КОНТРОЛЬ ВИБРОПРОЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ И ТРУБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ И КОТЛОВ

12.1. Общие положения

В разделе рассмотрены основные требования к кон­тролю вибропрочности для трубопроводов и оборудо­вания, подвергающихся вибрационному нагружению при установившейся и неустановившейся вибрации. Приведены критерии для оценки допустимого уровня вибрации и рекомендации по снижению вибрации (при необходимости).

Расчет на вибропрочность и контроль вибропроч­ности проводятся применительно к элементам конст­рукций энергооборудования и трубопроводов, подвер­гающихся вибрационному нагружению.

Установившаяся вибрация. Повторяющаяся виб­рация, которая имеет место за относительно длитель­ный период времени в течение нормальной эксплуа­тации.

Неустановившаяся вибрация. Вибрация, кото­рая имеет место в относительно короткий период вре­мени.

Примеры источников неустановившейся вибра­ции: запуск и выключение насосов, быстрое открытие и закрытие клапанов, срабатывание предохранитель­ных клапанов.

12.2. Классификация оборудования при контроле

Вибропрочности

При контроле на вибропрочность оборудование и трубопроводы разделяются на группы.

Группа 1. Трубопроводы I и II категории в соответ­ствии с Правилами устройства и безопасной эксплуа­тации трубопроводов горячей воды и пара (далее Пра­вила); основные элементы котла и трубопроводы в пре­делах котла, влияющие на выработку пара.

Гриппа 2. Трубопроводы с двухфазной средой.

Группа 3. Трубопроводы III и IV категории в соответ­ствии с Правилами; второстепенные элементы котла.

12.3.Основные методы контроля вибропрочности

12.3.1. Расчетный контроль вибропрочности на стадии проектирования оборудования

Проводится для оборудования, относящегося к 1-й группе, и заключается в определении собственных частот для проверки отстройки их от частот детерми­нированного возбуждения.

В качестве детерминированных частот возбужде­ния рекомендуется принимать основные частоты вра­щающихся механизмов, частоту электромагнитных сил и частоту гидродинамических сил, связанную с об­разованием вихрей. Условия отстроики собственных частот для первых трех форм колебаний в каждой плоскости записываются в виде

— >1,3 или —>0,7, / F

Где Fi низшая собственная частота колебании (/ = 1, 2, 3);

F — частота возбуждения.

12.3.2. Методы контроля вибропрочности в процессе пусконаладочных работ и эксплуатации

12.3.2.1. Визуальный метод

Применим для оборудования и трубопроводов, от­носящихся к группе 2 и 3.

Цель данного метода — определение максимальных амплитуд и мест возможных соударений. Место или места наибольших отклонений могут быть установле­ны визуально. Амплитуда виброперемещений может быть установлена с помощью простых измерительных устройств.

Если выявлен приемлемый уровень вибрации, ни­каких дальнейших измерений или оценок не требует­ся. Наблюдатель должен нести ответственность за соб­ственную оценку того, является ли данный уровень вибрации приемлемым.

Основанием для подобного решения может быть только оценка всех следующих факторов с точки зре­ния их влияния на напряжения в трубопроводе: амплитуда вибрации и ее месторасположение; близость к «чувствительному оборудованию»; режим работы присоединенных ветвей трубопровода; характеристики опор ближайших компонентов. Любые особенности работы системы должны быть учтены при оценке.

Если невозможно дать приемлемую оценку откло­нениям по результатам наблюдений, необходимо при­бегнуть к измерениям (в соответствии с п. 12.3.2.2).

Для исключения возможных соударений произ­вольных элементов, расположенных с зазором А, дол­жно быть выполнено условие

|Д| + |А,|<Д,

ГдеД, А, — амплитуды виброперемещений соответству­ющих элементов.

12.3.2.2. Инструментальные методы

Применимы для всех групп оборудования. Конт­роль проводится на основании замеров параметров виб­рации в процессе работы оборудования.

С помощью соответствующей аппаратуры замеря­ются значения перемещений или виброскоростей в характерных точках.

12.3.2.2.1. Метод перемещений

Предельные вибрационные отклонения трубопро­водной системы зависят от большого числа предполо­жений относительно геометрических характеристик системы и свойств материала со многими комбинаци­ями переменных. Необходимо разбивать трубопровод­ные системы на более мелкие подсистемы, которые могут быть физически определены и смоделированы. Консервативная оценка приемлемости измеренных вибрационных отклонений может быть проведена пу­тем их сравнения с допускаемыми предельными откло­нениями, вычисленными для подсистем.

Измерения производятся по длине трубопровода для определения точек с максимальными отклонени­ями и для установления узловых точек с минималь­ным отклонением. Узловые точки определяют длины пролетов (границы подсистем). Узловые точки (точки с нулевыми отклонениями) обычно совпадают с точ­ками закрепления, но на длинпых участках трубопро­вода могут располагаться между опорами.

Предельные отклонения для характерных участков трубопроводов (подсистем) могут быть определены по формуле

[8]>.] *

IE KD0

Где [oj — допускаемая амплитуда напряжений, опре­деленная по расчетным кривым малоцикло — 370

Вой усталости и равная минимальному зна­чению при максимальном числе циклов;

І коэффициент интенсификации или коэффи­циент местных напряжений;

Е — модуль упругости материала с учетом тем­пературы;

L — длина характерного участка;

D0 наружный диаметр трубы;

К — коэффициент конфигурации (таблица).

Разбиение трубопровода на соответствующие эле­менты (подсистемы), которые необходимы для опре­деления допускаемых отклонений, рекомендуется проводить на основании результатов измерений пере­мещений.

Тип подсистемы

К

Одиночный пролет (шарнирное опирание на опорах)

9,86

Одиночный пролет (одпа опора, шарнирное опирание, вторая заделка)

25,60

Одиночный пролет (заделка на обеих опорах)

16,60

Консольный пролет

Элементы трубопроводов более широко можно разделить на две категории по признаку их закреп­ления: 1) один конец закреплен, другой свободен; 2) оба конца закреплены. Эти категории затем под­разделяются на более мелкие, основанные на различ­ных комбинациях одиночных пролетов и двух проле­тов, соединенных под 90°. Отклонения измеряются в плоскости колена и из плоскости колена. Предполага­ется, что вращательные связи в точках закрепления зафиксированы для более консервативного опреде­ления допускаемого предела отклонений. Перечень осповпых типов подсистем трубопровода приведен выше.

12.3.2.2.2. Метод скоростей

Метод требует консервативного измерения скоро­стей в различных точках трубопроводной системы для определения точки с максимальной виброскоростью. Когда местоположение этих точек установлено, в них производятся окончательные измерения максималь­ных скоростей V)Nax, затем они сравниваются с пиковы­ми значениями виброскорости [v]. Критерий vmax < [vj.

При значениях [v] до 15 мм/с не требуется провер­ки вибропрочности.

При значениях [v] = 15-25 мм/с требуется расчет­ная проверка на основании подробных измерений (с оп­ределением спектров виброскоростей).

При значениях [v] свыше 25 мм/с принимаются меры для снижения вибрации.

Величину [v] также можно определить аналитиче­ски, разделив значение [5] на частоту собственных ко­лебаний подсистемы.

12.3.2.2.3. Расчет на циклическую прочность с учетом вибронапряжений

Расчет на циклическую прочность с учетом высо­кочастотного нагружения проводится в тех случаях, когда низкочастотные циклические напряжения, свя­занные с пуском, остановкой, изменением мощности, срабатыванием аварийной защиты или с другими ре­жимами, сопровождаются наложением высокочастот­ных напряжений, вызванных, например, вибрацией или пульсацией температур при перемешивании по­токов теплоносителя с различной температурой.

Исходные данные о высокочастотном нагружении получаются при анализе результатов измерений при эксплуатации элемента конструкции или их расчетом.

Условие прочности при наличии различных цик­лических нагрузок проверяется по формуле

КОНТРОЛЬ ВИБРОПРОЧНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ И ТРУБНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ И КОТЛОВ

Где Nt — число циклов і-го типа за время эксплуата­ции;

K — общее число типов циклов; [ЛТД — допускаемое число циклов і-го типа; а — накопленное усталостное повреждение, пре­дельное значение которого [а^] = 1. В общем случае

A = al+a2+a3<[aN],

Где etj — повреждение от эксплуатационных циклов нагружения, на которые не наложены высо­кочастотные напряжения; А2 — повреждения от высокочастотных напряже­ний при постоянных эксплуатационных на­пряжениях (стационарные режимы); а3 — сумма повреждений от высокочастотных на­пряжений в течение циклов переменных на­пряжений на переходных эксплуатационных режимах а^ и при прохождении резонансных частот в тех же циклах. При расчете повреждения а2 в случае узкополост­ного спектра используются максимальная среднеквад — ратическая амплитуда высокочастотных местных на­пряжений и соответствующая ей частота.

При широкополостном спектре значение а2 опреде­ляется как сумма повреждений для тех амплитуд мес­тных напряжений и соответствующих им частот, ко­торые вызывают повреждения более 10% максималь­ного повреждения на одном из сочетаний амплитуды — частоты из всего спектра. Асимметрия цикла опреде­ляется с учетом среднего напряжения, принимаемого равным постоянному местному напряжению от меха­нических и тепловых нагрузок с включением остаточ­ных напряжений растяжения.

Повреждение а^ определяется с учетом максималь­ных амплитуд высокочастотных напряжений без уче­та концентрации и соответствующих им частот для каждого типа цикла переменного напряжения на пе­реходных режимах.

Повреждение «з* определяется с учетом макси­мальной амплитуды высокочастотного напряжения при прохождении резонанса. Число циклов определя­ется с учетом времени эксплуатации в условиях резо­нанса. Асимметрия цикла высокочастотного нагруже­ния определяется местным напряжением от механиче­ских и тепловых нагрузок при эксплуатации с учетом остаточных напряжений растяжения для середины ин­тервала времени, соответствующего резонансу.

12.3.2.3. Экспериментально-расчетный метод Основной задачей этой проверки является получе­ние точной оценки вибронапряжений в трубопровод­ной системе исходя из измеренного вибрационного поведения.

12.3.2.3.1. Метод ответа по формам Этот метод требует, чтобы перемещения по формам и собственные частоты системы были определены из экспериментальных данных. Метод также требует, чтобы был выполнен расчет на собственные зпачения, результатами которого являются аналитически опре­деленные собственные частоты и формы, а также век­тор модальных напряжений (напряжения в каждой точке по каждой форме) или изгибающих моментов, соответствующих собственным векторам. Получепные аналитически и измеренные собственные частоты и формы трубопроводной системы сопоставляются и за­тем с помощью вектора модальных напряжений опре­деляются истинные напряжения в трубопроводе.

Для определения собственных частот и модальных перемещений система должна быть оснащена большим количеством датчиков, которые могут измерять ско­рость, перемещение или ускорение. Места установки датчиков должны выбираться как можно ближе к точ­кам, включенным в расчетную модель системы.

Запись измерений должна быть продолжительной.

Обработка данных при установившейся вибрации должна сводиться к получению амплитуды перемеще­ний по каждой доминирующей форме системы.

Рїзмеренньїе модальные перемещения и сопостав­ленные с ними аналитические должны использовать­ся для получения точной оценки вибронапряжений (или моментов) в трубопроводной системе. Получен­ные напряжения не должны превышать допускаемых значений [oj.

12.3.2.3.2. Метод измерения напрял;ений

Для прямого измерения напряжений при устано­вившейся и неустановившейся вибрации молено ис­пользовать тензодатчики.

Трубопроводная система должна быть оснащена достаточно большим количеством тензодатчиков в районе точек, где появление максимальных напряже­ний наиболее вероятно. Тензодатчики должны распо­лагаться как можно ближе к местам концентрации напряжений.

Экспериментально полученные напряжения не должны превышать допускаемых значений.

12.4. Мероприятия по устранению вибрации

Если вибрация трубопровода превышает уровень, при дальнейшей оценке рекомендуется выяснить, надо ли предпринимать меры для снижения вибрации. Воз­можные корректирующие действия включают иден­тификацию и снижение или устранение вызывающей вибрацию нагрузки, отстройку от резонансных частот посредством модификации, изменения в режиме экс­плуатации для устранения причин вибрации или ус­тановку демпфирующих устройств.

После проведения мероприятий по снижению виб­рации необходимы повторные измерения для опреде­ления эффективности проведенных мероприятий.

Если для снижения вибрации требуется введение дополнительных связей или модификация системы, то при необходимости расчет трубопроводной системы должен быть повторен с учетом этих изменений.

Приложение

Рекомендуемое

\

Ваш отзыв

Рубрика: Нормы расчета на прочность стацио­нарных котлов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *