XXXV KONFERENCJA NAUKOWA Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN i Komitetu Nauki PZITB Wrocław Krynica

Transkrypt

1 i r-wi.. a e t.rcu. XXXV KONFRNCJA NAUKOWA Kmitetu Inżynierii Lądwej i Wdnej PAN i Kmitetu Nauki PZITB Wrcław Krynica Leszek CHODOR. Zbigniew KOWAL. Alfred KRZYSTJl.NK Plitechnika Świętkrzyska. Kielce WPŁYW SPIĘTRZNIA NAPRĘeŃ NA POSTĘP KOROZJI I PĘKANI STALOWGO PŁASZCZA KOMINóW PRZMYSŁOWYCH 1. Wprwadzenie W wielu pracach m.in. 2 d 5 } pkazan isttny wpływ kncentracji naprężeń. efektu skali wymiarwej. jakści bróbki pwierzchni elementów. a także agresywnści krzyjnej śrdwiska na szybkść rzprzestrzeniania się mikrpęknięć raz na wytrzymałść zmęczeniwą stali. Wranglen [lj (1985) mawia mechanizm krzyjneg pękania naprężeniweg. bserwwany w stpach metali przy jednczesnym działaniu statycznych naprężeń rzci~gających raz krzji lkalnej. Z~7aca też uwagę. że interpretacja zja- 'ska krzji naprężeniwej przy przejśclu prcesów z przewagą czynników krzyjnych d mechanicznych jest zwykle niejednznaczna. Kgajew i in. [2J zamieszczają. pkazany na rys. l. wykres współprzewagi czyrm i k Rys. 1 ryjnych próbek w zależnści d sta- czynnika k zmniejszająceg wytrzymałść zmęczeniwą gładkich iabrat- tvcz nei wytrzymałści stali R. Wykres WSpÓłczynnika k Ą~znaczn ~ badaniach na zginanie ze skręcaniem przeprwadznych w wdzie słdkiej (kr zvwe 1) i mrskiej (krzywa n. przy częsttliwści skręceń próbki br/min i bazie 10 7 cykli. Współczynnik zmniejszający k wyznaczn Jak stsunek ~1 l zmęczeniwe j wytrzymał sci krzy jne j R",m.l< bserwwanej w ś krzyjnym d w)...trz;nnałści zmęczeniwej Ił 'N n ::rr. e eę r e s v... --łr,ym ;J~ sku

2 18 Wpływ krzji na zmniejszenie wytrzymałści zmęczeniwej zwiększa się wraz ze wzrstem statycznej wytrzymałści R. stali. Wykres współczynnika k wskazuje. że w przypadku zmęczenia stali w śrdwisku krzyjnym dbór stali pdwyższnej wytrzymałści nie przynsi efektu. W pracy (3) zaprpnwan. aby efektywny współczynnik kncentracji naprężeń K w śrdwisku krzyjnym przyjmwać według frmuły: K- KO'+ l/k -1. (2) gdzie KO' jest knwencjnalnym efektywnym współczynnikiem kncentracji naprężeń. natmiast k kreślne jest frmułą (1). Haagensen (4).na pdstawie badań próbek ze stali węglwej. pdaje że prędkść rzprzestrzeniania się pęknięć w wdzie jest 10 razy większa niż prpagacji pęknięć na pwietrzu. 20 2S 30 3S 40 ~6'[MP{Rl - Rys.2 Peris (51. na pdstawie badania mimśrdw rzciąganych próbek grubści 6.35 mm ze stali stpwej. pdaje że prędkść prpagacjl pęknięć w wdzie zależy d różnicy współczynników intensywnści naprężeń w bszarach pęknięć ~ raz częstści bciążenia f. Zależnść pkazan na rys.2. Prędkść 4J vd znacznie zwiększa się przy zmniejszaniu f raz ~. W niniejszej,pracy przedstawin badania pstępu krzji blach płaszczy kminów stalowych w miejscach kncentracji naprężeń. sprzężneg z pękaniem blach. Badania grubści blach przeprwadzn na dwóch kminach. eksplatwanych w typwym dla teg typu knstrukcji agresywnym śrdwisku prduktów spalania ddziałującym na nie zabezpieczną antykrzyjnie wewnętrzną pwierzchnię płaszcza. 2. Opis badanych biektów Kmin w Jędrzejwie (6] (rys.3a) wyskści 41m psiada zmienną średnicę zewnętrzrią wynszącą 2.25m przy,ckle fundamentu i 1.45 m na wyskści powyżej 14m. Trzn kmina 1wzmcnin cięgnwą knstrukcją sprężającą d pzimu 4 m d pz'imu 29 m. Wzmcnienie. załżne w rku 1974 p pęknięciu kmina na, skutek działania wirów Bernada-Karmana. wyknan z czterech prętów krągłych ~ płącznych z trznem 1za pmcą wsprników;2 znajdujących się na pięciu pzimach. Spsób wzmcnienia był przyczyną uszkdzenia płaszcza kmina (rys.4) 1987 rku. Uszkdzenie plegał na pęknięciu kłnierza 1 przy najwyższym wsprniku ;2 raz wyrwaniu płaszcza kmina 1na długści k.40 cm.

3 al hl 19 v 5 CI) >. r. u.ḍ.: O> g, :;~ Ē " CI) >. s: u :is~ O> c [mm) O g 'fł c-, r. u 15...: O> c ~ ] 52 ~ 15 u z lś ~ c 5 rm g mj O Rys.3 A,,-1 S4 y S3 S1 Rys.4 pęknięta pier Kmin w Biłgraju (rys.3hl, wyknany na pdstawie typweg prjektu pracwaneg przez COBPBP "BISTYP" w Warszawie, ma wyskść 60 m średnicę 1.7 m. Kmin zaprjektwany zstał w pstaci samdzielneg przewdu cylindryczneg pdparteg na pzimie 26.50m trójngiem blachwnicwym zbudwanym'ze słupów 2 przekrju dwutewym i pierścienia Q przekrju skrzynkwym. Prjektwana nminalna grubść blach płaszcza kmina miała wynsić 10 mm d pzimu m d pzimu m raz 8 mm w pzstałych segmentach.faktycznie wyknan płaszcz grubści 10 mm d pdstawy d pzimu 30 m.

4 20 3. Pmiary intensywnści krzji płaszcza analiza wyników Pmiary grubści blach płaszcza kmina w Jędrzejwie wyknan w a kniina w Biłgraju w 1989 rku. Zastswan metdę nieniszczącą przy użyciu cyfrweg grubścimierza ultradźwiękweg UNIPAN 545 Le z sndą pmiarwą 4LDF10 dkładnści ± 0.1 mm. Pmiary znacznie zagęszczn w klicy uszkdzenia płaszcza kmina w Jędrzejwie (rys. 4) raz w miejscach pdparcia przez trójngi kmina w Biłgraju (rys.6) Kmin w Jędrzejwie Na rys. 3a pkazan rzkład grubści blach płaszcza wzdłuż wyskści kmina w Jędrzejwie. Mżna zabserwwać zmniejszenie grubści blach w miejscu zamcwania najwyższeg wsprnika ~ prętów sprężających kmin. Na rys. 5 pkazan w rzwinięciu pmierzne grubści blach lkalnie skrdwaneg płaszcza kmina. Pmiary przeprwadzn na trzech pzimach w miejscu zamcwania wsprnika prętów sprężających. Z pmiarów grubści blach i rzmieszczenia żeber. d których przymcwane zstały wsprniki cięgien wzmacniających kmin wynika ścisła krelacja między intensywnścią krzji blachy a lkulnym spiętrzeniem naprężeń rzciągających. Spiętrzenie naprężeń spwdwane zstał naciągiem P prętów sprężających. przekazywanym na płaszcz pprzez pręt wsprnika. Siła P w cięgnach wywłana jest wstępnym statycznym naciągiem cięgien. a także zginaniem trznu na skutek zmienneg bciążenia wiatrem. - 6 a 4./ <,... r-,./ ~ v 2 ---f-"" <,./ <, 'ś0 6r-.-~.-.--r ~r-r-~.--r-r-.-.-.r-r-.-.-'-'-~ g 4~~~~~-k~~~~==~ł--+-~~=F=ł~~--r-~±=+-~~ b ~ 2h4~-+~4-~+-~-+~~~+-t--ri~7f=r4-~~ :~ O~~--L-LJ-~L-~~-L-L~~L-~~~-L~~~ a c b, 6~~~~~~~~Jk+:~~~~~~~~~ 4~ 2hĄ~~~~-4~~~~~~~~~~~~~~~~~~ O~~--L-LJ-~L-~~-L-L~J--L-LJ~~-L~~~ b c 53 S l-. i t--- Rys f III t

5 21 Isttne znaczenie ma tutaj t. że na statyczne sprężenie Pk pręta nakładały się ciągłe drgania. pdłużne cięgien wywłane wiatrem raz trznu wywłane silnikami napędzającymi cyklny dpylaczy. Urządzenia dpylające umieszczn na związanym z trznem pmście na wyskści kł 10 m. Drgania te isttnie przyspieszały prces krzyjny dprwa.dzając d pwstania warunków wyskcyk lweg zmęczenia krzyjneg blachy przy jednczesnym działaniu statycznych naprężeń rzciągających. Wzmżną kł 2-krtnie krzję zabserwwan również wkół stareg niezasklepineg twru ~ 10. wywiercneg w płaszczu kmina w celu pmiaru grubści blach Kmin w Biłgraju O 9[mm] Na rys. 3b pkazan rzkład grubści blach płaszcza wzdłuż wyskści kmina w Biłgraju. Mżna zabserwwać zmniejszenie grubści blach w klicy pdparcia kmina przez trójngi. Na rys. 6 P?kazan rzkład grubści blach płaszcza kmina w Biłgraju na wyskści bszaru zamcwania d pierścienia trójngu. Naprężenia rzciągające blachę płaszcza wywłane są tutaj przede Rys.6 wszystkim parciem wiatru mgącym wywływać drgania parametryczne. 4. Uwagi wniski W kminach przemysłwych intensywnść krzji płaszcza zwiększa się znacznie wraz ze wzrstem lkalneg wytężenia. Wpływ bciążeń dynamicznych w becnści karbu nie tylk zmniejsza wytrzymałść stali na zmęczenie lecz również isttnie przyspiesza pstęp krzji w miejscach spiętrzenia naprężeń. Ddatkw pjawiają się efekty ubczne nakładające się na zasadniczy prces uszkdzenia płaszcza kmina w pstaci lkalneg zginania. Dlateg w trakcie ~rjektwania należy unikać rzwiązań knstrukcyjnych wywłujących kncentrację naprężeń. Generalnie przy wyknaniu kminów należy unikać wprwadzania wszelkich kncentratrów naprężeń (niewłaściwie załżne spiny. twory technlgiczne lub penetrujące). Na pds~awie przedstawinych badań szacwan glbalny współczynnik

6 22 ~ - g/gnm intensywnści krzji blachy płaszcza nie bciążnej - spię~ trzeniem naprężeń na: ~-O.86 - dla kmina w Jędrzejwie. 'I\c-O.85 dla kmina w Biłgraju. Natmiast w miejscach spiętrzenia naprężeń współczynnik ten wynsi: 'I\c=O.44- dla kmina w Jędrzejwie. 'I\c-O.72 dla kmina w Biłgraju. Intensywnść krzji w bszarze spiętrzenia naprężeń statycznych płącznych z ciągłymi drganiami pdłużnymi kmina w Jędrzejwie jest więc kł dwa razy większa niż w płaszczu gładkim. Natmiast w bardziej krzystnych warunkach pracy kmina w Biłgraju intensywnść krzji w miejscu spiętrzen.ia naprężeń jest kł 20% większa niż w płaszczu g1adkim. Badania grubści blach płaszcza kminów istniejących pwinny być wyknywane metdami nieniszczącymi bez wyknywania twrów penetrujących i zagęszczane w miejscach przewidywaneg spiętrzenia naprężeń. Duża intensywnść krzji stalwych kminów przemysłwych w iniejscach lkalnie silnie wytężnychspwci.wana jest wzajemnie sprzężnym wpływem: spiętrzenia naprężeń. ich zmianą w czasie. lkalneg zginania i warunków ciepln-wilgtnściwych. L ITRAruRA 1.Wranglen G. An lntrd~ctin t Crrsin and Prtectin l HetaLs, WNT. WarSzawa 1985 (tłum. plskie) 2.l<raeB B.n., MXyrB H.A., rycehkb A.n.., PaC'łeTW.Il.eTaneR MaIDHH H KOH- CTPYKUHR Ha np04hcth H.Il.OnrOBe4HOCTh,MOCKBa, MaIDHHcTpReHHRe, KraeB B.n., PaC4eTW Ha np04hocth nph Hanp~zeHH~X nepewehhwx BO BpeMeHH, MOCKBa, MeTannyprH~, Fracture 1977, 4, Int. Cnf. n Fracture Waterl. Canada. Vl.1 t Stress AnaLysis and Grwth l Crac~. ASTM STP. fr Testing and Materials Chlewicki K.. Chdr L.. Kwal Z.. Malec cylindryczneg kmina stalweg przed reznansem i Budwnictw, 2/ American Sciety M.. Zabezpieczenie wiatrwym. Inżynieria INFLUNC OF STRSS SWLLING ON CORROSION PROGRSS AND CRACK OF STL COVR OF TH INDUSTRIAL CHIMNYS Sl.UIlIDary This paper presents.the results f an investigatin f the influence f stress cncentratin n the crrsin f steel sheets f the chimney ever. Tests were made n twa chimneys functlning in a typical crrsive envirnment. It 15 shwn that crrsin intensity in tensile stress cancentratians, particurly in the presence f changeable lad, in time can be several times higher than that in the re.aining areas f the chimney cver. It is plnted ut that sta t re ar dynamie stress cncent rat t n areas were already lntrdueed in desi~ning these chimney. Canclusian and dcsiqn Qidelines are prvided.