Погодин В.К. (д.т.н.), Трутаев С.Ю. (к.т.н), Михайлов А.Д.

ОАО «ИркутскНИИхиммаш», г. Иркутск, Россия

Инновационные подходы к проектированию новых типов разъемных соединений

V.K. Pogodin (A. P.), S.Y. Trutaev (Ph. D), A.D. Mikhailov

JSC “IrkutskNIIhimmash”, Irkutsk, Russia

Innovative approaches to design the new types of detachable connections

В настоящее время на объектах Российского химического и нефтегазового комплекса одним из наиболее распространенных типов разъемных соединений трубопроводов высокого давления является фланцевое соединение. Известно, что использование фланцевых соединений очень материалоёмко и сопряжено с рядом проблем при их сборке и разборке во время ремонтов. В частности одной из таких проблем является невозможность свободного размещения на фланцах сопрягаемых трубопроводов гайковертов. Перспективным решением данного вопроса является замена фланцевых соединений на бугельные [1].

Бугельные соединения отличает простота сборки, небольшая материалоемкость (по сравнению с фланцевым соединением материалоемкость бугельного соединения меньше в 4-8 раз), а также хорошая работоспособность при действии вибрационных и ударных нагрузок.

В международной практике применяются бугельные соединения с диаметрами уплотнений 25…600 мм, при рабочих давлениях 1,6…250 МПа и при температурах от –250 до +900 °С.

Для широкого применения на объектах химической и нефтегазовой промышленности указанных технических решений требуется подготовка соответствующей нормативной базы, создание различных типоразмеров бугельных соединений. Последнее реализуется путем проведения комплекса расчетно-экспериментальных исследований в области анализа чувствительности, оптимизации формы сопрягаемых деталей, исследования напряженно-деформированного состояния зон контактного взаимодействия и т.д.

Для исследования и оптимизации элементов бугельных разъемных соединений, в т.ч. для решения контактной задачи был использован специализированный комплекс COMPASS (COMPuter – aided Analysis and Synthesis for bearing Structures) [2-4], позволяющий выполнять анализ объемного напряженно-деформированного состояния объектов любой сложности.

При формировании расчетных схем использовались изопараметрические объемные конечные элементы в виде параллелепипедов с линейной и квадратичной аппроксимацией границ (рис. 1).

Рис.1

В общем случае исследование напряженно-деформированного состояния бугельного соединения включало в себя:

- определение напряженно-деформированного состояния бугельного соединения под действием расчетных нагрузок;

- определение значений суммарных эквивалентных напряжений от совокупности нагрузок, действующих при расчетных режимах эксплуатации бугельного соединения. Эквивалентные напряжения вычисляются по энергетической теории прочности;

- определение мест концентрации эквивалентных напряжений и их максимальных значений;

- выводы о прочности бугельного соединения по результатам сравнения максимальных эквивалентных напряжений с допускаемыми напряжениями;

- оптимизация конструкции отдельных элементов соединений.

Для моделирования контактного взаимодействия между элементами бугельного соединения выполнялось несколько итераций расчета на статическое действие внутреннего давления. При этом на каждой последующей итерации расчета осуществлялось изменение граничных условий в местах предположительного нарушения контакта элементов соединения.

Проведенные исследования позволили оптимизировать конструкцию элементов бугельного соединения, повысить технологичность их изготовления и в конечном итоге наладить производственную линию различных типоразмеров изделия.

В настоящее время бугельные соединения производства ОАО «ИркутскНИИхиммаш» успешно используются на многих промышленных предприятиях в самых различных условиях эксплуатации. Среди них можно отметить ОАО «Ангарская нефтехимическая компания», ООО «Востокнефтепровод» и ряд других предприятий России и ближнего зарубежья.

Литература:

1. Погодин В.К. Разъемные соединения и герметизация в оборудовании высокого давления/ Под. редакцией А.М. Кузнецова. Иркутск: Изд. ОГУП «Иркутская областная типография №1», 2001. 406 с.

2. Безделев В.В. Применение системы COMPASS в расчетах и оптимальном проектировании конструкций, подверженных статическим и динамическим воздействиям //XVI Международная конференция «Мат. моделирование в механике деформируемых тел. Методы граничных и конечных элементов», 23-26 июня 1998 г., Санкт-Петербург: Тез. докл. – СПб, 1998. – Т.1. – с. 74-75.

3. Безделев В.В., Буклемишев А.В., Лукьянов А.А. Компьютерная система COMPASS для расчета и оптимизации пространственных конструкций. Учет особенностей задач ОПК в архитектуре системы// Проблемы оптимального проектирования сооружений: Сб. докладов II Всероссийского семинара – Новосибирск: НГАСУ., 1998. – с. 29-37.

4. Безделев В.В., Буклемишев А.В. Программная система COMPASS. Руководство пользователя. – Иркутск: Изд-во Ирк. гос. техн. ун-та., 2000. – 120 с.