Долговечность возрастает

Из полученных результатов численного счета (рис. 9.5) следует, что для реальных трубопроводов, имеющих большую изгибную жесткость, неустойчивые параметрические колебания возможны (с учетом сил вязкого сопротивления) при сравнительно больших амплитудных значениях w\0 периодических составляющих потока; в рассмотренном примере они возможны при размерных значениях амплитуд, больших 150 см/с, т. е. практически при значениях, близких к постоянной составляющей скорости потока Wop. Наибольшую опасность представляют вынужденные параметрические колебания, которые приводят к накоплению усталостных повреждений и тем самым снижают долговечность трубопроводов.

Из анализа приведенных данных следует, что трубопровод в процессе эксплуатации подвергается переменной нагрузке низкой частоты. Количество пусков и остановок (количество циклов), определяющее долговечность трубопроводов, составляет порядка 4-Ю3—1,4-10* за срок службы трубопровода (20 лет). Поэтому при рассмотрении вопросов прочности трубопровода следует исходить из того, что он подвергается не статической нагрузке, а повторно-статической малоцикловой нагрузке.

Ввиду этого фактическая долговечность трубопроводов является случайной величиной и оценить ее можно лишь на основе определения предела усталости трубопроводов и соединений.

Специальные испытания показали, что долговечность трубопроводов при постоянной пульсации зависит от степени овальности поперечного сечения. С увеличением овальности долговечность резко уменьшается, а с уменьшением — увеличивается.

Точками со стрелками помечены трубопроводы, не разрушившиеся в процессе испытаний. Значительное влияние на долговечность трубопроводов оказывает состояние наружной и внутренней поверхностей трубопроводов.

Испытания показали, что трубопроводы с шероховатостью внутренней поверхности 10—12 мк в условиях пульсирующего давления выдерживали не более 2,5- 105 циклов нагружения, а трубопроводы с шероховатостью 15—18 мк в 2,5 раза меньше [16]; при этом существенное влияние на долговечность трубопроводов оказывает характер самой шероховатости. Более заостренные впадины в большей мере способствуют образованию усталостных трещин.

Фундаментальные и прикладные исследования, проводимые в последние десятилетия в области физико-химической механики материалов, убедительно показывают, что надежность и долговечность трубопроводов в реальных условиях эксплуатации определяются не только качеством металла, но и спецификой самопроизвольных механоэлектрохимических процессов, которые возникают за счет формирования на их поверхности гетерогенности механических и электрохимических свойств металла при одновременном воздействии агрессивных сред различной степени активности и механических напряжений. Такое сочетание внешних факторов может значительно ускорить механохимические разрушения трубопроводов, долговечность которых в этом случае определяется механохимической стойкостью металла. В наибольшей степени разрушениям такого рода предрасположены участки поверхности труб, имеющие конструктивные элементы в виде концентраторов напряжений, среди которых, в первую

Решению указанных проблем посвящено большое количество опубликованных работ. Здесь необходимо отметить большие достижения современных научных школ профессоров В.Л. Березина, О.И. Стеклова, А.Г. Гумерова, Н.А. Махутова, E.ML Морозова и др. Однако, большинство известных работ посвящено решению первой проблеме-оценке несущей способности конструктивных элементов трубопроводов с различными дефектами и, в частности, с коррозионными повреждениями. Имеющиеся в литературе данные по второй проблеме в основном касаются вопросов влияния различных дефектов на малоцикловую долговечность трубопроводов. Значительно меньше опубликованных работ по расчетному определению долговечности трубопроводов с коррозионными повреждениями, вызывающими локализованную механохимическую повреждаемость. Рекомендуемые аналитические зависимости [53] для расчетов долговечности элементов в условиях механохимической повреждаемости даются без соответствующих выводов и обоснований и охватывают частные задачи, касающиеся сосудов давления. При этом большинство из них носит сложный характер, и для практического их использования требуется специаиьная научно-практическая подготовка. Необходимо также

Процесс гидравлических испытаний, по существу, сводится к выявлению различного рода дефектов, не обнаруженных при нераз-рушающем контроле и заводских гидравлических испытаниях. Чем меньше размеры дефектов в теле труб, тем выше должны быть прочность и долговечность трубопроводов.

28. Зайнуллин Р.С. Влияние параметров режима гидравлических испытаний на прочность и долговечность трубопроводов. В кн.: Обеспечение надежности магистральных нефтепроводов в условиях эксплуатации. - ВНИИСПТнефть. 1986. -С. 32-39.

Долговечность трубопроводов газового комплекса во многом зависит от того, насколько своевременно введена электрохимическая защита. Интенсивность отказов из-за коррозии на трубопроводах с катодной защитой составляет 0,08 отказа на 1000 км в год. На долговечность и безотказность труб влияют разнообразные случайные факторы. Некоторые из них проявляются постоянно, другие же обусловлены причинами, повторение которых маловероятно или вообще исключено. Например, в связи с прекращением поставок импортного оборудования (по политическим мотивам) в свое время было чрезмерно форсировано производство труб на отечественных заводах, что привело к резкому ухудшению их качества. Поэтому не удивительно, что срок жизни трубопроводов колеблется в широких пределах. Если один из первых построенных в б. СССР газопроводов Дашава—Киев, после 40 лет эксплуатации находился в работоспособном состоянии, то некоторые газопроводы, построенные в последующие годы, уже полностью вышли из строя.

Влияние вмятин, задиров, забоин на долговечность трубопроводов оценивали по результатам испытаний цилиндрических панелей, вырезанных из труб 820 х 9 мм стали 17Г2СФ. Цикл нагружения пульсирующий Ртах = 7,0 МПа, частота нагружения 3-6 циклов в минуту.

Результаты испытаний показывают, что разрушающие окружные напряжения аераз. примерно пропорционально снижаются с увеличением относительной глубины острого надреза h/S. В таблице 1.4 даны результаты циклических испытаний. Видно, что с увеличением испытательного напряжения или то же, что и снижение критической глубины надреза hKp/S, долговечность возрастает. Однако, сосуды с такими же дефектами без предварительных статических испытаний имеют гораздо большую (примерно в 2,5 раза) долговечность, чем сосуды после гидравлических испытаний. Это объясняется тем, что в вершине критических дефектов происходит полное исчерпание деформационной способности, а также некоторое увеличение их глубины. При этом, коэффициент снижения долговечности Р = N/N0 ~ 0,4 - для низкоуглеродистых сталей. Для низколегированных сталей (3 достигает до 0,2.

С уменьшением атах долговечность возрастает. Горизонтальный участок на кривой усталости, т. е. ошах не вызывающее разрушения при бесконечно большом числе циклов N, соответствует пределу выносливости а„ (рис. 48, кривая /).

Влияние частоты нагружения зависит от уровня приложенных циклических напряжений. На долговечность частота оказывает большее влияние, чем на предел выносливости, причем влияние тем больше, чем выше уровень напряженности [24]. Увеличение частоты переменных напряжений от 500 до 6000 цикл/мин вызывает повышение предела выносливости на 5—10%. В области циклических перегрузок, значительно превышающих предел выносливости, при увеличении частоты нагружения от нескольких десятков до 2—3 тыс. цикл/ /мин долговечность возрастает в несколько раз [108].

упрочняющее действие малых промежуточных пиков увеличивается, при этом долговечность возрастает по сравнению с долго-

Бесконтактные считывающие устройства обладают существенными преимуществами. Во-первых, они обеспечивают высокую скорость считывания. Если контактное считывающее устройство СУ-1 Рязанского завода счетно-аналитических машин считывает до 10 строк в секунду, то фотоэлектрическое бесконтактное ФСУ-1 того же завода — 120 строк в секунду. Во-вторых, бесконтактные устройства не повреждают ленту и ее долговечность возрастает.

Условия нагружения конструкции. В лабораторных условиях при определении а,- применяют переменные изгибающие напряжения симметричного цикла. График усталости для данного вида нагружения показан на рис. 3.31. Если деталь нагружена переменными напряжениями, величина которых omax = oi и omin = o_i, то долговечность такой детали составит один миллион циклов (106). При более низком симметричном напряжении аг долговечность возрастает до трех миллионов циклов (3-Ю6). И, наконец, при некотором переменном напряжении (аг) эта деталь выдержит как угодно много циклов.

С уменьшением атах долговечность возрастает. Горизонтальный участок на кривой усталости, т. е. аюах, не вызывающее разрушения при бесконечном большом числе циклов N, соответствует пределу выносливости oR (рис. 73, кривая 1).

Чтобы предотвратить межзеренное растрескивание отливок со стержнями в процессе кристаллизации, в сплавы, предназначенные для изготовления изделий со столбчатым зерном, обычно добавляют Hf. В его присутствии меняется химический состав и морфология карбидных выделений. Когда содержание Hf превышает 1 %, выделения Hf С образуются в дополнение к смешанным карбидам МС, присутствующим в большинстве высокопрочных литейных суперсплавов. Тугоплавкие выделения HfC, по-видимому, образуются в расплаве, в отличие от смешанных карбидов МС, возникающих в жидко-твердой грибовидной зоне. Следовательно, частицы HfC равноосны и практически лишены атомов других металлов. Фаза смешанных карбидов содержит Hf совместно с Ti, Та, Nb или W в зависимости от того, какие элементы, образующие карбиды типа МС, присутствуют в сплаве. Будучи образованным в грибовидной зоне, смешанный карбид МС более склонен к приобретению дендритной формы, равноосная форма для него менее характерна, чем для карбида HfC, так как морфология карбида зависит прежде всего от теплового градиента в пределах грибовидной зоны и становится более дендритной, а частица — более крупной по мере того, как уменьшается тепловой градиент. Усталостная долговечность возрастает с уменьшением размера дефектов, поэтому предпочтительными являются более мелкие равноосные карбидные частицы и кристаллизация в условиях высокого теплового градиента.

лом прочности и пластичностью) в условиях однонаправленного растяжения представлено в виде сравнения данных по различным суперсплавам на рис. 10.5. Все эти сплавы разработаны для изготовления газотурбинных дисков. В режимах, при которых в амплитуде полной деформации Де, доминирует упругая компонента, долговечность сплавов, грубо говоря, возрастает с ростом предела прочности при однонаправленном растяжении. Когда в амплитуде деформации доминирует неупругая компонента (Де,-л), долговечность возрастает с ростом пластичности при однонаправленном растяжении. Но в обоих случаях это лишь грубая корреляция; поведение в условиях усталости по многим причинам не является простым отражением поведения при однонаправленном растяжении. Последнее гораздо менее чувствительно к дефектам материала и не отражает механизмов, характеризуемых временной зависимостью повреждения и присущих циклическому нагружению при высоких температурах.

С уменьшением атах долговечность возрастает. Горизонтальный участок на кривой усталости, т. е. атах не вызывающее разрушения при бесконечно большом числе циклов _д/7 соответствует пределу выносливости стй (рис. 48, кривая /).

Деформация при химико-термической обработке обусловлена как структурными превращениями, вызывающими изменение объема, так и тепловыми напряжениями, в результате образования которых возникают изменения формы изделия. Этот дефект имеет особое значение для зубчатых колес, у которых рабочая поверхность зубьев после химико-термической обработки не подвергается механической обработке и все искажения формы и размеров сохраняются в готовых деталях. В результате ухудшается контакт при зацеплении, снижается долговечность, возрастает шум при работе легковых автомобилей. Объемные изменения прямо пропорциональны содержанию углерода в стали. Данные, приведенные ниже, показывают резкое возрастание деформации при увеличении закаливаемости и прокаливаемости стали 25ХГМ (балл зерна 7—8), что характеризуется возрастанием твердости после закалки.