RU2192326C2

RU2192326C2 - Apparatus for locally squeezing pipeline

Info

Publication number: RU2192326C2
Application number: RU2000116699/02A
Authority: RU
Inventors: И.М. Рафалович; А.Г. Мазепа; М.Ж. Кахадзе
Original assignee: Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш"
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2002-11-10

Abstract

FIELD: power machine engineering, chemical industry branches, namely apparatuses for creating favorable compression stresses in zones of welded seams of pipeline in order to prevent corrosion cracking under stress during exploitation. SUBSTANCE: apparatus uses effect of water density change at its conversion from liquid to solid state. Apparatus is in the form of detachable sleeve, it includes cooling system and working chamber in the form of annular cavity surrounding pipeline. Squeezing is realized by action of static pressure of water filling working chamber at cooling of apparatus. EFFECT: simplified design, lowered energy consumption. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения и химической промышленности, в частности к устройствам для создания благоприятных сжимающих напряжений в зонах сварных швов трубопроводов с целью предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением в процессе эксплуатации. The invention relates to the field of power engineering and the chemical industry, in particular to devices for creating favorable compressive stresses in the zones of pipeline welds in order to prevent stress corrosion cracking during operation.

Известен способ создания сжимающих остаточных напряжений на внутренней поверхности трубопровода в зоне сварного шва, основанный на наложении многослойной наплавки на сварной шов и зону термовлияния (см. В.В. Румянцев. Трубопроводы на АЭС: повышение их надежности и долговечности. Атомная техника за рубежом, 1993, 3, с. 3-8). Эта технология используется на действующих АЭС в США. Недостатком метода является его высокая трудоемкость. A known method of creating compressive residual stresses on the inner surface of the pipeline in the weld zone, based on the application of multilayer surfacing on the weld and the heat affected zone (see VV Rumyantsev. Pipelines at nuclear power plants: increasing their reliability and durability. Nuclear technology abroad, 1993, 3, p. 3-8). This technology is used at existing nuclear power plants in the USA. The disadvantage of this method is its high complexity.

Известен также способ создания благоприятных остаточных напряжений в зоне сварного шва, предусматривающий локальное обжатие трубопровода в непосредственной близости от сварного соединения с помощью устройств, выполненных в виде разъемной втулки со сменными профильными вставками и гидроприводом (см. J. S. Porowski, W.J. O'Donnell, M.L. Badlani and E.J. Hampton. Use of the mechanical stress improvement process to mitigate stress corrosion in BWR piping systems. Nuclear Engineering and Desing. 124 (1990), p. 91-100). Эти устройства являются наиболее близкими к заявляемому устройству и приняты за прототип. Их недостатком являются высокая конструктивная сложность и необходимость использования мощного гидропривода. There is also a method of creating favorable residual stresses in the weld zone, providing for local compression of the pipeline in the immediate vicinity of the welded joint using devices made in the form of a detachable sleeve with interchangeable profile inserts and a hydraulic actuator (see JS Porowski, WJ O'Donnell, ML Badlani and EJ Hampton. Use of the mechanical stress improvement process to mitigate stress corrosion in BWR piping systems. Nuclear Engineering and Desing. 124 (1990), p. 91-100). These devices are closest to the claimed device and are taken as a prototype. Their disadvantage is the high structural complexity and the need to use a powerful hydraulic drive.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и снижение энергозатрат. An object of the invention is to simplify the design and reduce energy consumption.

Устройство для локального обжатия трубопроводов, выполненное в виде разъемной втулки, снабжено охлаждающей системой, а упомянутая втулка имеет встроенный теплообменник и рабочую камеру в виде охватывающей трубопровод кольцевой полости для заполнения водой. The device for local compression of pipelines, made in the form of a detachable sleeve, is equipped with a cooling system, and said sleeve has a built-in heat exchanger and a working chamber in the form of an annular cavity enclosing the pipeline for filling with water.

Возможно конструктивное исполнение устройства, при котором в рабочей камере размещена по меньшей мере одна вставка, позволяющая варьировать объем камеры. Possible design of the device, in which the working chamber is placed at least one insert that allows you to vary the volume of the camera.

Устройство снабжено экстензометрами, расположенными в зоне обжатия, и системой разгерметизации рабочей камеры или (и) системой нагрева. The device is equipped with extensometers located in the compression zone, and a depressurization system of the working chamber or (and) a heating system.

Система разгерметизации рабочей камеры выполнена в виде двух пересекающихся каналов, расположенных в разъемной втулке, подвижного штока и заряда взрывчатого вещества с электродетонатором, размещенных в одном из каналов, при этом рабочая камера соединена с атмосферой другим каналом, перекрытым упомянутым штоком. The depressurization system of the working chamber is made in the form of two intersecting channels located in a detachable sleeve, a movable rod and an explosive charge with an electric detonator located in one of the channels, while the working chamber is connected to the atmosphere by another channel blocked by the said rod.

Система нагрева выполнена в виде токоподводящих шин, закрепленных на разъемной втулке или на обжимаемом участке трубопровода, и источника тока. The heating system is made in the form of busbars mounted on a detachable sleeve or on a compressible section of the pipeline, and a current source.

Принцип действия предложенного устройства основан на использовании эффекта изменения плотности воды при переходе ее из жидкого в твердое агрегатное состояние. Применение воды в качестве рабочей среды для локального обжатия трубопровода позволяет использовать конструктивно простые и неэнергоемкие устройства, в которых отсутствуют подвижные силовые элементы. Обжатие производится за счет гидростатического давления воды, находящейся в замкнутом объеме рабочей камеры. The principle of operation of the proposed device is based on the use of the effect of changing the density of water during its transition from liquid to solid state of aggregation. The use of water as a working medium for local compression of the pipeline allows the use of structurally simple and non-energy-intensive devices in which there are no moving power elements. Compression is carried out due to the hydrostatic pressure of the water located in the closed volume of the working chamber.

Заявленное устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена общая схема устройства для локального обжатия трубопроводов, на фиг. 2 - система разгерметизации рабочей камеры, на фиг. 3 - система нагрева. The claimed device is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general diagram of a device for local compression of pipelines, FIG. 2 - depressurization system of the working chamber, in FIG. 3 - heating system.

Как видно из фиг. 1, устройство выполнено в виде разъемной втулки 1 с рабочей камерой 2, охватывающей по периметру трубопровод 3. Разъемная втулка 1 стягивается монтажными болтами 4. Устройство снабжено низкотемпературной охлаждающей системой, включающей сосуд Дьюара 5, заполненный жидким азотом 6, испаритель 7, подводящие шланги 8 и теплообменник 9, встроенный в разъемную втулку 1. Устройство может содержать сменные вставки 10, размещаемые в рабочей камере 2. Контроль температурного режима осуществляется с помощью термопар 11. В разъемной втулке 1 установлены экстензометры 12. As can be seen from FIG. 1, the device is made in the form of a detachable sleeve 1 with a working chamber 2, covering the pipe 3 around the perimeter. The detachable sleeve 1 is pulled together by mounting bolts 4. The device is equipped with a low-temperature cooling system, including a Dewar vessel 5 filled with liquid nitrogen 6, an evaporator 7, and supply hoses 8 and a heat exchanger 9 integrated in the detachable sleeve 1. The device may include removable inserts 10 placed in the working chamber 2. Temperature conditions are controlled by thermocouples 11. In the detachable sleeve 1 are installed enzometry 12.

На фиг. 2 представлен вариант конструктивного исполнения системы разгерметизации рабочей камеры. В разъемной втулке 1 выполнены два пересекающихся канала 13 и 14. Канал 13 соединяет рабочую камеру 2 с атмосферой и перекрыт подвижным штоком 15, установленным в канале 14. Последний имеет заглушку 16, между которой и штоком 15 размещен заряд взрывчатого вещества 17 с электродетонатором 18 и проводами 19, соединяющими электродетонатор с источником тока 20. In FIG. 2 presents a variant of the design of the depressurization system of the working chamber. In the detachable sleeve 1 two intersecting channels 13 and 14 are made. Channel 13 connects the working chamber 2 to the atmosphere and is blocked by a movable rod 15 installed in channel 14. The latter has a plug 16, between which and the rod 15 there is an explosive charge 17 with an electric detonator 18 and wires 19 connecting the electric detonator with a current source 20.

Вариант конструктивного исполнения системы нагрева показан на фиг. 3. Она выполнена в виде токоподводящих шин 21, закрепленных болтами 22 на разъемной втулке 1 или обжимаемом участке трубопровода 3, и источника тока 20. An embodiment of the heating system is shown in FIG. 3. It is made in the form of current-carrying tires 21, bolted 22 to a split sleeve 1 or a crimped section of the pipeline 3, and a current source 20.

Обжатие трубопровода с помощью предложенного устройства осуществляется следующим образом. The compression of the pipeline using the proposed device is as follows.

Разъемную втулку 1 устанавливают на трубопровод 3 и стягивают монтажными болтами 4. Рабочую камеру 2 заполняют водой. Подсоединяют подводящие шланги 8 охлаждающей системы к теплообменнику 9. Включают испаритель 7 и пропускают пары жидкого азота через теплообменник 9. При охлаждении разъемной втулки 1 вода, находящаяся в рабочей камере 2, превращается в лед. Давление в камере 2 растет, происходит радиальное обжатие трубопровода. The detachable sleeve 1 is installed on the pipeline 3 and tightened with mounting bolts 4. The working chamber 2 is filled with water. Connect the supply hoses 8 of the cooling system to the heat exchanger 9. Turn on the evaporator 7 and pass the vapor of liquid nitrogen through the heat exchanger 9. When cooling the split sleeve 1, the water in the working chamber 2 turns into ice. The pressure in the chamber 2 increases, there is a radial compression of the pipeline.

В зависимости от конструктивного исполнения устройства вода, находящаяся в рабочей камере, полностью или частично превращается в лед. В первом случае используются устройства, в рабочей камере которых размещены вставки, позволяющие варьировать объем камеры, см. фиг. 1. Во втором - устройства, снабженные экстензометрами и системой разгерметизации рабочей камеры или (и) системой нагрева, см. фиг.2 и фиг.3
При обжатии трубопроводов по второму технологическому варианту, предусматривающему частичное превращение воды в лед, процесс контролируется с помощью экстензометров. При достижении заданной деформации производят разгерметизацию рабочей камеры либо нагрев разъемной втулки или обжимаемого участка трубопровода, пропуская через них ток и растапливая лед, и прекращают процесс обжатия.Depending on the design of the device, the water in the working chamber is completely or partially converted into ice. In the first case, devices are used whose inserts are placed in the working chamber, which allow varying the volume of the chamber, see FIG. 1. In the second - devices equipped with extensometers and a depressurization system of the working chamber or (and) a heating system, see figure 2 and figure 3
When compressing pipelines according to the second technological option, which provides for the partial conversion of water into ice, the process is controlled using extensometers. When the desired deformation is reached, the working chamber is depressurized or the detachable sleeve or the crimped section of the pipeline is heated, passing current through them and melting ice, and the compression process is stopped.

Разгерметизация рабочей камеры производится следующим образом, см. фиг. 2. При достижении заданной деформации трубопровода 3 подрывают заряд взрывчатого вещества 17 с помощью электродетонатора 18. Шток 15 перемещается в канале 14, открывая канал 13. Происходит разгерметизация камеры 2, давление в ней падает, процесс обжатия прекращается. The depressurization of the working chamber is as follows, see FIG. 2. When the desired deformation of the pipeline 3 is reached, the charge of the explosive 17 is blown using the electric detonator 18. The rod 15 moves in the channel 14, opening the channel 13. The chamber 2 is depressurized, the pressure in it drops, the compression process stops.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает возможность локального обжатия трубопроводов за счет гидростатического давления воды, находящейся в замкнутом объеме рабочей камеры. Устройство не содержит подвижных силовых элементов, отличается конструктивной простотой и не требует больших энергозатрат при обжатии. Thus, the proposed device provides the possibility of local compression of pipelines due to the hydrostatic pressure of water in a closed volume of the working chamber. The device does not contain movable power elements, is distinguished by structural simplicity and does not require large energy consumption during compression.

Claims

1. A device for local compression of pipelines, made in the form of a detachable sleeve, characterized in that it is equipped with a cooling system, and said sleeve has a built-in heat exchanger and a working chamber in the form of an annular cavity enclosing the pipeline for filling with water.

2. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with at least one insert located in the working chamber.

3. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with extensometers located in the compression zone and a depressurization system of the working chamber and / or a heating system.

4. The device according to p. 3, characterized in that the depressurization system of the working chamber is made in the form of two intersecting channels located in a detachable sleeve, a movable rod and an explosive charge with an electric detonator located in one of the channels, while the working chamber is connected to the atmosphere another channel blocked by said rod.

5. The device according to p. 3, characterized in that the heating system is made in the form of current-carrying buses and a current source fixed on a detachable sleeve or on a crimpable portion of the pipeline.