Współczynniki koncentracji naprężenia SIF dla kołnierzy

utworzone przez | 14.11.2023 | Z ŻYCIA RZECZOZNAWCY I PROJEKTANTA

Współczynniki SIF dotyczą każdego elementu innego niż rura w tym także kołnierzy. Charakterystyka zmęczeniowa różnych typów kołnierzy stalowych poddawanych powtarzającym się odkształceniom zginającym została zwrócona na uwagę w badaniach przeprowadzonych w temperaturze atmosferycznej przez Markla (Markl A.R.C. Fatigue tests of piping components. Washington : ASME, 1952.). Używając maszyny do badań zmęczeniowych o stałym przemieszczeniu, na rurze o standardowej masie i średnicy DN 100 (4’) i grubości […]

Współczynniki SIF dotyczą każdego elementu innego niż rura w tym także kołnierzy. Charakterystyka zmęczeniowa różnych typów kołnierzy stalowych poddawanych powtarzającym się odkształceniom zginającym została zwrócona na uwagę w badaniach przeprowadzonych w temperaturze atmosferycznej przez Markla (Markl A.R.C. Fatigue tests of piping components. Washington : ASME, 1952.).
Używając maszyny do badań zmęczeniowych o stałym przemieszczeniu, na rurze o standardowej masie i średnicy DN 100 (4’) i grubości ścianki 0,080 cala z kołnierzami RF o wytrzymałości 300 funtów, uszkodzenie zmęczeniowe występowało prawie zawsze w trzech właściwych rurach w sąsiedztwie mocowania kołnierza, gdzie występuje wyraźna zmiana konturu. Uszkodzenie nie występowało natomiast w kołnierzu lub śrubach. Przeprowadzono kilka testów przy ciśnieniu wewnętrznym 600 psi/4.14 MPa. W testach tych wycieki zaobserwowano na długo przed awarią jedynie w przypadku połączeń gwintowych. Nie zaobserwowano wycieku uszczelki, gdy śruby dokręcono wstępnie ciśnieniem 40 ksi / 275 MPa, chociaż stwierdzono je po dokręceniu zaledwie 20 ksi / 137 MPa. Wykresy N-S wszystkich badanych typów kołnierzy przedstawiono za pomocą linii prostych na wykresie log-log, które były równoległe względem siebie oraz z liniami uzyskanymi dla prostych stycznych lub rur spawanych doczołowo. Umożliwiło to przypisanie pojedynczych współczynników SIF do każdego z różnych typów badanych kołnierzy. Wyniki te zestawiono w tabeli 3.4. Widoczna wyższość kołnierza szyjkowego jest zgodna z doświadczeniem serwisowym w zakresie przydatności do zastosowań krytycznych.

Stosunkowo słabe działanie kołnierza złącza zakładkowego było dość zaskakujące, ponieważ tego typu kołnierze mają dość dobre wyniki użytkowe. Zastosowana grubość części zakładkowej była taka sama jak grubość ścianki rury. Słabe wyniki przypisano niewystarczającej wytrzymałości wywinięcia, które przenosi duże momenty zginające. W takim wypadku zakładka kołysze się w przód i w tył na uszczelce. Ogólnie rzecz biorąc, czynniki intensyfikujące naprężenie rosną wraz z zwiększająca (czasem gwałtownie) się zmianą przekroju poprzecznego kołnierza na połączeniu rurowym. Kołnierz szyjkowy do spawania swoim płynnym przejściem nie wykazuje zauważalnej tendencji do zwiększania naprężeń. Kołnierze gwintowany ze względu na koncentrację naprężeń występujących w gwintach, mają współczynnik intensyfikacji około 2,30.
Nie badano wpływu spoiny uszczelniającej obejmującej wszystkie odsłonięte gwinty, stosowanej w niektórych instalacjach. Należy również pamiętać, że w przypadku pracy w podwyższonej temperaturze rozkład obciążenia detali kołnierzy obejmujących podwójne spoiny byłby mniej korzystny, a dodatkowe naprężenia termiczne wynikałyby z różnic temperatur pomiędzy rurą a kołnierzem.
W przypadku zastosowań, w których występuje pełzanie lub poważne efekty cykliczne, należy zwrócić większą uwagę na redukcję naprężeń. Promień spoiny pachwinowej oraz wszystkie zmiany przekroju powinien być znaczne. Należy unikać bardzo ostrych zadziorów. Śruby dwustronne z gwintem ciągłym lub z częścią niegwintowaną obrobioną do średnicy nasady należy stosować zamiast śrub z łbem, które charakteryzują się ostrymi zaokrągleniami pod łbami. Aby uzyskać zadowalającą wytrzymałość, zginanie śrub powinno być również ograniczone do minimum.

Sprawdź te powiązane posty