При проведении технического контроля изделий, в том числе шаровых кранов, проверяют в первую очередь количественные характеристики, к которым относят сохраняемость и долговечность. В процессе изготовления изделию придают заданные свойства, проверку которых необходимо проводить перед продажей. В части шаровых кранов проверку на долговечность можно осуществлять, воздействуя на основные количественные свойства исследуемого объекта, а именно давление и нагрузку. Методика проведения разрушающего контроля при статических испытаниях на изгиб шарового крана применяется впервые. Авторы приводят результаты испытаний, а также экспериментально определённые коэффициенты надёжности, которые в конечном счёте и влияют на «усиленные» свойства шаровых кранов. Кроме того, авторы предлагают разработать отдельные государственные стандарты по разрушающему контролю шаровых кранов.

Определение «усиленных» возможностей шаровых кранов. 9/2020. Фото 1

 

Введение

Арматура используется практически во всех отраслях экономики России. Наиболее востребованы новые разработки в области арматуростроения в водоснабжении, а также нефтегазовой, энергетической и химической промышленности.

В статье рассмотрены вопросы повышения надёжности и безопасности использования запорной арматуры [1], а именно шаровых кранов. При проведении технического контроля на предприятиях необходимо использовать показатели надёжности [2], влияющие на безопасную и долговечную работу промышленных трубопроводов. Подобные показатели [2] применяют не только в нашей стране, но и в странах Таможенного союза [3, 4].

 

Актуальность темы исследования

Производители вправе применять свои критерии оценки качества изделия и его количественных свойств надёжности. Например, производители шаровых кранов могут называть свою продукцию «усиленной», не вдаваясь в подробности. По сути, это может быть маркетинговый ход предприятия. Однако в этом случае «усиленные» свойства каждый вправе понимать по своему, и в конечном счёте потребитель вводится в заблуждение.

Для однозначного понимания «усиленных» возможностей шаровых кранов авторы разработали методику разрушающего контроля при проведении статических испытаний на изгиб. При внедрении методики использованы известные российские [5], европейские [6], а также отраслевые [7] стандарты. Авторы предлагают разработать дополнительный новый стандарт на проведение статических испытаний на прочность шаровых кранов, итогом которого станет классификационная таблица (ряды) по выделению в отдельную категорию «усиленных» шаровых кранов.

 

Порядок и условия проведения исследований

Авторы разработали экспериментальный стенд для проведения статических испытаний на изгиб шаровых кранов и отдельных участков трубопроводов, к которым присоединяется арматура. Для экспериментов выбирались шаровые краны компании LD Pride (Россия) [8] и ещё двух компаний, производство которых сосредоточено в Китае.

Изначально определяются коэффициент твердотельной неделимой единицы КТНЕ и минимально выдерживаемая нагрузка (PSt)min шаровых кранов одного из представленных производителей. После чего определяется нагрузка твердотельной неделимой единицы (Ptest)ТНЕ. Отклонения от этой нагрузки в бóльшую сторону образцов других производителей используются как поправочные коэффициенты. Экспериментальные и справочные коэффициенты формируют сет данных, на основе которого можно перейти к расчёту коэффициента сохранения эффективности Кэф.

Теоретическая часть Надёжность объекта исследования Для случая статических испытаний будем ориентироваться на формулу (1), которая является модификацией известной формулы, использующейся при испытаниях шаровых кранов [9, 10] в Евросоюзе:

(Ptest)ТНЕ = КТНЕ(PSt)min, (1)

где КТНЕ = 1,5, а (PSt)min — среднее значение минимально выдерживаемой статической нагрузки шаровым краном одного из производителей, образцы которых участвуют в эксперименте.

 

 

Экспериментальная часть

Авторами разработан стенд по исследованию влияния статических нагрузок на изгиб на прочность шаровых кранов (рис. 1) и алгоритм действий на стенде (рис. 2) с учётом [11]. По итогу проведения экспериментов были получены данные (табл. 1). Результаты, сведённые в табл. 1, изобразим на сводной диаграмме (рис. 3), на которую также нанесём линию статической нагрузки твердотельной неделимой единицы.

Определение «усиленных» возможностей шаровых кранов. 9/2020. Фото 2

Определение «усиленных» возможностей шаровых кранов. 9/2020. Фото 3

Определение «усиленных» возможностей шаровых кранов. 9/2020. Фото 4

Воспользовавшись формулой (1), получим с учётом, что при (Ptest)min = 24 кг: (Ptest)ТНЕ = КТНЕ(Ptest)min = 1,5×24 = 36 кг. (2)

На рис. 3 проведём линию статической нагрузки (Ptest)ТНЕ = 36 кг, согласно которой получим, что шаровые краны производителя №1 (LD Pride, Россия, материал — латунь), можно считать «усиленными» согласно данным испытаний.

 

Визуализация результатов испытаний

В итоге проведения экспериментальных работ на испытательном стенде шаровые краны различных производителей разрушались при определённой нагрузке — результаты испытаний показаны на рис. 4.

Определение «усиленных» возможностей шаровых кранов. 9/2020. Фото 5

 

Коэффициент разрушающего контроля

Определим величину коэффициента разрушающего контроля, который будет использован в качестве основного коэффициента надёжности:

где Крк — коэффициент разрушающего контроля, а (PSt)i — среднее значение выдерживаемой статической нагрузки шаровым краном одного из производителей, образцы которых участвуют в эксперименте.

Таким образом, в первом приближении «усиленный» шаровой кран малого диаметра будем считать таковым, если он соответствует условиям проведения эксперимента:

(PSt)i > (Ptest)ТНЕ. (4)

 

Определение экспериментальных коэффициентов

Согласно формуле (3) получены экспериментальные коэффициенты и сведены в табл. 2. По данным испытаний, производитель №3 имеет наименьший коэффициент надёжности, который авторы определили как коэффициент разрушающего контроля.

Определение «усиленных» возможностей шаровых кранов. 9/2020. Фото 6

 

Коэффициенты надёжности по справочным данным

Согласно [2] необходимо ввести следующие поправочные коэффициенты на готовую продукцию в зависимости от её характеристик:

1. Шаровый кран принимается как невосстанавливаемый объект систем теплоснабжения, поэтому принимаем коэффициент отказа Ко = 0,96 для всех шаровых кранов разных производителей.

2. Коэффициент сохранения производительности зависит от типа крана. Шаровой кран для систем теплоснабжения использует воду технического назначения, поэтому Ксп = 0,97.

3. Качество изготовления и материал конструкции оцениваем коэффициентом качества продукции Ккп. Предварительно принимаем Ккп = 0,99 для производителей №1 и №2 и Ккп = 0,97 для производителя №3.

 

Коэффициент сохранения эффективности

В итоге, воспользовавшись разработанной авторами формулой, получим коэффициент сохранения эффективности:

Кэф = КркКоКспКкп. (5)

Получим данные по коэффициенту сохранения эффективности, которые сведём в табл. 3. Согласно данным табл. 3, все коэффициенты оказались меньше 1,0, следовательно, авторы правильно выбрали начальные условия для проведения данного эксперимента.

Выводы

1. В результате проведения экспериментальных исследований авторы оценили «усиленные» возможности шаровых кранов разных производителей при сравнительном анализе проведённых статических испытаний арматуры на изгиб.

2. Рекомендуется рассматривать твердотельную неделимую единицу (ТНЕ) без отрыва от совместной работы на трубопроводе из определённого материала. Трубопровод также рекомендуется испытать статической нагрузкой.

3. Учитывая величину ТНЕ, найдена минимальная тестовая нагрузка производителя №3 (Китай, латунь с порошковыми добавками) (Ptest)min = 24 кг.

4. Экспериментально определены коэффициенты разрушающего контроля для исследуемых образцов шаровых кранов.

5. Определены коэффициенты сохранения эффективности, которые согласно [2] являются базовыми коэффициентами показателя безотказности — одной из основных характеристик надёжности технологического оборудования, машин и изделий.