RU1805263C

RU1805263C - Биметаллический сильфонный компенсатор

Info

Publication number: RU1805263C
Application number: SU894757171A
Authority: RU
Inventors: Виктор Георгиевич Хейфец; Александр Альбертович Марков; Роберт Георгиевич Хейфец
Original assignee: Днепропетровский государственный университет им.300-летия воссоединения Украины с Россией
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1989-08-30
Publication date: 1993-03-30

Abstract

Использование: трубопроводна техника , в частности производство, тру б, используемых дл компенсации температурных изменений длины трубопроводов. Сущность изобретени : компенсатор в виде трубы 3 с гофром выполнен из биметалла, в котором наружный слой 1 имеет больший коэффициент теплового расширени , что обеспечивает увеличение его компенсирующей способности без повышени внутренних напр жений в материале компенсатора при его нагреве. 2 ил.

Description

Фи. 1

Изобретение относитс к области металлургии и может быть использовано при производстве труб дл газопроводов и трубопроводов специального назначени .

Целью изобретени вл етс повышение надежности сильфонного компенсатора при увеличенной компенсирующей способности .

Соотношение толщин слоев биметалла определ етс из услови текучести матери ала слоев таким образом, чтобы материал компенсатора работал в области упругих обратных деформаций:

-

hi «2 +

hi +h2

Е At Оо,2,

Длина L меридиана среднего сло биметаллического сильфонного компенсатора контура, очерченного по средине суммарной толщины стенки, определена эмпириче5 ски исход из максимальной дл всех существующих видов технологий гор чего деформировани труб 30%-ной деформации:

10L 2 -О.ЗР,

где R - радиус труб компенсируемого участка трубопровода.

Угол раскрыти р торовой части биме- 15 таллического сильфонного компенсатора определен из уравнени

где hi и h2 - толщины .наружного и внутреннего слоев биметалла, а и ai - КТР наружного и внутреннего слоев биметалла, At- перепад начальной и конечной температур, Е - модуль упругости материала сло биметалла с наибольшим значением, OQ,Z- предел текучести материала сло биметалла с большим значением модул упругости.

Эксперименатальные исследовани биметаллических сильфонных компенсаторов показали резкое снижение способности компенсаторов к аномальной деформации при значительном уменьшении отношени hi/h2. Металлографический и рентгено- структурный анализ металла компенсаторов с малым отношением hi/h2 после температурных испытаний вы вил пластическую деформацию в тонких сло х, особенно вблизи переходной зоны биметалла. Очевидно, что необратима деформаци тонкого сло под воздействием температурных деформаций толстого сло снижает эффект аномальной температурной деформации.

Напр жени , возникающие в наружном , активном слое биметаллического сильфонного компенсатора при хорошо описываетс эмпирически выведенной зависимостью (1).

Конкретный пример выбора hi и h2 показан в табл. 1 дл п ары слоев малоуглеродиста сталь - нержавеюща сталь исход из приведенного неравенства, а также из условий прочности трубопроводов в реальных услови х.

Эксперимент по изготовлению биметаллических сильфонных компенсаторов с толстым наружным слоем (hi h2) из-за специфики деформировани наружного сло с большим КТР показал значительные остаточные напр жени на контактном слое и возможность расслоени .

,

20

1с

0,

где с - аномальное осевое смещение сво-: бодных концов компенсатора друг относительно друга, установлено исход из следующей зависимости:

2L ч ,ut)h4+(u«i4il)h, iftiCf T- с«ч - sin-----------------5т---у,

1ч a(h,+hl.(tfti4) г )

3k,-uzUt4E1Ezh,ht-tO et1bt)hi4-(«-odjAt)b, L

fclfr

a-pE.EziMhjph iCEX-Eih)

35

40

где Ei и Е2 - модуль упругости наружного и внутреннего слоев биметаллического сильфонного компенсатора.

Величины с и Доопредел ютс максимальной эффективностью компенсатора, показателем которой вл етс угол р.

Количество гофров п на единицу длины трубопровода определено из формулы

a-At

5

0

5

где К - коэффициент защемлени трубы в грунте (1 К 10), а- КТР материала труб компенсируемого участка трубопровода. А

Численные значени коэффициента К , расчеты труб, уложенных в земле, и конкретные примеры количества компенсаторов п приведены в табл. 2.

Конструкци предлагаемой биметаллической трубы-компенсатора показана на фиг. 1, где 1 - металлический слой с КТР «1,2- металлический слой с КТР as («1 02), 3 - пр молинейный участок трубы .

Предлагаема конструкци работает следующим образом. Изменение температуры трубопровода вызывает изменение геометрических размеров компенсатора,

причем наружный слой 1, имеющий больший КТР, чем внутренний слой 2, деформируетс активнее, что приводит, благодар диффузионному соединению слоев 1 и 2, к аномальному осевому смещению краев 4. св занных с пр молинейными участками трубопровода 3. Таким образом, обычное тепловое изменение длины участка трубопровода компенсируетс аномальным тепловым осевым смещением краев 4 биметаллического сильфонного компенсатора .

Деформаци биметаллического гофра при изменении температуры оценивалась тензометрически при помощи системы СИ- ИТ-2 + ЭВМ и тензорезисторов КФ5. Экспериментальныеисследовани проводились в диапазоне температур (-8)- (-t-98)°C с использованием вакуумного термошкафа LABOR-402, Окончательные результаты оценивались путем замера рассто ни между свободными концами гофра.

Сравнение экспериментальных и расчетных данных тепловой деформации одного гофра биметаллического сильфонного компенсатора приведено в табл, 3.

На фиг. 2 показан биметаллический сильфонный компенсатор с гофрами, количество которых зависит от прот женности компенсируемого участка.

. Использование биметаллического сильфонного компенсатора с аномальными свойствами позволит, прежде всего, предотвратить разрушени за счет снижени на- пр жений в трубах. Кроме того, предлагаемый сильфонный компенсатор вл етс еще и ловушкой дл трещин посредством многократного изменени траектории трещины. Изобретение может быть использовано также в качестве гасител

вибраций в трубопроводах.

Claims

Применение предлагаемого биметаллического сильфонного компенсатора позволит нейтрализовать одну из основных причин катастрофических разрушений трубопроводов - температурные напр жени . Формула изобретени Биметаллический сильфонный компенсатор , содержащий гибкий компенсирующий элемент с тороидальными гофрами, о тпинающийс тем, что гибкий компенсирующий элемент выполнен из биметалла, причем слой биметалла, расположенный на наружной поверхности гибкого элемента, имеет большой коэффициент теплового расширени , а соотношение толщин слоев биметалла определ етс из зависимости

25

hi ai + ha а hi +h2

Е At оь,2 ,

0

5

где hi и ha - толщины наружного и внутреннего слоев биметалла соответственно;

ai и Ой- коэффициенты теплового расширени наружного и внутреннего слоев биметалла соответственно;

At- перепад начальной и конечной температур гибкого элемента;

Е - модуль упругости материала сло биметалла с наибольшим значением;

о&,2 предел текучести материала сло биметалла с большим значением модул упругости .

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Фиг. 2