4. О надежности сосудов высокого давления

Характер разрушения сосудов высокого давления определяется мно­жеством факторов – напряженным состоянием отдельных узлов и де­талей; наличием различного рода дефектов, обусловленных технологи­ческими и монтажными условиями; механическими свойствами матери­ала, неоднородностью его структуры; наличием и характером остаточ­ных напряжений, масштабным фактором, конструктивным выполнением отдельных узлов и деталей, условием эксплуатации (среда, температу­ра, длительность эксплуатации, цикличность параметров эксплуата­ции) и т.д. Напряженное состояние отдельных узлов и деталей сосудов высо­кого давления зависит, прежде всего, от их конструктивного оформле­ния. Поэтому надежность работы таких сосудов будет определяться конструктивным решением его деталей и узлов. Наиболее широко распространены сосуды с однослойной (цельнокованой, сварно-кованой, штампосварной) и многослойной обечайками. В последнее время получают распространение многослойные сосуды со спиральным рас­положением слоев (рулонированные).

Основной частью сосуда высокого давления является цилиндри­ческая обечайка. Напряжения в стенках обечайки определяются по известным Вам методикам. Поскольку максимальные напряжения возникают на внутренней поверхности стенки, при проектировании следует избегать сквозных отверстий, канавок, проточек и т.п. На­личие концентраторов напряжений на внутренней поверхности стенки особо ощутимо, если сосуд работает в условиях ползучести или мате­риал его мало пластичен и подвержен старению.

Меньшие по величине напряжения на наружной поверхности стенки сосуда допускают специальными нормами наличие сферических кон­центраторов. Для штампосварных сосудов высокого давления, ис­пользуемых без механической обработки, в технических условиях на изготовление предусматриваются определенные ограничения на эллипсность и другие отклонения от правильной геометрической формы. Осо­бое внимание должно быть обращено на качество продольных швов штампосварных сосудов. Для сосудов с многослойной стенкой это тре­бование относится к кольцевым сварным швам.

Рулонированные сосуды высокого давления имеют свои особенно­сти. Их напряженное состояние отличается от напряженного состоя­ния сосудов в большей мере, чем в многослойных сосудах. В рулонированных сосудах резко выражены неравномерности напряжений по толщине стенки, неравномерность кольцевых напряжений по окруж­ности слоя, особенно в области приварки последнего слоя к низле­жащему. Сложная картина напряженного состояния наблюдается в районе кольцевого сварного шва. Изучение этого вопроса, требует про­ведения исследовательских работ, с целью уточнения характера рас­пределения напряжений в рулонированных сосудах высокого давления и отработки технологии их изготовления.

Проектирование сосудов высокого давления не может ограничи­ваться только лишь прочностными расчетами. Необходим полный и глубокий анализ многих факторов, влияющих на надежность сосудов высокого давления, что требует проведения научно-исследовательских работ в этой области.

Для обеспечения требуемой надежности изделий разработаны ме­тоды прогнозирования. Для прогнозирования надежности техническое устройство представляют в виде определенным образом соединенных элементов. Такие соединения (их часто называют схемой расчета на­дежности) бывают двух видов – последовательные и параллельные. Включение параллельных элементов так же может быть двух видов: постоян­ное, при котором все элементы постоянно находятся в рабочем ре­жиме и одновременно выполняют одни и те же функции; замеща­ющее, когда резервный элемент при помощи какого-то переключаю­щего устройства переводят в рабочий режим для замены отказав­шего элемента.

Методы прогнозирования надежности изделий, основанные на уг­лубленном изучении физики отказов, позволяют своевременно пред­видеть, предсказать, а значит, и предотвратить появление отказов. В настоящее время существуют многочисленные методики прогнози­рования, преобладающее большинство которых носит чисто эмпири­ческий характер. Однако эмпирический подход к прогнозированию совершенно недостаточен, поскольку он базируется лишь на прош­лом опыте, который далеко не всегда применим в изменившихся условиях. Настоятельно необходима теоретическая разработка проблем прогнозирования, которая позволила бы обоснованно подойти к вы­бору методов прогнозирования, оценке точности получаемых прогно­зов, определению максимально возможных и допустимых сроков про­гнозирования и т.д. Методы прогнозирования, должны базироваться на вскрытых за­кономерностях, на переработке информации по правилам логики и ма­тематики с применением электронно-вычислительных машин.

Поста­новка и решение теоретических проблем, связанных с прогнозирова­нием, составляют предмет новой науки – прогностики.

Л. 4