چه فاکتور ایمنی (2.0 در مقابل 3.0) هنگام محاسبه فشار ترکیدگی یک هیتر تیتانیومی برای یک سیستم کنترل هیدرولیک مناسب است؟

هنگامی که یک مهندس هیدرولیک بخاری تیتانیومی را برای یک سیستم کنترل هیدرولیک با فشار{{0} بالا طراحی می‌کند، مانند آنچه در محرک‌های هواپیما، تجهیزات زیر دریا یا ماشین‌آلات سنگین است، محاسبه فشار ترکیدگی باید شامل یک ضریب ایمنی (SF) باشد تا تغییرات در مواد، نقص‌های ساخت و شرایط خدمات را در نظر بگیرد. فشار ترکیدگی (P burst) یک لوله نازک-دیواره‌ای تیتانیومی توسط P burst=SF(2σ ult t/D) داده می‌شود، که σ ult مقاومت کششی نهایی است (درجه 2: 345 MPa)، t ضخامت دیواره و D قطر بیرونی است. برای سیستم‌های غیر بحرانی که به‌طور منظم بازرسی می‌شوند، انتخاب SF=2.0 فشار انفجاری را به شما می‌دهد که دو برابر حداکثر فشار کاری است. برای ایمنی{11}}سیستم‌ها یا سیستم‌های حیاتی با ارتعاش، نوک فشار یا شرایط خورنده، بافر سه‌گانه ضروری است. انتخاب SF{13}} این اجازه را می‌دهد. SF مناسب به عواقب خرابی و محیط عملیاتی متکی است.

انتخاب فاکتورهای ایمنی برای قطعات فشار تیتانیوم
ضریب ایمنی برای فشار ترکیدگی شامل شش عامل است که در محاسبه تنش حلقه ساده گنجانده نشده است: 1) تغییر ضخامت دیواره لوله (معمولاً +/- 5-10٪ از اسمی)، 2) بیضی بودن (-از-گردی فشار ترکیدگی را به میزان 10-25٪ کاهش می‌دهد، ایرادات موضعی (3) کاهش سطح استحکام 20-50%)، 4) کاهش دما (استحکام 10-20٪ در 100 درجه نسبت به دمای اتاق کاهش می‌یابد)، 5) خستگی (فشار چرخه‌ای باعث کاهش عمر می‌شود) و 6) کمک هزینه خوردگی (نازک شدن دیوار در طول زمان). با ضریب ایمنی 2.0 (معمولی برای سیستم های هیدرولیک غیر بحرانی) شما فرض می کنید که این متغیرها به خوبی تنظیم شده اند و سیستم به طور معمول بازرسی می شود. ضریب ایمنی 3.0 (همانطور که برای مخازن تحت فشار در بخش VIII ASME مرسوم است) بدترین حالت را ترکیبی از همه عوامل و عدم دسترسی برای بازرسی فرض می کند.

SF=2.0 در مقابل SF=3.0 کمیت فشار ترکیدگی برای اندازه‌های لوله معمولی
لوله OD (mm)|ضخامت دیوار (میلی متر)|حداکثر فشار عملیاتی (نوار) ​​در SF=2.0|حداکثر فشار عملیاتی (بار) در SF=3.0 |کاربرد توصیه شده 12.7 1.0 108 72 فشار کم، غیر بحرانی 12.7 1.5 163 108 فشار متوسط
16.0 1.5 130 86 هیدرولیک عمومی 16.0 2.0 173 115 فشار بیشتر 20.0 1.5 104 69 فشار متوسط، جریان بیشتر
20.0 2.0 138 92 صنعتی عمومی 20.0 2.5 173 115 هیدرولیک فشار بالا- فشار متوسط ​​زیر دریا
25.4 2.5 136 91 زیردریایی عمیق، SF=3.0 25.4 3.0 163 109 زیر دریا، SF=3.0 ضروری است
راهنمای انتخاب ضریب ایمنی بر اساس سناریو
کاربرد و پیامدهای شکست فشار کاری معمولی (بار) استدلال SF توصیه شده
بخاری خط هیدرولیک هواپیما (ایمنی بسیار مهم) 210-350 3.0-4.0 خرابی باعث از دست دادن کنترل می شود. باید SF بالا داشته باشد.
سیستم کنترل زیر دریا (1500 متر عمق، 150 بار خارجی) 200 (داخلی) 3.0 فشار خارجی ممکن است باعث فروپاشی شود. 3.0 حداقل API 17E SF=
پرس هیدرولیک صنعتی (غیر{0}}بحرانی) 150-250 2.0 بازرسی دوره ای. شکست منجر به خرابی می شود، نه خطر ایمنی.
بخاری هیدرولیک تجهیزات کشاورزی 100-200 2.0 پیامد متوسط. معیارهای SF=2.0.
ماشین آلات متحرک (بیل مکانیکی، لودر) 200-300 2.5 بارهای ارتعاشی و ضربه ای نیاز به SF متوسط ​​دارند.
بخاری پایه آزمایشی (منقطع، تحت نظارت) تا 400 2.0 در صورت شناسایی نشتی، خاموش شدن فوری تحت نظارت.
سیستم هیدرولیک آب دریا (خورنده) 100-150 3.0 میزان خوردگی مورد نیاز است. SF=3.0 به دلیل نازک شدن دیوار بود.
High-cycle hydraulic system (>1 میلیون چرخه در سال) هر 3.0+ تجزیه و تحلیل خستگی SF=3.0 برای چرخه های سنگین خوب نیست. محاسبه خستگی منحنی S{4}}N مورد نیاز است.
عوامل مهندسی افزایش ضریب ایمنی مورد نیاز
در صورت وجود هر یک از شرایط زیر، ضریب ایمنی را به 3.0 یا بیشتر افزایش دهید. لوله جوشی (توصیه شده برای سرویس هیدرولیک) فشار ترکیدگی را 20-40٪ در درز جوش کاهش می دهد. با توجه به کاهش استحکام تیتانیوم به میزان 10-20 درصد بالای دمای 80 درجه سانتیگراد، SF باید بر اساس ضریب کاهش دما تنظیم شود. چرخه فشار (بیش از 10000 سیکل در سال) نیاز به تجزیه و تحلیل خستگی دارد. ممکن است SF{10}} کافی نباشد. در محیط خورنده (آب دریا، اسیدها)، دیوار با گذشت زمان نازک می شود و SF باید خرابی مورد انتظار را در نظر بگیرد. محاسبات انفجار دینامیکی باید تنش های اضافی ناشی از ارتعاش و شوک مکانیکی را در نظر بگیرد. برای هر ترکیبی از این پارامترها، یک بازنگری طراحی با تجزیه و تحلیل کامل اجزای محدود (FEA) و پیش‌بینی عمر خستگی به جای تکیه بر عامل ایمنی به تنهایی توصیه می‌شود.

نتیجه‌گیری: SF=3.0 برای ایمنی- بحرانی، SF=2.0 برای خدمات هیدرولیک غیر بحرانی-
ضریب ایمنی 2.0 برای کاربردهای غیر بحرانی که در آن خرابی بخاری صرفاً به زمان خاموشی منجر می شود و سیستم کنترل هیدرولیک به طور معمول نظارت می شود ایده آل است، به عنوان مثال فشار ترکیدگی یک هیتر تیتانیوم در یک سیستم کنترل هیدرولیک. ضریب ایمنی 3.0 برای ایمنی-شرایط بحرانی (هواپیما، زیردریایی،-فشار بالا) یا خورنده، لرزش یا چرخه فشار ضروری است. بین SF=2.0 و SF=3.0. اختلاف زیادی در فشار کاری وجود دارد، برای مثال، یک لوله تیتانیومی با قطر 20 میلی‌متر در 2.0 میلی‌متر را می‌توان در 138 بار با SF=2.0 کار کرد، اما فقط در فشار 92 بار با SF=3.0، یک تفاوت 33 درصدی. هنگام تعیین یک هیتر تیتانیوم برای هر کاربرد هیدرولیکی، حداکثر فشار عملیاتی، دمای کارکرد، وظیفه چرخه ای و عواقب خرابی باید در اختیار تامین کننده قرار گیرد تا امکان انتخاب ضریب ایمنی صحیح و تعیین ضخامت دیواره صحیح برای برآورده کردن الزامات ایمنی و عملکرد فراهم شود.