzężony z ruchem obrotowym uchwytów. Przyrząd taki znany jest z opisu patentowego PL 120933 (Kl. B23K 37/04). Celem rozwiązania jest opracowanie zoptymalizowanej konstrukcji węzła spawanego o dużej wytrzymałości i podanie sposobu wykonywania takiego węzła w spawanych kolanach segmentowych.

Węzeł wzmacniający w spawanych złączach wielkośrednicowych segmentowych kolan rurowych tworzony jest na krawędzi styku skośnie przyciętych pod jednakowym kątem końców segmentów rurowych. Posiada on żebro wzmacniające usytuowanego na linii styku tych końcówek i spoinę ciągłą trwale łączącą zestawiane części złącza wykonaną na obwodzie kolana.

Istota rozwiązania polega na tym, że żebro wzmacniające ma postać płaskiego pierścienia o zarysie eliptycznym o przekroju otworu eliptycznego nie większym od przekroju otworu przycięcia segmentu rurowego kolana, oraz o stałych wymiarach, grubości i wysokości, stanowiących wielokrotność grubości ścianki rury. Żebro umieszczone jest rozdzielająco pomiędzy końcówkami łączonych segmentów rurowych i połączone jest z nimi spoinami, zewnętrzną i wewnętrzną, wykonanymi spawem ciągłym obwodowym po każdej stronie żebra od zewnętrznej i wewnętrznej strony segmentów rurowych kolana. Zwykle zewnętrzna i wewnętrzna spoina wykonana jest jako pachwinowa.

Korzystnym jest, gdy węzeł ma stały stosunek grubości żebra do grubości ścianki rury, optymalnie powinien mieć wartość 2. Natomiast korzystny stosunek wysokości żebra do grubości ścianki rury jest zmienny w granicach od 2 do 8, przy czym wartość ta wzrasta proporcjonalnie do wielkości kąta zakrzywienia kolana. Stosunek ten przykładowo wynosi 3 dla kąta 30°; 4 dla kąta 45° i 8 dla kąta 90°.

W szczególnym wykonaniu żebro może mieć otwór eliptyczny równy przekrojowi otworu przycięcia końcówki segmentu rurowego. W tym przypadku krawędzie otworu żebra są zukosowane, przy czym zewnętrzna spoina kolana wykonana jest jako spoina pachwinowa, zaś wewnętrzna spoina kolana wykonana jest jako spoina typu ¹/₂ V.

Zaletą rozwiązania jest zoptymalizowanej konstrukcji złącze pod kątem minimalizacji ciężaru oraz obniżenia kosztów wykonania i transportu. W przypadku zastosowania kolana do kompensacji rurociągu wytrzymałość takiego węzła w kolanie jest nie mniejsza niż wytrzymałość prostego odcinka rurociągu.

Sposób wykonania węzła wzmacniającego w spawanych złączach wielkośrednicowych segmentowych kolan rurowych polega na skośnym przycięciu obu końcówek segmentów rurowych pod kątem równym połowie kąta zakrzywienia kolana, wykonaniu żebra wzmacniającego i zespawniu przygotowanych części obwodową spoiną ciągłą.

Istota sposobu polega na tym, że wykonuje się żebro wzmacniające w postaci płaskiego pierścienia o zarysie eliptycznym, o przekroju otworu eliptycznego nie większym od przekroju otworu przycięcia końcówki segmentu rurowego, oraz o stałym wymiarze grubości i wysokości żebra, które

PL 194 422 B1 następnie wstawia się pomiędzy łączone końcówki segmentów rurowych. Zestaw ten centruje się na wewnętrznej średnicy kolana, wstawiając pomiędzy łączone elementy wkładki dystansowe, zapewniające centrowanie i zachowanie szczeliny technologicznej, oraz wstępnie sczepia się żebro z segmentami rurowymi spoiną punktową w kilku wybranych punktach na obwodzie. Następnie sczepiony zestaw, po uprzednim usunięciu wkładek dystansowych, poddaje się operacji końcowego spawania spoiną ciągłą po każdej stronie żebra wzmacniającego, od zewnętrznej i wewnętrznej strony kolana dla uzyskania spoiny o pełnym przetopie.

W przypadku wykonywania kolana z wystającym do środka żebrem, otwór eliptyczny żebra wykonuje się mniejszy od przekroju otworu przycięcia końcówki segmentu rurowego o wielkość równą co najmniej grubości ścianki rury, natomiast ciągłe spoiny wykonuje się od zewnętrznej i wewnętrznej strony kolana jako pachwinowe.

W przypadku natomiast licowania średnicy wewnętrznej kolana, otwór eliptyczny żebra wzmacniającego wykonuje się jako równy przekrojowi otworu przycięcia końcówki segmentu rurowego, a krawędzie otworu żebra wzmacniającego ukosuje się, przy czym szerokość zukosowania winna zapewnić grubość wewnętrznej spoiny, wykonywanej jako spoina typu % V, równą co najmniej połowę grubości rury. Natomiast zewnętrzną spoinę kolana wykonuje się nadal jako spoinę pachwinową.

Korzystnym jest, gdy skośne przycięcie segmentów wykonywanych z rur ze szwem dokonuje się w płaszczyźnie, w której szew rury usytuowany jest na małej osi elipsy otworu eliptycznego uzyskiwanego przekroju przycięcia rury, co daje pożądane położenie spawu w kolanie i umożliwia ekonomiczne cięcie rur.

Zaletą sposobu jest możliwość wykonywania wzmocnionych złącz na placu budowy rurociągu ze stypizowanych części, bez potrzeby stosowania skomplikowanego oprzyrządowania. W technologii tej nie wymaga się ukosowania krawędzi segmentów rur. W szczególnym przypadku, gdy wymaga się zachowania gładkiego przekroju wewnętrznego kolana, ukosuje się jedynie krawędzie otworu żebra, co jest wykonawcze prostsze i może być przegotowane w warsztacie. Łączny przekrój uzyskanej spoiny jest większy niż przekrój rury, przez co wytrzymałość spoiny łączącej segment rurowy z żebrem jest nie mniejsza niż wytrzymałość rury.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania zobrazowano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój wzdłużny kolana segmentowego z otworem eliptycznym żebra mniejszym od otworu segmentu, fig. 2 - przekrój wzdłużny kolana segmentowego z otworem eliptycznym żebra równym otworowi segmentu, fig. 3 - schemat sposobu cięcia odcinka rury ze szwem dla kolana 45°, fig. 4

- widok oprzyrządowanego technologicznie żebra z wkładkami dystansowymi, fig. 5 - schemat szczepienia żebra z jednym segmentem, a fig. 6 - analogiczny schemat z dwoma segmentami.

Przykład I

Kolano o średnicy wewnętrznej D = 1000 mm i kącie załamania 45° posiada węzeł utworzony z trzyelementowego zestawu złożonego z dwóch segmentów 1, 2 rurowych wykonanych z rury o grubości g = 10 mm o skośnie przyciętych końcach pod kątem a/2 = 22,5° i płaskiego żebra 3 pierścieniowego o zarysie eliptycznym o przekroju otworu eliptycznego mniejszym promieniowo od przekroju otworu przycięcia końcówki segmentu 1, 2 o występ żebra do wnętrza kolana k = g = 10 mm, o stałym wymiarze grubości b = 2 g = 20 mm i wysokości h = 4 g = 40 mm. Żebro 3 umieszczone jest rozdzielająco pomiędzy końcówkami łączonych segmentów 1,2 i połączone jest z nimi spoinami 4, 5 pachwinowymi o grubości min. 5 mm wykonanymi od zewnętrznej i wewnętrznej strony kolana.

Przykład II

Kolano jak w przykładzie I ma płaskie żebro 3 pierścieniowe o przekroju otworu eliptycznego równym przekrojowi otworu przycięcia końcówki segmentu 1,2, o stałym wymiarze grubości b = 2 g = 20 mm i wysokości h = 4 g = 40 mm. Żebro 3 ma zukosowane krawędzie otworu pod kątem 45° na szerokości 0,7 g = 7 mm, dla zapewnienia grubości spoiny % V co najmniej 0,5 g, i umieszczone jest rozdzielająco pomiędzy końcówkami łączonych segmentów 1,2 oraz połączone jest z nimi spoinami 4, 5 wykonanymi od zewnętrznej strony kolana jako spoina 4 pachwinowa o grubości min. 5 mm. i wewnętrznej strony jako spoina 5 typu % V o grubości min. 5 mm.

Przykład III

Sposób wykonania węzła wzmacniającego w spawanym złączu segmentowym kolana o kącie załamania 45° z rury ze szwem o średnicy 1000 mm polega na:

- skośnym przycięciu na pile 6 obu końcówek segmentów 1, 2 rurowych pod kątem równym połowie kąta zakrzywienia kolana a/2=22,5°, przy czym skośne przycięcie dokonuje się w płasz4

PL 194 422 B1 czyźnie, w której szew rury usytuowany jest na małej osi elipsy uzyskiwanego eliptycznego przekroju przycięcia rury, wykonaniu żebra 3 jak w przykładzie I lub II i zamocowaniu wkładki 7 dystansowej zapewniające centrowanie i zachowanie szczeliny technologicznej s w granicach 1-3 mm, scentrowaniu zestawu na wewnętrznej średnicy D kolana, poprzez sczepienie wstępne spoiną 8 punktową żebra 3 kolejno z segmentami 1,2 rurowymi co najmniej w czterech punktach na obwodzie, oraz usunięciu wkładek 7, a następnie poddaniu sczepionego zestawu operacji końcowego spawania wymaganą konstrukcyjnie ciągłą spoiną 4, 5 po każdej stronie żebra 3 od zewnętrznej i wewnętrznej strony kolana.

Claims (12)

1. Węzeł wzmacniający w spawanych złączach wielkośrednicowych segmentowych kolan rurowych tworzony na krawędzi styku skośnie przyciętych pod jednakowym kątem końców segmentów rurowych, posiadający żebro wzmacniające usytuowanego na linii styku tych końcówek i spoinę ciągłą trwale łączącą zestawiane części złącza wykonaną na obwodzie kolana, znamienny tym, że żebro (3) wzmacniające ma postać płaskiego pierścienia o zarysie eliptycznym o przekroju otworu eliptycznego nie większym od przekroju otworu przycięcia segmentu (1,2), oraz o stałych wymiarach, grubości (b) i wysokości (h), stanowiących wielokrotność grubości (g) ścianki rury, przy czym żebro (3) umieszczone jest rozdzielająco pomiędzy końcówkami łączonych segmentów (1, 2) i połączone jest z nimi spoinami, zewnętrzną (4) i wewnętrzną (5), wykonanymi spawem ciągłym obwodowym po każdej stronie żebra (3) od zewnętrznej i wewnętrznej strony kolana.

2. Węzeł według zastrz. 1, znamienny tym, że zewnętrzna spoina (4) i wewnętrzna spoina (5) wykonana jest jako pachwinowa.

3. Węzeł według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek grubości (b) żebra (3) do grubości (g) ścianki rury jest stały, korzystnie ma wartość 2.

4. Węzeł według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek wysokości (h) żebra (3) do grubości (g) ścianki rury jest zmienny, korzystnie zawiera się w zakresie od 2 do 8, przy czym wartość ta wzrasta proporcjonalnie do wielkości kąta (a) zakrzywienia kolana.

5. Węzeł według zastrz. 4, znamienny tym, że stosunek wysokości (h) żebra (3) do grubości (g) ścianki rury wynosi 3 dla kąta (a) zakrzywienia kolana równego 30°.

6. Węzeł według zastrz. 4, znamienny tym, że stosunek wysokości (h) żebra (3) do grubości (g) ścianki rury wynosi 4 dla kąta (a) zakrzywienia kolana równego 45°.

7. Węzeł według zastrz. 4, znamienny tym, że stosunek wysokości (h) żebra (3) do grubości (g) ścianki rury wynosi 8 dla kąta (a) zakrzywienia kolana równego 90°.

8. Węzeł według zastrz. 1, znamienny tym, że żebro (3) ma otwór eliptyczny równy przekrojowi otworu przycięcia końcówki segmentu (1, 2), a krawędzie otworu żebra (3) są zukosowane, przy czym zewnętrzna spoina (4) kolana wykonana jest jako spoina pachwinowa, zaś wewnętrzna spoina (5) kolana wykonana jest jako spoina typu % V.

9. Sposób wykonania węzła wzmacniającego w spawanych złączach segmentowych wielkośrednicowych kolan rurowych, polegający na skośnym przycięciu obu końcówek segmentów rurowych pod kątem równym połowie kąta zakrzywienia kolana, wykonaniu żebra wzmacniającego, oraz zespawniu przygotowanych części obwodową spoiną ciągłą, znamienny tym, że wykonuje się żebro (3) w postaci płaskiego pierścienia o zarysie eliptycznym, o przekroju otworu eliptycznego nie większym od przekroju otworu przycięcia końcówki segmentu (1,2), oraz o stałym wymiarze grubości (b) i wysokości (h), które następnie wstawia się pomiędzy łączone końcówki segmentów (1,2), po czym centruje się zestaw na wewnętrznej średnicy (D) kolana, wstawiając pomiędzy łączone elementy wkładki (7) dystansowe zapewniające centrowanie i zachowanie szczeliny technologicznej (s) oraz wstępnie sczepia się żebro (3) z segmentami (1, 2) spoiną (8) punktową w kilku punktach na obwodzie, a następnie sczepiony zestaw, po uprzednim usunięciu wkładek (7) dystansowych, poddaje się operacji końcowego spawania spoiną (4, 5) ciągłą po każdej stronie żebra (3) od zewnętrznej i wewnętrznej strony każdego segmentu (1, 2) kolana dla uzyskania spoiny o pełnym przetopie.

10. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że otwór eliptyczny żebra (3) wykonuje się mniejszy od przekroju otworu przycięcia końcówki segmentu (1, 2) o wielkość (k) równą co najmniej

PL 194 422 B1 grubości (g) ścianki rury, natomiast ciągłe spoiny (4, 5) wykonuje się od zewnętrznej i wewnętrznej strony kolana jako pachwinowe.

11. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że otwór eliptyczny żebra (3) wykonuje się jako równy przekrojowi otworu przycięcia końcówki segmentu (1, 2), a krawędzie otworu żebra (3) ukosuje się na szerokość zapewniającą grubość wewnętrznej spoiny (5) co najmniej 0,5 (g), którą wykonuje się jako spoinę typu ¹Z> V, natomiast zewnętrzną spoinę (4) kolana wykonuje się jako spoinę pachwinową.

12. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że skośne przycięcie segmentów (1, 2) wykonywanych z rur ze szwem dokonuje się w płaszczyźnie, w której szew rury usytuowany jest na małej osi elipsy otworu eliptycznego uzyskiwanego przekroju przycięcia rury.