РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА МЕТОДИКИ ОЦІНКИ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ТРУБОПРОВОДІВ АВТОМОБІЛЬНИХ ГАЗОНАПОВНЮЮЧИХ КОМПРЕСОРНИХ СТАНЦІЙ В ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ УМОВАХ
2.1. Дослідження зміни властивостей металу труби від умов навантаження трубопроводів у процесі експлуатації
Для адекватного аналізу основних параметрів, що визначають працездатність технологічних трубопроводів АГНКС, необхідно врахувати чинники, які характеризують умови їх навантаження, а саме:
- рівень, спосіб та швидкість прикладеного зусилля;
- вплив температурного поля;
- вплив середовища.
Всі навантаження, що діють на трубопровід, можна класифікувати наступним чином:
- механічні або температурні удари, одноразові або циклічні малої тривалості (долі секунди);
- статичні короткочасні навантаження, повна тривалість яких складає від долей хвилини до кількох хвилин;
- статичне тривале одноразове навантаження, тривалість наростання якого є малим у порівнянні до часу його дії;
- статичне багаторазове навантаження, що викликає механічну і термічну втому металу.
На практиці при неодмінному виникненні комбінацій даних навантажень використовують наступну градацію типів навантажень [71]:
- одноразове (ударне, статичне короткочасне). Навантаження безперервно збільшується, що призводить до виникнення напружень, які сягають границі міцності та приводять до руйнування матеріалу;
- статичне, постійно діюче (статичне довготривале). Навантаження діє безперервно, що призводить до виникнення постійно діючих напружень нижче границі міцності матеріалу;
- багаторазове (ударне, статичне, термічне). Навантаження змінюється в часі циклічно, що призводить до виникнення напружень нижче границі міцності матеріалу.
Кожне з цих навантажень може бути прикладене з різною швидкістю і різними способами (розтяг, стиск, згин, кручення). При цьому специфіка розвитку пошкоджень та руйнувань є різна. В загальному, для несучих елементів технологічного обладнання АГНКС граничними станами, які викликають руйнування матеріалу, можуть бути:
- втрата міцності від дії силового зусилля (статичного чи втоми);
- втрата запасу пластичності при деформації (згиній жорсткості);
- втрата загальної чи місцевої стійкості від напруження стиску;
- досягнення елементом граничних поперечних значень переміщень (у вертикальних чи горизонтальних площинах);
- руйнування трубопроводу від потоншення стінки в результаті суцільної корозії чи механічного зношування внутрішньої поверхні;
- втрата герметичності в результаті утворення локальних дефектів (місцева корозія, випадкові механічні зусилля);
- протяжне руйнування від тріщин;
- коливання трубопроводу внаслідок динамічних зусиль від руху газу та розбалансування руху поршнів компресорів.
При проектуванні технологічного обладнання будь-якого несучого елементу як основний граничний стан приймається втрата міцності від дії силового зусилля , а всі наступні показники виступають як більш точні. Очевидно, що при визначенні несучої здатності й залишкового ресурсу технологічного обладнання за результатами контролю необхідно враховувати сукупність граничних станів, зокрема при підвищеній вібрації трубопроводів значну їх вагу.
Міцність конструкції та її елементів оцінюють співставленням напружень, що діють у конструкції, з напруженнями граничного стану. Несучу здатність конструкції (опір руйнуванню) розраховують, виходячи з допустимого граничного стану, при якому під дією навантаження спостерігається якісна зміна властивостей матеріалу або відбувається фізичний процес, який є недопустимим при даних умовах експлуатації. Класифікацію навантажень, які діють на трубопровід, представлено в табл. 2.1.
Таблиця 2.1 -
Класифікація навантажень, які діють на технологічні трубопроводи АГНКС.
Характер навантаження і зусилляВид навантаженняПостійне- власна вага трубопроводу;
- попередні напруження трубопроводу (будівельні, монтажні);
- напруження, викликані просіданням фундаментів компресорів.Змінне- внутрішній тиск;
- вага продукту;
- влив температури.
При визначенні граничних зусиль, тобто несучої здатності елементів конструкцій, використовують характеристики опору матеріалів пластичним деформаціям (границя текучості) і руйнуванню (границя міцності, критичні деформації, тріщини, число циклів або часу, що необхідно для утворення тріщини). При визначенні несучої здатності технологічного обладнання АГНКС основним параметром є значення границі текучості.
2.2. Особливості виникнення напружено-деформованого стану трубопроводів автомобільних газонаповнюючих компресорних станцій
Суттєвий вплив на режими експлуатації, надійність роботи АГНКС вносить рух газу, що транспортується по технологічних трубопроводах. У результаті зворотно-поступального руху поршня компресора і роботи його клапанів у технологічних трубопроводах обв'язки компресора виникають пружні хвилі газу. Ці хвилі, відбиваючись від місцевих завад (фасонні частини трубопроводу, технологічні апарати, коліна), повертаються до джерела. Відбита хвиля зустрічається з прямою і в залежності від характеристик трубопровідної системи в різних її перерізах, відбувається сумування чи віднімання їх миттєвих значень швидкостей. У випадку резонансу за рахунок відношення прямої та відбитої хвилі інтенсивність коливань різко зростає. Хвильові процеси проходять біля рівня середніх складових потоку газу і змінюють його параметри: тиск, температуру та швидкість, які визначаються сумою середньої (стаціонарної) і динамічної складової.
Для зниження амплітуди коливань потоку газу використовують різні методи, одним із яких і є використання депульсаторів. При установці депульсатора амплітуда коливань газу в трубопровідній системі зменшується за рахунок зміни спектру власних коливань та за рахунок дисипації коливальної енергії в депульсаторі. Даний метод дозволяє значно зменшити амплітуди коливань певних гармонік на всіх частотах спектру. Допустимий розмах коливань тиску після депульсатора становить біля 2 % [73