УЗЕЛ ШТУЦЕР-КОРПУС СОСУДА ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области нефтехимического аппаратостроения, а именно к изготовлению узла штуцер-корпус цилиндрических сосудов давления.
Присоединение трубной арматуры к аппаратам, резервуарам и т.д., а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких и газообразных продуктов производится с помощью штуцеров или вводных труб.
Анализ аварий или незапланированных отказов аппаратов показал, что до 50% отказов происходит по причине разрушений или повреждений в узлах типа штуцер-корпус. Одной из основных причин этого является сложное напряженно-деформированное состояние таких соединений с наличием конструктивных и технологических концентраторов напряжений. В значительной степени это связано с технологией изготовления таких узлов, а также такой особенностью конструкции, как невозможность отказа от применения угловых сварных швов.
Известен и широко применяется узел «штуцер-корпус», в котором штуцер приваривается с внешней стороны к корпусу аппарата [ГОСТ Р 52630-2006]. Недостатком такой конструкции является низкая эксплуатационная прочность.
При повышенных нагрузках на корпус аппарата в целом и на узлы приварки штуцеров в частности для повышения эксплуатационной прочности и надежности конструкции узлы штуцер-корпус выполняют с укреплением.
В качестве прототипа принят узел штуцер-корпус с укрепляющим кольцом [ГОСТ Р 52857.3-2007], состоящий из штуцера, соосно на котором расположен плотно прилегающий к корпусу кольцевой элемент, сваренный с каждым из них угловыми кольцевыми сварными швами. Данный  узел обладает следующими значительными недостатками: во-первых, сложностью изготовления в целом и получением кольцевого элемента с требуемым радиусом кривизны в частности; во-вторых, сложным напряженно-деформированным состоянием металла узла, что выражается в значительном снижении его циклической прочности при наличии дефектов производства («пор», «непроваров», «подрезов» в сварных швах и т.д.) и отклонений от требований технологического процесса производства; в-третьих невозможностью применения неразрушающих методов контроля, что существенно снижает вероятность обнаружения дефектов на этапе производства конструкции, в-четвертых сложностью проведения ремонтных работ по замене штуцера следствии сложности демонтажа/монтажа укрепляющего кольца.
Технической задачей полезной модели является снижение трудоемкости изготовления, монтажа, ремонта и диагностики узла штуцер-корпус сосуда давления. Помимо этого, предлагаемая конструкция по причине меньшего количества сварных швов обладает более благоприятным распределением полей остаточных сварочных напряжений и деформаций, что положительно влияет на геометрическую стабильность сварной конструкции.
Техническая задача достигается тем, что в узле штуцер-корпус, включающем в себя штуцер, приваренный к корпусу аппарата и укрепляющие элементы, согласно полезной модели секторные укрепляющие элементы расположены вокруг укрепляемого отверстия и установлены на шпильки, приваренные к корпусу аппарата, на конца шпилек имеется резьба для фиксации секторных укрепляющих элементов гайкой, при этом между корпусом аппарата и секторным укрепляющим элементом находится прокладка из неметаллического конструкционного материала.
Количество секторных укрепляющих элементов определяется исходя из технологичности конструкции. Количество и способ приварки шпилек определяется исходя из условия статической и динамической прочности узла.
Узел поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен главный вид узла, на фиг.2 его поперечное сечение. К корпусу 1 приварен штуцер 2. Секторные укрепляющие элементы 3 расположены вокруг укрепляемого отверстия, устанавливаются на шпильки 4, приваренные к корпусу аппарата 1, на концах шпилек 4 имеется резьба, гайки 5 фиксируют секторные укрепляющие элементы 3. Прокладка 6 из неметаллического конструкционного материала располагается между укрепляющими элементами 3 и корпусом 1.
Таким образом, данный узел по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества: при изготовлении узла снижается число сварочных работ - так как отсутствует необходимость приварки укрепляющего элемента 3 по наружному и внутреннему диаметру к корпусу 1; так как укрепляющий элемент 3 состоит из секторов, прикрепляемых к корпусу 1 при помощи разъемных соединений шпилек 4 и гаек 5, значительно упрощается процесс диагностики узла - при снятии секторов появляется возможность использования ультразвуковых методов контроля сварного соединения штуцер-корпус, что является невозможным при приварном укрепляющем элементе, так же снижается трудоемкость ремонта узла по причине отсутствия необходимости срезать и повторно приваривать укрепляющий элемент. При этом данный узел вследствие меньшего количества сварных швов, а так же наличия прокладки 6 из неметаллического конструкционного материала, обеспечивающей равномерность распределения усилий от эксплуатационных нагрузок по сечению укрепляющих элементов 3, имеет более равномерные поля распределения эксплуатационных и остаточных напряжений.