Измерение осевых напряжений в патрубках нефтеперекачивающего агрегата

Многие практические задачи определения напряженного состояния требуют проведения измерений «in situ», в уже напряженных элементах конструкции. В таких случаях ультразвуковой метод (по сравнению, например, с традиционной тензометрией) имеет неоспоримые преимущества. Дело в том, что информативный акустический параметр (скорость ультразвука) - величина, присущая и ненапряженному материалу. Если нет возможности непосредственно измерить ее «начальное» значение, можно попытаться найти его иным способом. Самое простое - это измерения на образцах конструкционного материала, на ненагруженных участках конструкции, аналогичных разгруженных деталях конструкции и так далее.

Здесь приведен пример определения осевых (действующих вдоль оси трубы) напряжений в материале входных и выходных патрубков нефтеперекачивающих насосов (агрегат НМ-10000) на нефтеперекачивающей станции «Нефтеюганск». Материал патрубков -сталь марки 17Г1С. Контрольные точки для проведения ультразвуковых измерений показаны на рис. 3.

Определение напряжений проведено на патрубках насосов №№ 1, 3 и 4 в режиме «безнулевой» акустической тензометрии. Оценка осевых напряжений проведена с использованием формулы (1) на основе прецизионного измерения величин t1 и t2 - задержек в материале конструкции импульсов сдвиговых волн. Величина собственной акустической анизотропии материала a0 = (t20 - t10)/t20 найдена по результатам аналогичных измерений в контрольных точках патрубков демонтированного насоса № 2 (рис. 3).

Разброс параметра собственной анизотропии a0 по окружности патрубков насоса № 2 составил 0,01 %. Поскольку величина коэффициента D в (1) для трубной стали равна -1,22105 МПа, в пересчете на напряжения такой разброс составит 13 МПа. Максимальное отклонение параметра a0 от его среднего значения равно 0,025 %. Таким образом, ошибка метода из-за неточного знания параметра a0 в точке контроля не должна превысить 30 МПа (8 % от предела текучести стали 17Г1С, принятого равным 360 МПа). Это вполне приемлемая погрешность и для второго варианта применения акустоупругого эффекта, не говоря уже о третьем. Результаты измерения напряжений на входе и выходе насосов приведены в таблице.

Из таблицы видно, что наибольшие значения напряжений зафиксированы на выходном патрубке насоса № 3 (более 0,5 предела текучести материала). Распределение осевых напряжений для наиболее нагруженных патрубков показано соответствующими цветами на рис. 4. Видно, что выходной патрубок насоса № 3 подвергается моменту сил, изгибающих его в плоскости, близкой к горизонтальной. Патрубки насоса № 4, по-видимому, испытывают более сложное напряженное состояние. Осевые напряжения в них достигают ± 25 % предела текучести трубной стали. При этом выходной патрубок насоса № 4 испытывает растяжение в горизонтальном направлении.

Выводы

Явление акустоупругости позволяет определять по знаку и величине как одноосные, так и двухосные напряжения. Погрешность акустической тензометрии для плоского напряженного состояния составляет 20 - 30 МПа - примерно столько же, как для электротензометрии и рентгеновского метода.

Возможно применение акустоупругого эффекта «in situ» для контроля напряжений при неизвестных «нулях отсчета» акустических параметров. При этом ошибка определения напряжений в слабоанизотропных материалах может быть не намного больше той, что соответствует варианту акустотензометрии.

Этот сравнительно новый метод измерения напряжений в твердых телах имеет большие перспективы и может быть продуктивно использован широким кругом потенциальных потребителей.



Просмотров: 700

Дата: Пятница, 31 Августа 2012

Новости