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.