Физико-статистическая оценка ресурса теплообменных труб с начальными дефектами производства в виде трещин

ФИЗИКО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕСУРСА ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ С НАЧАЛЬНЫМИ

ДЕФЕКТАМИ ПРОИЗВОДСТВА В ВИДЕ ТРЕЩИН .

В настоящее время при конструировании и разработке энергетического

оборудования, в частности парогенераторов для быстрых реакторов большой

мощности возникает задача прогнозирования уровня надежности элементов и

узлов этого оборудования. Как показывает опыт эксплуатации, одним из

основных видов отказа парогенератора "натрий - вода" является течь воды в

натрий, которая возникает после образования сквозной трещины в поверхности

теплообмена. С этой точки зрения, в качестве основного процесса отказа

целесообразно выбрать рост усталостной трещины в теплообменной трубке

парогенератора "натрий – вода”, возникшей на месте начального дефекта

производства трещиноподобного типа присутствовавшего в материале трубки.

Очевидно, что критерием отказа в этом случае будет появление сквозной

трещины в стенке теплообменной трубки.

Для определения характеристик надежности в этих условиях на этапе

проектно-конструкторской разработки предлагается использовать

математическую модель, а именно зависимость вида

[pic]

(1)

где Н - показатель надежности, являющийся Функцией следующих аргументов: t

- время; b0 -начальное повреждение материала трубки; G - нагрузка; Мф -

масштабный фактор.

Модель должна соответствовать следующим требованиям: иметь простую

структуру; содержать небольшое число основных значимых параметров;

позволять физическую интерпретацию полученных зависимостей должна быть

пригодной для прогнозирования срока службы изделия. В основе модели лежит

предположение о том, что поверхность теплообмена трубки площадью Sn ,

содержит начальные дефекты эллиптической формы, расположенные

перпендикулярно к первичным окружным напряжениям. В связи с тем, что трубка

представляет собой тонкостенный сосуд давления, поверхностные дефекты

подобного расположения, формы и ориентации наиболее склонны к развитию . В

процессе эксплуатации дефект растет по глубине, оставаясь геометрически

подобной фигурой. Глубина начального дефекта В0 является случайной

величиной. Введем условную функцию распределения H0(x/y), которая

представляет собой вероятность того, что на поверхности площадью Sn=y

существует дефект глубина которого В0, 0 .

Амплитуду нагрузки (( ( t ) во времени считаем стационарным случайным

процессом с нулевым математическим ожиданием и ненулевой дисперсией.

Таким образом, для определения W ( t ) необходимо определить число

пересеченхй в единицу времени стационарного случайного процесса со

.случайной функцией (-1 ( t ). Вероятность пересечения g ( t ) можно

выразить следующим образом :

[pic]

где f (r ) ,f (s ) - плотность вероятности в сечениях (-1( t ) и (( ( t

) соответственно.

Тогда

[pic]

(7)

В заключение следует отмеить, что исходя из предложенной модели

надежности можно рассмотреть примерную методику расчета характеристик

надежности трубки теплообмена на этапе проектирования:

1) получение исходной информации об условиях эксплуатации, начальных

дефектах и харахтеристиках материала трубки;

2) Выделение наиболее "опасных" в надежностном отношении сечений трубки,

т.е. тех участков поверхности теплообмена, где сочетание эксплуатационных и

конструкционных факторов наиболее благоприятствует зарождению и развитию

усталостных трещин;

3) определение параметров модели для каждого из сечений по формулам (5),

(7);

4) расчет характеристик надежности трубки для каждого сечения на основе

формулы (4);

5) расчет характеристик надежности трубки в целом, исходя из того, что

появления сквозных трещин различных сечениях трубки являются независимыми

событиями.

Список литературы:

1. Вессал Э. Расчеты стальных конструкций с крупными оечениями методами

механики раврушения.-В кн.: Новые методы оценки сопротивления металлов

хрупкому. разрушению. М.: Мир, 1972.

2. Миллер А. и др. Коррозионное растрескивание циркаллоя под воздействием

йода. - Атомная техника за рубежом, 1984, № 2, с.35.

3. Волков Д.П., Николаев С.Н. Надежность строительных машин и оборудования.

М.: Высшая школа, 1979.

4. Острейковскнй В.А. Многофакторные испытания на надежность. Ц.: Энергия,

1978.

5. Острейковский В.А., Савин В.Н. Оценка надежности трубок прямоточного

теплообмена. -Известия ВУЗов. Сер. Машиностроение, 1984, № 2, с. 47.

6. Гулина O.М., Острейковский В.А. Аналитические зависимости для оценки

надежности с учетом корреляции между нагрузкой и несущей способностью

объекта, - Надежность и контроль качества, 1981.

№2б, c.36.