COSA SONO GLI UGELLI AUTORINFORZATI DEI RECIPIENTI A PRESSIONE?

Quando si fa riferimento agli ugelli auto-rinforzati, si presume generalmente che il rinforzo per resistere ai carichi che influiscono sull'ugello sarà una parte costitutiva dell'ugello. Ciò significa che gli ugelli auto-rinforzati non hanno bisogno di elementi ausiliari (come gli ugelli costruiti) per resistere alle condizioni di progettazione e ai carichi esterni. A livello pratico, gli ugelli auto-rinforzati sono quelli che non hanno alcun tipo aggiuntivo di rinforzo (pad) attaccato e tutte le saldature tra i suoi componenti e tra l'ugello e il recipiente sono di tipo a penetrazione completa. Per questo motivo, questi ugelli potrebbero anche essere definiti integralmente rinforzati. Esistono diverse configurazioni di ugelli auto-rinforzati. Quelli più comunemente utilizzati sono quelli menzionati di seguito: Long Welding Neck (LWN) o mozzo dritto, spessore mozzo variabile e ugelli realizzati utilizzando un tubo di spessore standardizzato.

Intuitivamente, si potrebbe notare che solitamente gli ugelli auto-rinforzati implicano un aumento del costo rispetto a un ugello di tipo non auto-rinforzato. Pertanto, le ragioni che portano il progettista a scegliere un tipo specifico tra tutte le possibilità devono essere ragionate e completamente esaminate.

Tali motivi potrebbero dipendere da vari fattori quali pressione, temperatura, presenza di carichi variabili (fatica), elevati carichi esterni conseguenti al collegamento a una tubazione, ecc. Solitamente i requisiti per l'uso di ugelli auto-rinforzati sono inclusi nelle specifiche di lavoro dei proprietari degli impianti industriali in cui tali ugelli sono in servizio oppure, in alcune occasioni, tali requisiti possono essere indicati nelle specifiche del licenziatario, se applicabili.

Per quanto detto sopra, non è possibile stabilire criteri specifici riguardo a quando utilizzare questo tipo di ugelli per tutti i casi, ma solo alcune linee guida generali che dovrebbero essere utilizzate come primo approccio per considerare in quali scenari gli ugelli auto-rinforzati dovrebbero essere considerati come una soluzione di progettazione. Scenari come quelli in cui le condizioni di progettazione includono i seguenti effetti sono favorevoli alla scelta di ugelli auto-rinforzati: il componente studiato deve resistere a carichi variabili (fatica), ugelli tangenziali o inclinati rispetto al recipiente in cui sono fissati gli ugelli, servizio letale, alta pressione, alte temperature o recipienti a pressione con spessori elevati.

Come già indicato, gli ugelli auto-rinforzati vanno spesso di pari passo con condizioni di servizio severe o critiche. Per questo motivo, è opportuno menzionare che per questo tipo speciale di ugelli i concentratori di stress devono essere eliminati il ​​più possibile.

Per alcuni codici di progettazione, i criteri di progettazione e calcolo per ugelli auto-rinforzati e ugelli costruiti non sono sempre gli stessi. I requisiti sono più conservativi per quest'ultimo caso. Ad esempio, si consideri lo studio di screening della procedura ASME Sezione VIII Divisione 2 per determinare se è richiesta un'analisi della fatica. Se una data apparecchiatura o uno qualsiasi dei suoi componenti è di configurazione integrale, può sopportare un numero maggiore di carichi variabili rispetto a un'apparecchiatura di configurazione non integrale, senza che sia necessario verificarne la resistenza contro i carichi di fatica mediante un calcolo specifico.

Tornando alla questione economica, anche se è del tutto chiaro che gli ugelli auto-rinforzati sono la soluzione ideale per un dato caso, bisogna considerare che alcune configurazioni di ugelli auto-rinforzati sono fabbricate con materiale forgiato. Ciò comporta costi economici elevati, motivo per cui è molto importante ottimizzare la progettazione in modo che il costo non aumenti eccessivamente.

Sotto l'azione della pressione interna, la distribuzione non uniforme dello stress nel cilindro a parete spessa è maggiore sulla parete interna e minore sulla parete esterna. Per migliorare la non uniformità di questa distribuzione dello stress nel cilindro, è possibile eseguire un trattamento di sovrapressione in anticipo prima che il cilindro a parete spessa venga messo in uso e, sotto la pressione di sovraccarico strettamente controllata, la parte dello strato del corpo del cilindro può produrre una deformazione plastica per formare una zona plastica, mentre il materiale esterno è ancora in uno stato elastico.

Dopo che la pressione è mantenuta per un periodo di tempo, la parte dello strato di guscio che ha una deformazione plastica non può essere ripristinata nella posizione iniziale a causa della deformazione residua e il materiale esterno che è ancora nella fase elastica tende a tornare allo stato originale, ma è bloccato dal materiale interno che non può essere ripristinato allo stato originale e non può essere completamente ripristinato. Pertanto, lo stato di precompressione della compressione dello strato interno e della tensione dello strato esterno si forma nella parete del cilindro. Quando il cilindro viene messo in funzione e sottoposto alla pressione di esercizio, la sollecitazione della parete interna causata dalla pressione di esercizio si sovrappone alla sollecitazione precompressa formata dalla pressione interna e dalla tensione esterna, in modo che la sollecitazione della parete interna con il livello alto originale venga ridotta, mentre la sollecitazione della parete esterna con il livello basso originale venga opportunamente aumentata e la distribuzione della sollecitazione lungo lo spessore della parete tenda a essere uniforme, migliorando così la capacità di carico di snervamento del cilindro.

Attraverso il trattamento di sovrapressione controllata, solo lo strato interno cede mentre lo strato esterno rimane elastico e utilizza la propria contrazione elastica per generare presollecitazione, in modo da migliorare la capacità portante del cilindro, fenomeno chiamato auto-rafforzamento del cilindro a pareti spesse.