КОНСТРУКЦИЯ УЗЛА ТРОЙНИКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к области транспорта нефти и газа, а именно к изготовлению узла тройникового соединения с применением накладных колец для трубопроводов, работающих под давлением.
В качестве прототипа принята конструкция узла тройникового узла врезки с накладным кольцом [ГОСТ 32569-2013], состоящая из трубопровода, патрубка, соосно на котором расположен прилегающий кольцевой элемент, сваренный с каждым из них угловыми кольцевыми сварными швами.
Данная конструкция обладает следующими значительными недостатками: во-первых, большая зона термического влияния в зоне приварки кольцевого элемента к трубопроводу, во-вторых, неблагоприятное напряженно-деформированное состояние, вызванное различными комбинациями нагрузок на трубопровод в поперечном сечении с остаточными сварочными напряжениями.
Технической задачей полезной модели является создание новой конструкции узла тройникового соединения трубопровода с применением накладных колец с достижением следующего технического результата: снижение уровня остаточных напряжений в узле тройникового соединения за уменьшения зоны термического влияния сварных соединений без ущерба прочности узла.
Техническая задача достигается тем, что конструкция узла тройникового соединения трубопровода, включает в себя патрубок, на котором соосно расположен прилегающий кольцевой элемент, сваренный с трубопроводом и патрубком угловыми кольцевыми сварными швами, согласно полезной модели кольцевой элемент представляет собой два накладных кольца разного диаметра, сумма толщин стенок которых равна толщине стенки трубопровода. Накладное кольцо меньшего диаметра приваривается к накладному кольцу большего диаметра, которое в свою очередь приваривается к основной трубе.
При этом диаметры большего и меньшего накладных колец определяют по следующим соотношениям:
б
1
п
D=k⋅D;
м
2
п
D=k⋅D,
б
где D - диаметр большего накладного кольца, мм;
1
k - коэффициент, который характеризует отношение диаметров большего накладного кольца и патрубка;
п
D - диаметр патрубка, мм;
м
D - диаметр меньшего накладного кольца, мм;
2
k - коэффициент, который характеризует отношение диаметров меньшего накладного кольца и патрубка.
Конструкция поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена предлагаемая конструкция узла. На фиг. 2 представлен вид узла «сверху».
К основному трубопроводу 1 приварен патрубок 2, на котором установлены два накладных кольца 3 и 4.
Известно, что диаметр одного кольца при равенстве толщин стенок трубопровода и накладного кольца принимается равным удвоенному значению диаметра патрубка, на который накладное кольцо устанавливается:
где k - коэффициент, который характеризует отношение диаметров одного накладного кольца и патрубка;
1н
D - диаметр одного накладного кольца, мм;
п
D - диаметр патрубка, мм.
Неизвестным остается, какое же будет соотношение диаметров для двух накладных колец по отношению к диаметру патрубка для любой конструкции трубопровода. Однако авторам удалось установить своими исследованиями, что наилучший технический эффект при определении диаметров накладных колец достигается в следующем случае
б
м
D-D = 100 мм.
б
где D - диаметр большего накладного кольца, мм;
м
D - диаметр меньшего накладного кольца, мм.
Для определения коэффициентов, которые будут характеризовать отношения диаметров большего и меньшего накладных колец и патрубка, выразим их значения из равенства площадей одного накладного кольца и двух накладных колец для равенства прочностного эффекта:
где S - толщина стенки трубопровода, мм;
2
F - площадь одиночного накладного кольца, мм;
б
2
F - площадь большего накладного кольца, мм;
м
2
F - площадь меньшего накладного кольца, мм.
Подставим значения формул (3-5) в формулу (2) и получим
После преобразований получим систему с двумя неизвестными
Нормативные размеры диаметров патрубков в системе (6) дали следующие коэффициенты для нахождения диаметров накладных колец
1
где k - коэффициент, который характеризует отношение диаметров большего накладного кольца и патрубка;
2
k - коэффициент, который характеризует отношение диаметров меньшего накладного кольца и патрубка.
Данных коэффициентов достаточно для практического использования на основных типоразмерах патрубков на магистральном трубопроводе.