Koks saugos koeficientas (2,0 ir 3,0) yra tinkamas skaičiuojant hidraulinės valdymo sistemos titano šildytuvo sprogimo slėgį?

Kai hidrotechnikos inžinierius suprojektuoja titano šildytuvą aukšto slėgio hidraulinei valdymo sistemoms, pvz., orlaivių pavaroms, povandeninei įrangai ar sunkiosioms mašinoms, apskaičiuojant sprogimo slėgį turi būti įtrauktas saugos koeficientas (SF), kad būtų atsižvelgta į medžiagų, gamybos defektų ir eksploatavimo sąlygų pokyčius. Plonasienio titano vamzdžio plyšimo slėgis (P burst) apskaičiuojamas pagal P sprogimo=SF(2σ ult t/D), kur σ ult yra didžiausias tempiamasis stipris (2 laipsnis: 345 MPa), t yra sienelės storis, o D yra išorinis skersmuo. Reguliariai tikrinamų ne-kritinių sistemų atveju, pasirinkus SF=2.0, trūkimo slėgis yra du kartus didesnis už didžiausią darbinį slėgį. Saugumui svarbioms sistemoms arba sistemoms su vibracija, slėgio šuoliais ar korozinėmis sąlygomis būtinas trigubas buferis. Pasirinkus SF=3.0 tai įmanoma. Tinkama SF priklauso nuo gedimo pasekmių ir darbo aplinkos.

Titano slėgio komponentų saugos faktorių pasirinkimas
Plyšimo slėgio saugos faktorius apima šešis veiksnius, neįtrauktus į paprastą lanko įtempio skaičiavimą: 1) vamzdžio sienelės storio kitimas (paprastai +/- 5-10 % vardinio), 2) ovalumas (iš -apvalumo sumažina trūkimo slėgį 10-25 %), 3) paviršiaus defektai sumažėja {0 %, 0 %). 4) temperatūros sumažėjimas (stiprumas sumažėja 10-20 % esant 100 laipsnių, palyginti su kambario temperatūra), 5) nuovargis (ciklinis slėgis sumažina tarnavimo laiką) ir 6) atsparumas korozijai (sienos plonėjimas laikui bėgant). Kai saugos koeficientas yra 2,0 (normalus nekritinėms hidraulinėms sistemoms), manote, kad šie kintamieji yra gerai reguliuojami ir sistema yra reguliariai tikrinama. Saugos koeficientas 3,0 (kaip įprasta slėginiams indams pagal ASME VIII skyrių) reiškia, kad visų veiksnių derinys yra blogiausias ir nėra galimybės patikrinti.

SF=2.0 ir SF=3.0 sprogimo slėgio kiekybinis įprastų dydžių vamzdžių skaičius
Vamzdis OD (mm)|Sienelės storis (mm)|Maksimalus darbinis slėgis (bar) esant SF=2.0|Maksimalus darbinis slėgis (bar) esant SF=3.0 |Rekomenduojamas pritaikymas 12.7 1.0 108 72 Žemas slėgis, ne-kritinis 12.7 1.5 163 108 Vidutinis slėgis
16.0 1.5 130 86 Bendroji hidraulika 16.0 2.0 173 115 Didesnis slėgis 20.0 1.5 104 69 Vidutinis slėgis, didesnis srautas
20.0 2.0 138 92 Bendrasis pramoninis 20.0 2.5 173 115 Aukšto-slėgio hidraulinis 25.4 2.0 109 73 Povandeninis vidutinis slėgis
25.4 2.5 136 91 Gilus povandeninis vanduo, SF=3.0 25.4 3.0 163 109 Povandeninis vanduo, SF=3.0 būtinas
Vadovas, kaip pasirinkti saugos faktorių pagal scenarijų
Taikymas ir gedimo pasekmėsTipinis darbinis slėgis (bar) Rekomenduojamas SF motyvas
Orlaivio hidraulinės linijos šildytuvas (svarbu užtikrinti) 210-350 3.0-4.0 Gedimas praranda kontrolę. Turi turėti aukštą SF.
Povandeninio valdymo sistema (1500 m gylis, 150 barų išorinis) 200 (vidinis) 3,0 Išorinis slėgis gali sukelti kolapsą. 3.0 minimalus API 17E SF=
Pramoninis hidraulinis presas (ne{0}}kritinis) 150-250 2.0 Periodinė patikra. Gedimas sukelia prastovą, o ne pavojų saugai.
Žemės ūkio įrangos hidraulinis šildytuvas 100-200 2.0 Vidutinės pasekmės. SF=2.0 kriterijai.
Mobilioji technika (ekskavatorius, krautuvas) 200-300 2.5 Vibracijos ir smūgio apkrovoms reikia tarpinių SF .
Bandymo stendo šildytuvas (pertraukiamas, prižiūrimas) Iki 400 2.0 Prižiūrimas nedelsiant išjungiamas, jei aptinkamas nuotėkis.
Jūros vandens hidraulinė sistema (ėsdinanti) 100-150 3.0 Reikalinga korozija. SF=3.0 atsirado dėl sienų retėjimo.
High-cycle hydraulic system (>1 mln. ciklų per metus) Bet kokia 3.0+ nuovargio analizė SF=3.0 netinka sunkiems ciklams. Reikalingas S-N kreivės nuovargio skaičiavimas.
Inžineriniai veiksniai, didinantys reikalaujamą saugos koeficientą
Padidinkite saugos koeficientą iki 3,0 arba daugiau, jei yra bet kuri iš toliau nurodytų situacijų. Suvirintas vamzdis (rekomenduojamas hidrauliniam aptarnavimui) sumažina trūkimo slėgį suvirinimo siūlėje 20-40%. Dėl titano stiprumo sumažėjimo 10-20% virš 80C darbinės temperatūros, SF turėtų būti koreguojama atsižvelgiant į temperatūros mažinimo koeficientą. Slėgio ciklas (daugiau nei 10 000 ciklų per metus) reikalauja nuovargio analizės. SF=3.0 gali nepakakti. Korozinėje aplinkoje (jūros vanduo, rūgštys) sienelė laikui bėgant plonėja ir SF turi atsižvelgti į numatomą pablogėjimą. Skaičiuojant dinaminį sprogimą, reikia atsižvelgti į papildomus įtempius, atsirandančius dėl vibracijos ir mechaninio smūgio. Bet kokiam šių parametrų deriniui rekomenduojama atlikti projekto peržiūrą su visa baigtinių elementų analize (FEA) ir nuovargio trukmės prognoze, o ne pasikliauti vien saugos koeficientu.

Išvada: SF{0}} saugai-kritinė, SF=2.0 hidraulinei paslaugai, ne-kritinė
Saugos koeficientas 2,0 idealiai tinka ne-kritinėms reikmėms, kai šildytuvo gedimas sukeltų tik prastovos laiką, o hidraulinė valdymo sistema yra reguliariai stebima, pvz., titano šildytuvo sprogimo slėgis hidraulinėje valdymo sistemoje. Saugos koeficientas 3,0, būtinas saugai -kritinėmis sąlygomis (orlaivis, povandeninis laivas, aukštas{7}slėgis) arba korozinėms sąlygoms, vibracijai ar slėgio ciklui. Yra didelis darbinio slėgio skirtumas tarp SF=2.0 ir SF=3.0. Pavyzdžiui, 20 mm x 2,0 mm skersmens titano vamzdis gali būti naudojamas esant 138 barų slėgiui su SF=2.0, bet tik esant 92 barams su SF=3.0, skirtumas yra 33%. Nurodant titano šildytuvą bet kokiam hidrauliniam naudojimui, tiekėjui turėtų būti nurodytas maksimalus darbinis slėgis, darbinė temperatūra, ciklinis veikimas ir gedimo pasekmės, kad būtų galima pasirinkti tinkamą saugos koeficientą ir nurodyti tinkamą sienelės storį, kad atitiktų saugos ir eksploatacinius reikalavimus.