Обеспечение заданных характеристик надежности затворов запорной трубопроводной арматуры

• Автор: Тарасов, Вячеслав Анатольевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Братск
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАТВОРОВ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
1.1. Общие сведения о затворах трубопроводной арматуры
1.2. Требования при проектировании трубопроводной арматуры
1.3. Многокритериальная постановка при оптимальном проектировании затворов трубопроводной арматуры
ГЛАВА 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННЫХ НОРМ ГЕРМЕТИЧНОСТИ И РЕСУРСА ЗАТВОРОВ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
2.1. Обзор методов определения герметичности
уплотнений
2.2. Определение характеристик контакта шероховатых поверхностей уплотнительных стыков
2.3. Определение герметизирующей способности уплотнительных соединений
2.4. Обеспечение долговечности по критериям усталостного разрушения и износа затворов
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В ОБЛАСТИ КОНТАКТА ЗОЛОТНИКА И СЕДЛА
3.1. Общее решение контактной задачи
3.2. Начальный контакт вдоль полосы
3.3. Начальный контакт вдоль линии
3.4. Контакт с изменяющимися начальными параметрами

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМАЛЬНОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАТВОРОВ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ
4.1. Формулирование пространства исходных параметров
4.2. Введение функциональных ограничений и критериев качества
4.3. Проведение вычислительных экспериментов
4.4. Анализ и обсуждение полученных результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Сфера применения запорной трубопроводной арматуры (ТА) очень широка: это авиационная и космическая техника, глубоководные аппараты и морской транспорт, атомная энергетика, химическая и нефтеперерабатывающая промышленность, вакуумная техника, трубопроводный транспорт, гидропневмотопливные системы различных машин, аппаратов и оборудования, коммунальное хозяйство и т.п. Надежность запорной ТА является важнейшей характеристикой машин, аппаратов и оборудования, которая определяет нормальную эксплуатацию, риски аварийных ситуаций, безопасность людей, экологическую обстановку. Многие из перечисленных объектов входят в число важнейших, для которых должны быть решены в начале XXI века проблемы снижения рисков.
Наиболее важными узлами запорной ТА, обеспечивающими герметичность при перекрытии потока рабочей среды, являются затворы - герметичные соединения (ГС), состоящие из золотника и седла, на которые приходится до 50% всех отказов. Для сравнения: на корпусные элементы приходится 10-15%, на пары трения -10-15%
Об определенной неудовлетворенности состоянием вопросов, связанных с проектированием затворов трубопроводной арматуры и содержанием нормативных документов можно судить по публикациям [44, 45, 82, 85 и др.] в научно-техническом журнале «Арматуростроение», учрежденном Научно-Промышленной Ассоциацией Арматуростроителей.
Обеспечение функциональной надежности ГС закладывается на стадии проектирования. Из общего числа отказов, связанных с нарушением герметичности, 2/3 обусловлено конструкторско-технологическими дефектами. При совершенствовании конструкций затворов необходимо обеспечение следующих их свойств: герметичности, прочности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Основным свойством в аспекте надежности является герметичность, которая определяется функциональными параметрами уплотнительных поверхностей и сжимающими напряжениями (контактными давлениями герметизации), обеспечивающими требуемые контактные характеристики - относительную площадь контакта и плотность зазоров. К функциональным параметрам относятся геометрические характеристики шероховатости (по 1ЭО 4287/1

Значения констант в эмпирических выражениях зависят от метода контроля герметичности при испытаниях и от принятого критерия герметичности, поэтому полученные значения для ду могут значительно отличаться даже у одного автора. В работе [23] Д.Ф. Гуревич определяет контактное давление уравнением
где константы с, к, п — зависят также от давления р.
В работе [4] Д.Ф. Гуревич указывает, что выражение (2.2) и (2.3) отражают лишь начальную ветвь обобщенной кривой зависимости с]у - ду(р),
где значения примерно пропорциональны /».Далее автор приводит следующее выражение
где а, с, т,п - константы; ка - к1 к2 к3 к4 к5.
Коэффициент ку определяет влияние шероховатости: для шероховатости 0,16 к{ = 1; для шероховатости 0,32 кх = 1,2; для шероховатости 0,08 кх = 0,8. Коэффициент к2 определяет влияние неплоскости; для О =100 мм к2- 1; для других Б впредь до получения достоверных данных к2= 1. Коэффициент к3 определяет влияние физических свойств уплотняемой среды; /с4 определяет влияние температуры при 10° С к4 =1; для других температур впредь до получения достоверных данных к4 = 1. Коэффициент к5 определяет ответственность арматуры, к5 = 1,2... 1,8.
Среди других эмпирических зависимостей следует отметить выражение, предложенное Б.И. Дубом [32], которое связывает удельное давление на уплотнительных поверхностях с давлением среды в начале пропуска
где б) - массовый расход на единицу длины; у - удельный вес среды; к и п -константы.