Особливості конструкції і надійність зварних комбінованих балонів високого тиску

Abstract

Розглянуто питання особливостей конструкції, забезпечення надійності та технології зварювання комбінованих балонів малої, середньої і великої місткості для газифікації автотранспорту та транспортування газу морським і сухопутним шляхом. Незалежно від ємкості і габаритів усі ці балони експлуатуються в умовах циклічних навантажень високим (до 20МПа) тиском і призначені для накопичення, зберігання та транспортування природного газу. Показано, що для виготовлення металевих корпусів вказаних балонів доцільно застосовувати високоміцні сталі з показниками міцності і пластичності σв=1000-1300МПа і δ=12-16%. При такому співвідношенні міцності і відносного подовження металу корпусу забезпечується оптимальне поєднання статичної міцності і циклічної довговічності балонів. Для спрощення і здешевлення технологічного циклу виготовлення балонів, а також для забезпечення необхідної якості зварних з’єднань металевих корпусів необхідно застосовувати технології зварювання, які забезпечують зменшення тепловкладення у зварні з’єднання і керування структурою їх металу. До таких технологій відносяться процеси зварювання в захисних газах з активуючими флюсами. Показано, що посилення циліндричної частини зварного металевого корпусу композитною оболонкою у співвідношенні до його товщини 1:1 в 2 рази підвищує статичну міцність балону і в 4 рази – його циклічну довговічність. При цьому забезпечується коефіцієнт запасу міцності на рівні 2,6 і циклічна довговічність 18000 циклів, що свідчить про високу надійність зварних комбінованих балонів.

The paper deals with design features, reliability maintenance and technologies of welding the composite cylinders of small, medium and large capacity for the installation of gas service to vehicles and for offshore and onshore gas transportation. Regardless of the capacity and size these cylinders are operated under the circumstances of repeated stresses by high pressure (up to 20 MPa) and are designed for accumulating, storing and transporting natural gas. It is proven that creating appropriate metal casings of cylinders requires the use of high-strength steel with the strength index of σv = 1000-1300MPa and ductility index of δ = 12-16%. This ratio of strength and specific elongation of the casing metal provides best configuration of static strength and cylinders cyclic life. To simplify and reduce the costs of the technology cycle of constructing cylinders as well as to ensure a certain quality of weld joints of metal casings it is necessary to apply welding technologies that produce less heat input to the weld joints and architectural control of their metal. These technologies include the processes of gasshielded welding with activating fluxes. This article states that the reinforcing of the cylindrical part of the welded metal casing with the composite shell at the ratio of 1:1 to its thickness increases the static strength of the cylinder by 2 times and its cyclic life by 4 times. This provides the safety factor of 2.6 and the cyclic life of 18,000 cycles that provide the high reliability of welded composite cylinders.