Hvaða öryggisstuðull (2.0 á móti 3.0) er viðeigandi við útreikning á sprengiþrýstingi títanhitara fyrir vökvastjórnunarkerfi?

Þegar vökvaverkfræðingur hannar títanhitara fyrir háþrýstivökvastýrikerfi, eins og í flugvélavirkjunum, neðansjávarbúnaði eða þungum vélum, verður útreikningur á sprengiþrýstingi að innihalda öryggisstuðul (SF) til að taka tillit til breytileika í efni, framleiðslugöllum og þjónustuskilyrðum. Sprungaþrýstingur ( P sprunga ) þunnrar -veggaðs títanrörs er gefinn upp með P sprunga=SF(2σ ult t/D), þar sem σ ult er endanlegur togstyrkur (Gráður 2: 345 MPa), t er veggþykkt og D er ytra þvermál. Fyrir ó-mikilvæg kerfi sem eru skoðuð reglulega, með því að velja SF=2.0 gefur þú sprengiþrýsting sem er tvöfaldur hámarks rekstrarþrýstingur. Fyrir -öryggismikilvæg kerfi eða kerfi með titringi, þrýstiloka eða ætandi aðstæður er þríþættur biðminni nauðsynlegur. Að velja SF=3.0 leyfir þetta. Hentugur SF byggir á afleiðingum bilunar og rekstrarumhverfi.

Val á öryggisþáttum fyrir títan þrýstihluta
Öryggisstuðullinn fyrir sprunguþrýsting inniheldur sex þætti sem ekki eru teknir með í einfalda útreikningi á álagsálagi: 1) breytileiki í rörveggþykkt (venjulega +/- 5-10% af nafngildi), 2) sporöskjulaga (utan-af-hringleika dregur úr sprunguþrýstingi um 10-25%), (3) yfirborðsgalla minnkar staðbundna styrkleika. 20-50%). Með öryggisstuðlinum 2,0 (eðlilegt fyrir vökvakerfi sem ekki eru mikilvæg) gerir þú ráð fyrir að þessar breytur séu vel stjórnaðar og að kerfið sé skoðað reglulega. Öryggisstuðull upp á 3,0 (eins og tíðkast fyrir þrýstihylki samkvæmt ASME kafla VIII) gerir ráð fyrir verstu tilfellum samsetningum allra þátta og engan aðgang til skoðunar.

SF=2.0 á móti SF=3.0 Sprungaþrýstingsmæling fyrir venjulegar rörstærðir
Rúpu OD (mm)|Veggþykkt (mm)|Hámarksrekstrarþrýstingur (bar) við SF=2.0|Hámarksrekstrarþrýstingur (bar) við SF=3.0 |Mælt með notkun 12.7 1.0 108 72 Lágur þrýstingur, ekki-mikill 12.7 1.5 163 108 Miðlungsþrýstingur
16.0 1.5 130 86 Almennt vökvakerfi 16.0 2.0 173 115 Hærri þrýstingur 20.0 1.5 104 69 Meðalþrýstingur, meira flæði
20.0 2.0 138 92 Almennt iðnaðar 20.0 2.5 173 115 Hár-vökvaþrýstingur 25.4 2.0 109 73 meðallagsþrýstingur neðansjávar
25.4 2.5 136 91 Deep subsea, SF=3.0 25.4 3.0 163 109 Subsea, SF=3.0 nauðsynlegt
Leiðbeiningar um að velja öryggisþátt byggt á atburðarás
Notkun og afleiðingar bilunar.Dæmigerður vinnuþrýstingur (bar) Ráðlagður SF rökstuðningur
Vökvalínuhitari flugvéla (öryggi afgerandi) 210-350 3.0-4.0 Bilun veldur því að þú missir stjórn. Verður að hafa hátt SF.
Stýrikerfi neðansjávar (1500 m dýpt, 150 bör ytra) 200 (innra) 3.0 Ytri þrýstingur getur valdið hruni. 3.0 lágmarks API 17E SF=
Iðnaðarvökvapressa (ekki-mikilvæg) 150-250 2.0 Reglubundin skoðun. Bilun leiðir til stöðvunar, ekki öryggishættu.
Vökvahitari í landbúnaði 100-200 2.0 Miðlungs afleiðing. SF=2.0 viðmið.
Færanlegar vélar (gröfu, hleðslutæki) 200-300 2.5 Titrings- og höggálag þarf millistig SF .
Hitari á prófunarstandi (tímabundið, undir eftirliti) Allt að 400 2.0 tafarlaus stöðvun undir eftirliti ef leki uppgötvast.
Sjóvökvakerfi (ætandi) 100-150 3.0 Tæringarheimild þarf. SF=3.0 var vegna veggþynningar.
High-cycle hydraulic system (>1 milljón lotur á ári) Allir 3.0+ þreytugreiningar SF=3.0 ekki góðar fyrir þungar lotur. Þreytuútreikningur á S-N kúrfu krafist.
Verkfræðiþættir auka nauðsynlegur öryggisþáttur
Hækkaðu öryggisstuðulinn í 3,0 eða hærri þar sem einhver af eftirfarandi aðstæðum er fyrir hendi. Soðið rör (mælt með fyrir vökvaþjónustu) dregur úr sprengiþrýstingi um 20-40% við suðusauminn. Vegna lækkunar á títanstyrk um 10-20% yfir 80C vinnuhitastig ætti að stilla SF út frá hitastigslækkunarstuðli. Þrýstihringrás (meira en 10.000 lotur á ári) krefst þreytugreiningar. SF=3.0 gæti ekki verið nóg. Í ætandi umhverfi (sjór, sýrur) þynnist veggurinn með tímanum og SF verður að taka tillit til væntanlegrar rýrnunar. Útreikningar á kraftmiklum sprengingum verða að taka tillit til viðbótarálags vegna titrings og vélræns höggs. Fyrir hvaða samsetningu sem er af þessum breytum er mælt með hönnunarskoðun með fullri endanlegri frumefnagreiningu (FEA) og spá um þreytulíf frekar en að treysta á öryggisstuðlinum einum saman.

Niðurstaða: SF=3.0 fyrir öryggi-mikilvægt, SF=2.0 fyrir vökvaþjónustu ekki-mikilvægt
Öryggisstuðullinn 2,0 er tilvalinn fyrir ekki-mikilvæg forrit þar sem bilun í hitara myndi aðeins leiða til stöðvunartíma og vökvastýrikerfið er reglubundið fylgst með, td sprengiþrýstingi títanhitara í vökvastýrikerfi. Öryggisstuðull 3,0 sem er nauðsynlegur fyrir -öryggi (flugvél, kafbátur, háþrýsting) eða ætandi aðstæður, titring eða þrýstingshring. Það er mikill munur á vinnsluþrýstingi á milli SF=2.0 og SF=3.0. Til dæmis er hægt að keyra títanrör með 20 mm x 2,0 mm þvermál við 138 bör með SF=2.0, en aðeins við 92 bör með SF=3.0, munur er 33%. Þegar títan hitari er tilgreindur fyrir hvaða vökvanotkun sem er, skal hámarks rekstrarþrýstingur, rekstrarhitastig, hringrásarvirkni og afleiðingar bilunar koma til birgis til að leyfa að velja réttan öryggisstuðul og rétta veggþykkt tilgreind til að uppfylla öryggis- og frammistöðukröfur.