Који је сигурносни фактор (2,0 наспрам 3,0) прикладан када се израчунава притисак пуцања титанијумског грејача за хидраулички контролни систем?

Када хидраулични инжењер дизајнира грејач од титанијума за хидраулички контролни систем високог{0}}притиска, као што су они у актуаторима авиона, подводној опреми или тешким машинама, израчунавање притиска пуцања мора да укључи сигурносни фактор (СФ) да би се узеле у обзир варијације у материјалу, грешке у производњи и услови рада. Притисак пуцања (П бурст) титанијумске цеви са танким-стинама је дат са П бурст=СФ(2σ улт т/Д), где је σ улт крајња затезна чврстоћа (Град 2: 345 МПа), т је дебљина зида и Д је спољни пречник. За не-критичне системе који се редовно проверавају, избор СФ=2.0 даје вам притисак пуцања који је двоструко већи од максималног радног притиска. За безбедносно{11}}критичне системе или системе са вибрацијама, скоковима притиска или корозивним условима, троструки пуфер је неопходан. Избор СФ=3.0 то дозвољава. Одговарајући СФ се ослања на последице квара и радно окружење.

Избор фактора сигурности за компоненте притиска од титанијума
Фактор сигурности за притисак пуцања укључује шест фактора који нису укључени у прорачун једноставног обруча: 1) варијације у дебљини зида цеви (обично +/- 5-10% од номиналне), 2) овалност (од-од-заобљености смањује притисак пуцања за 10-25%), 3) површинске огреботине, локални дефекти на огреботину 20-50%), 4) смањење температуре (снага се смањује за 10-20% на 100 степени у односу на собну температуру), 5) замор (циклични притисак смањује животни век) и 6) додатак на корозију (стање зидова током времена). Са фактором сигурности од 2,0 (нормално за некритичне хидрауличне системе) претпостављате да су ове варијабле добро регулисане и да се систем рутински проверава. Фактор сигурности од 3,0 (као што је уобичајено за посуде под притиском према АСМЕ Одељку ВИИИ) претпоставља комбинацију свих фактора у најгорем случају и нема приступа за инспекцију.

СФ=2.0 у односу на СФ=3.0 Квантификација притиска пуцања за типичне величине цеви
ОД цеви (мм)|Дебљина зида (мм)|Максимални радни притисак (бар) на СФ=2.0|Максимални радни притисак (бар) на СФ=3.0 |Препоручена примена 12.7 1.0 108 72 Низак притисак, не-критичан 12.7 1.5 163 108 Умерен притисак
16.0 1.5 130 86 Општа хидраулика 16.0 2.0 173 115 Виши притисак 20.0 1.5 104 69 Средњи притисак, већи проток
20.0 2.0 138 92 Општа индустријска 20.0 2.5 173 115 Висок-хидраулични притисак 25.4 2.0 109 73 Подморски умерени притисак
25.4 2.5 136 91 Дубоко подводно, СФ=3.0 25.4 3.0 163 109 Подморско, СФ=3.0 неопходно
Водич за одабир фактора сигурности на основу сценарија
Примена и последице квара Типични радни притисак (бар) Препоручено СФ образложење
Грејач хидрауличне линије авиона (безбедност је кључна) 210-350 3.0-4.0 Квар доводи до губитка контроле. Мора имати висок СФ.
Подморски контролни систем (1500 м дубине, 150 бара екстерно) 200 (унутрашњи) 3.0 Спољни притисак може да изазове колапс. 3.0 минимум АПИ 17Е СФ=
Индустријска хидраулична преса (не-критична) 150-250 2.0 Периодична провера. Неуспех доводи до застоја, а не опасности по безбедност.
Хидраулични грејач пољопривредне опреме 100-200 2.0 Умерена последица. СФ=2.0 критеријуми.
Мобилне машине (багер, утоваривач) 200-300 2.5 Оптерећења вибрацијама и ударима захтевају средњи СФ .
Грејач тестног постоља (испрекидани, под надзором) До 400 2.0 Надзирано тренутно искључивање ако се открије цурење.
Хидраулични систем морске воде (корозивни) 100-150 3.0 Потребан додатак за корозију. СФ=3.0 је настао због стањивања зида.
High-cycle hydraulic system (>1 милион циклуса/годишње) Било која 3.0+ анализа замора СФ=3.0 није добра за тешке циклусе. Потребан је прорачун замора С-Н криве.
Инжењерски фактори који повећавају потребан фактор сигурности
Повећајте фактор сигурности на 3,0 или више ако постоји било која од следећих ситуација. Заварена цев (препоручује се за хидраулички сервис) смањује притисак пуцања за 20-40% на завареном шаву. Због смањења чврстоће титанијума за 10-20% изнад радне температуре од 80Ц, СФ треба подесити на основу фактора смањења температуре. Бициклизам притиска (више од 10.000 циклуса/годишње) захтева анализу замора. СФ=3.0 можда неће бити довољан. У корозивном окружењу (морска вода, киселине), зид се временом тањи и СФ мора узети у обзир очекивано пропадање. Прорачуни динамичког пуцања морају узети у обзир додатна напрезања услед вибрација и механичких удара. За било коју комбинацију ових параметара, препоручује се преглед дизајна са потпуном анализом коначних елемената (ФЕА) и предвиђањем века замора уместо ослањања само на фактор сигурности.

Закључак: СФ=3.0 за безбедност-критичан, СФ=2.0 за хидраулични сервис није-критичан
Фактор сигурности од 2,0 је идеалан за не-критичне апликације где би квар грејача само довео до прекида рада и хидраулички контролни систем се рутински надгледа, нпр. притисак пуцања титанијумског грејача у хидрауличном контролном систему. Безбедносни фактор 3,0 неопходан за критичне-безбедносне услове (ваздухоплов, подморница, висок-притисак) или корозивне услове, вибрације или промене притиска. Постоји велика разлика у радном притиску између СФ=2.0 и СФ=3.0. На пример, титанијумска цев пречника 20 мм к 2,0 мм може да ради на 138 бара са СФ=2.0, али само на 92 бара са СФ=3.0, разлика од 33%. Када се специфицира грејач од титанијума за било коју хидрауличку примену, максимални радни притисак, радна температура, циклични рад и последице квара треба да буду достављени добављачу како би се омогућио одабир исправног фактора сигурности и тачна дебљина зида која је одређена како би се испунили захтеви за безбедност и перформансе.