Mikä turvallisuuskerroin (2,0 vs 3,0) on sopiva laskettaessa hydraulisen ohjausjärjestelmän titaanilämmittimen murtumispainetta?

Kun hydrauliinsinööri suunnittelee titaanilämmittimen korkeapaineiseen hydrauliseen ohjausjärjestelmään, kuten lentokoneen toimilaitteisiin, vedenalaisiin laitteisiin tai raskaisiin koneisiin, murtumispaineen laskennassa on otettava huomioon turvallisuustekijä (SF), joka ottaa huomioon materiaalien, valmistusvirheiden ja käyttöolosuhteiden vaihtelut. Ohutseinämäisen -titaaniputken murtumispaine ( P burst ) saadaan kaavalla P purkaus=SF(2σ ult t/D), missä σ ult on murtolujuus (luokka 2: 345 MPa), t on seinämän paksuus ja D on ulkohalkaisija. Ei--kriittisissä järjestelmissä, jotka tarkastetaan säännöllisesti, SF=2.0:n valitseminen antaa murtumispaineen, joka on kaksi kertaa suurin käyttöpaine. Turvallisuuskriittisissä järjestelmissä tai järjestelmissä, joissa on tärinää, painepiikkejä tai syövyttäviä olosuhteita, kolminkertainen puskuri on välttämätön. SF=3.0 sallii tämän. Sopiva SF on riippuvainen vian seurauksista ja toimintaympäristöstä.

Titaanipainekomponenttien turvallisuustekijöiden valinta
Murtumispaineen varmuuskerroin sisältää kuusi tekijää, jotka eivät sisälly yksinkertaiseen vanteen jännityslaskelmaan: 1) putken seinämän paksuuden vaihtelu (yleensä +/- 5-10 % nimellisarvosta), 2) soikeaisuus (-/-pyöreys vähentää halkeamispainetta 10-25 %), 3) pintavauriot laskevat paikallista lujuutta ({0 %) 0 %:lla{0} 4) lämpötilan heikkeneminen (lujuus laskee 10-20 % 100 asteessa vs. huoneenlämpötila), 5) väsyminen (syklinen paine lyhentää käyttöikää) ja 6) korroosionvara (seinien oheneminen ajan myötä). Turvakertoimella 2,0 (normaali ei-kriittisille hydraulijärjestelmille) oletetaan, että nämä muuttujat ovat hyvin säädeltyjä ja että järjestelmä tarkastetaan säännöllisesti. Turvallisuuskerroin 3,0 (kuten ASME:n luvun VIII paineastioille on tavallista) olettaa kaikkien tekijöiden pahimman mahdollisen yhdistelmän ja tarkastusmahdollisuuden puuttumisen.

SF=2.0 vs. SF=3.0 Purskepaineen kvantitointi tyypillisille putkikokoille
Putken ulkohalkaisija (mm)|Seinän paksuus (mm)|Suurin käyttöpaine (bar) SF=2.0|Suurin käyttöpaine (bar) SF=3.0 |Suositeltu käyttökohde 12.7 1.0 108 72 Matala paine, ei--kriittinen 12.7 1.5 163 108 Keskipaine
16.0 1.5 130 86 Yleinen hydrauliikka 16.0 2.0 173 115 Korkeampi paine 20.0 1.5 104 69 Keskipaine, suurempi virtaus
20.0 2.0 138 92 Yleinen teollinen 20.0 2.5 173 115 korkea-painehydrauliikka 25.4 2.0 109 73 merenalainen kohtalainen paine
25.4 2.5 136 91 Syvä merenalainen, SF=3.0 25.4 3.0 163 109 Merenalainen, SF=3.0 välttämätön
Opas turvallisuustekijän valintaan skenaarion perusteella
Sovellus ja epäonnistumisen seuraukset Tyypillinen työpaine (bar) Suositeltu SF-perustelu
Lentokoneen hydrauliletkun lämmitin (turvallisuuden kannalta tärkeä) 210-350 3.0-4.0 Vika aiheuttaa hallinnan menettämisen. Täytyy olla korkea SF.
Vedenalainen ohjausjärjestelmä (1500 m syvyys, 150 bar ulkoinen) 200 (sisäinen) 3.0 Ulkoinen paine voi aiheuttaa romahtamisen. 3.0 minimi API 17E SF=
Teollinen hydraulipuristin (ei--kriittinen) 150-250 2.0 Määräaikaistarkastus. Epäonnistuminen johtaa seisokkiin, ei turvallisuusriskiin.
Maatalouslaitteiden hydraulinen lämmitin 100-200 2.0 Kohtalainen seuraus. SF=2.0 kriteerit.
Siirrettävät koneet (kaivinkone, kuormaaja) 200-300 2.5 Tärinä- ja iskukuormat tarvitsevat välitason SF .
Testitelineen lämmitin (ajoittainen, valvottu) Jopa 400 2.0 Valvottu välitön sammutus, jos vuoto havaitaan.
Merivesihydraulijärjestelmä (syövyttävä) 100-150 3.0 Korroosiovaraa tarvitaan. SF=3.0 johtui seinämien ohenemisesta.
High-cycle hydraulic system (>1 miljoonaa sykliä/vuosi) Mikä tahansa 3.0+ väsymysanalyysi SF=3.0 ei ole hyvä raskaille kierroksille. S-N-käyrän väsymislaskenta vaaditaan.
Tekniset tekijät, jotka lisäävät vaadittua turvallisuustekijää
Nosta turvakerroin arvoon 3,0 tai enemmän, jos jokin seuraavista tilanteista on olemassa. Hitsattu putki (suositellaan hydraulihuoltoon) vähentää murtumispainetta 20-40 % hitsaussaumassa. Koska titaanin lujuus on heikentynyt 10-20 % yli 80 C:n käyttölämpötilan, SF on säädettävä lämpötilan vähennyskertoimen perusteella. Painejaksotus (yli 10 000 sykliä/vuosi) vaatii väsymisanalyysin. SF=3.0 ei ehkä riitä. Syövyttävässä ympäristössä (merivesi, hapot) seinä ohenee ajan myötä ja SF:n on otettava huomioon odotettu huononeminen. Dynaamisissa purkauslaskelmissa on otettava huomioon tärinästä ja mekaanisesta iskusta johtuvat lisäjännitykset. Minkä tahansa näiden parametrien yhdistelmän osalta suositellaan suunnittelun tarkastusta, jossa on täydellinen äärellisten elementtien analyysi (FEA) ja väsymisiän ennuste, sen sijaan, että luotaisiin pelkkään turvallisuustekijään.

Johtopäätös: SF=3.0 turvallisuuteen-kriittinen, SF=2.0 hydraulihuoltoon, ei-kriittinen
Turvallisuuskerroin 2,0 on ihanteellinen ei--kriittisiin sovelluksiin, joissa lämmittimen vika johtaisi vain seisokkeihin ja hydraulista ohjausjärjestelmää valvotaan rutiininomaisesti, esim. hydraulisen ohjausjärjestelmän titaanilämmittimen murtumispainetta. Turvallisuuskerroin 3,0, joka on välttämätön turvallisuus-kriittisissä (lentokone, sukellusvene, korkeapaine-) tai syövyttävissä olosuhteissa, tärinä- tai painevaihteluissa. Käyttöpaineen SF=2.0 ja SF=3.0. välillä on suuri ero. Esimerkiksi titaaniputkea, jonka halkaisija on 20 mm x 2,0 mm, voidaan käyttää 138 baarilla SF=2.0:lla, mutta vain 92 baarilla SF=3.0:lla, ero on 33 %. Määritettäessä titaanilämmitintä mihin tahansa hydrauliseen sovellukseen, suurin käyttöpaine, käyttölämpötila, syklinen käyttö ja vian seuraukset tulee ilmoittaa toimittajalle, jotta voidaan valita oikea turvallisuustekijä ja oikea seinämänpaksuus, joka täyttää turvallisuus- ja suorituskykyvaatimukset.