Оценка вероятности безотказной работы энергетической арматуры при наличии трещиноподобных дефектов

Аннотация: Автором проведена оценка вероятности безотказной работы энергетической арматуры, в частности, клиновой задвижки при наличии трещиноподобных дефектов. Дефект представлен на самой большой детали клиновой задвижки – корпусе. Для оценки влияния размера и вида трещиноподобного дефекта на работоспособность арматуры использован вероятностно-статистический метод расчета.
Ключевые слова: вероятность безотказной работы, энергетическая арматура, клиновая задвижка, трещиноподобный дефект, статистический метод расчета, максимальное напряжение.

В данной статье приведен расчет вероятности безотказной работы (ВБР) трубопроводной арматуры для энергетического применения, в частности – клиновой задвижки. В механизм клиновой задвижки входит корпус и крышку, которые создают полость с рабочей средой, внутри которой передвигается регулирующий элемент [1].

Для расчета нагрузки будем использовать корпус с входными величинами, согласно общим техническим требованиям для трубопроводной арматуры [3]:
– Проходной диаметр DN=100 мм;
– Рабочее давление P=2.5 МПа;
– Рабочая температура t=250 С°;
– Материал - сталь 20 КП 195 [2].

Расчет выполнен с использованием программного обеспечения SolidWorks Simulation. В качестве рассматривавшийся детали арматуры была взята наиболее крупная деталь – корпус. Материал корпуса представлен, в виде упругой изотропной модели. По итогам расчета была получена эпюра интенсивности напряжений на внутренней поверхности патрубка, максимальное значение интенсивности напряжений приходится на сварное соединение патрубка задвижки с трубопроводом, и составляет 85 МПа.

При оценке ВБР при наличии дефектов использован вероятностно-статистический метод расчета [4-6]. Данный метод позволяет определить вероятность безотказной работы в зависимости от размера дефекта в зоне возникновения максимальных напряжений, а также в зависимости от вида трещины: сквозной, полуэллиптической или краевой. Результаты оценки ВБР представлены на рисунке 3. Рисунок 3 – График зависимости ВБР от длины трещины 1 – краевая; 2 – сквозная; 3 – полуэллиптическая

Вывод: при помощи вероятностно-статистического подхода [4-6] выполнена оценка ВБР корпуса трубопроводной арматуры низкого давления при возникновении трещин различной формы и длины в зоне максимальных напряжений. Наиболее опасный видом дефектов для клиновой задвижки является полуэллиптическая трещина. Полученные данные возможно использовать при оценке работоспособности арматуры, используемой на важных трубопроводных системах, отказы в которых являются недопустимыми.

Список литературы

1. ГОСТ Р 52720-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения. М.:
Стандартинформ, 2007 – 16 c.
2. СТ ЦКБА 010. Арматура трубопроводная. Поковки, штамповки и заготовки из проката. Технические требования. НПФ“ЦКБА”2011–54 с.
3. НП-068-05. Трубопроводная арматура для атомных станций. Общие технические требования. Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии. Трубопроводная арматура для атомных станций. Общие технические требования. М.: ГУП
НИЦ ВНИИАЭС, 2005 – 525 с.
4. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Исследование влияния технологических дефектов на прочность защитного каркаса кабины колесного трелевочного трактора //Лесной вестник/Forestry bulletin. – 2010. – No. 1.
5. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Оценка вероятности безотказной работы элементов конструкций с трещиноподобными дефектами //Ученые записки Петрозаводского государственного университета. – 2009. – No. 9. – С. 85-87.
6. Скобцов И. Г. Оценка вероятности безотказной работы системы ROPS лесозаготовительных машин c позиций механики разрушения //Ученые записки Петрозаводского государственного университета. – 2015. – No. 4 (149)

Н. А. Любавский