POLEZEN.RU http://www.mainlink.ru/?partnerid=36093

 

 






Партнерские ссылки












На главную

Оценка надежности аппаратов в условиях поверхностного разрушения технологическими средами

ж. "Химическое и нефтяное машиностроение",1987, №5, с.11-12.

Автор Р.Г.Маннапов

(Изложение с сокращениями)

  

Некоторые виды аппаратов химических производств при эксплуатации подвергаются в основном поверхностному разрушению от коррозионного и эрозионного воздействия тех-нологических сред. Для обеспечения заданной долговечности аппаратов к их расчетным конструктивным размерам (для оболочек - к толщине стенки) задают прибавку или предусматривают защитное покрытие. Величину этой прибавки (толщину покрытия) часто выбирают неоптимальной из-за отсутствия методов расчета надежности аппаратов в условиях их поверхностного разрушения, неизученности его статистических закономерностей. Это приводит либо к преждевременным отказам аппаратов, либо к нерациональному расходу конструкционных материалов.

В настоящей работе приведены результаты вероятностно-статистического анализа поверхностного разрушения аппаратов н образцов конструкционных материалов, на основе которых разработан метод расчета показателей надежности аппаратов, основной причиной выхода из строя которых является их поверхностное разрушение (появление локальных разрушений или недопустимое уменьшение толщины стенок аппаратов).

Автором исследованы закономерности распределения глубины разрушения поверхности образцов и аппаратов в различных коррозионных средах, а также при гидро- и газоабразивном изнашивании. Глубину разрушения определяли следующими методами: непосредственным измерением микрометрическими глубиномерами; по средней потере массы (объема) образцов, отнесенной к единице поверхности; профилографированием образцов; измерением остаточной толщины стенок аппаратов ультразвуковыми приборами.

При наличии достаточного числа измерений (по ГОСТ 11.006-74 [1] не менее 50), полученных в одинаковых условиях, строили эмпирическую функцию распределения (рис.1), которую проверяли на соответствие теоретическим распределениям по критериям согласия [1]. Оказалось, что при всех видах поверхностного разрушения наилучшее согласие с опытными данными давало распределение Вейбулла-Гнеденко, что вполне понятно из рассмотрения схемы построения функции распределения глубин неровностей.


На рис. 1 показаны сечение испытанного образца и положения условного щупа при измерении глубины неровностей. В общем случае закон распределения глубин неровностей на поверхности образца является произвольным. Последовательность положений щупа можно считать распределением минимальных значений глубин неровностей на участках профиля длиной Lо, так как глубина проникновения щупа ограничивается верхней точкой профиля неровностей на каждом участке. Поскольку функция распределения минимальных значений подчиняется закону Вейбулла-Гнеденко [2], распределение измеренных глубин неровностей изношенных поверхностей также должно быть подчинено этому закону, что и показал статистический анализ.

В результате анализа также было установлено, что коэффициент вариации глубины разрушения уменьшается с увеличением продолжительности испытаний, а средняя скорость разрушения некоторое время уменьшается, а затем практически остается постоянной. Причиной этого, по-видимому, является стохастичность физико-химических свойств микрообъемов металлов (например, структурная неоднородность, наличие включений и др.). проявляющаяся в неодинаковой их стойкости к разрушению.

С целью проверки данного предположения на ЭВМ было проведено моделирование поверхностного разрушения условной оболочки, составленной из элементарных объемов (зерен) некоторого материала. Стойкость зерен к разрушению задавали равной одному из значений, число которых соответствует числу фаз металла. Например, при моделировании разрушения некоторой двухфазной стали (ферритно-перлитной, ферритно-аустенитной и др.) стойкость зерен задавали равной одному из двух значений. В других случаях учитывали анизотропию свойств зерен металла, наличие неметаллических включений, распределение их размеров и другие факторы. Результаты экспериментов, представленные в статье, показывают изменение средней глубины разрушения и ее среднего квадратического отклонения, адекватное проанализированным фактическим данным (например, [3-5]).

Средняя скорость разрушения уменьшается до тех пор, пока средняя глубина разрушения не будет равной двум-четырем средним размерам элементарных объемов (зерен), а затем остается постоянной.

Во многих работах (например, [3, 4]) показано, что зависимости средней глубины разрушения (h) от времени принимают линейный характер при h порядка 0,1 мм, что соответствует данным моделирования (размер зерна соответствует 5-8-му классу по ГОСТ 5639-82).

Этот факт подтверждает предположение о том, что неравномерность глубины разрушения поверхности металла в различных точках, находящихся в одинаковых условиях, обусловлена неоднородностью (анизотропией) свойств элементарных объемов металлов, в частности их зерен.

При оценке надежности изделий в соответствии с ГОСТ 27.003-83 [6] должны быть определены критерии их отказов и предельных состояний.

В статье выведены зависимости, по которым могут быть рассчитаны показатели надежности аппаратов, подвергающихся квазиравномерному поверхностному разрушению. Для таких аппаратов за критерий предельного состояния принимают среднюю глубину разрушения, равную прибавке на разрушение (коррозию), а за критерий отказа - появление первого сквозного локального разрушения.

Полученные зависимости дают возможность оценивать надежность аппаратов по результатам испытаний (эксплуатации) ограниченной продолжительности, что имеет существенное значение при проведении государственных испытаний изделий и подтверждении показателей надежности изделий при их аттестации.

На основании установленных зависимостей можно получить расчетные формулы для оценки надежности поверхностей при их двустороннем разрушении, имеющем место, например, в теплообменниках.

Аналогичными методами может быть решена задача оценки надежности аппаратов при других, более опасных видах разрушения, таких как питтинговая, язвенная, межкристаллитная коррозия.

Список литературы
1. ГОСТ 11.006-74. Прикладная статистика. Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим.
2. Гнеденко В.В., Беляев Ю.К. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1905. 520 с.
3. Морская коррозия: Справочник / Под ред. М. Шумахера. М.: Металлургия, 1983. 484 с.
4. Розенфельд И.Л. Атмосферная коррозия металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1900. 372 с.
5. Ткачева О.В. Прогнозирование показателей надежности конструкционных материалов различной толщины в условиях газоабразивного изнашивания//Тр. МИХМ. 1983. С. 47-49.
6. ГОСТ 27.003-83. Надежность в технике. Выбор и нормирование показателей надежности. Основные положения.

Полный текст этой статьи (сканированный).

Другие публикации по данной теме.


 




    Календари   

  Умные мысли

   Поздравления 

Прогр.-полезняшки

Мужч.и женщины

  Безопасность 

  Будь здоров! 

О жизни и смерти

  Забавные истории

     На Главную    


© Polezen.ru 2003-2018.