ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ ИНТЕРВАЛОВ ДАТЧИКОВ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО ДИАГНОСТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

DETERMINATION OF THE MOST DANGEROUS ZONES OF VERTICAL VESSELS TO INSTALL SENSORS OF MONITORING SYSTEM

 

Определены индикаторные интервалы датчиков системы комплексного диагностического мониторинга.

Indicator intervals of sensors of complex diagnostic monitoring system are defined.

Ключевые слова: ректификационная колонна, система мониторинга, индикаторные интервалы, напряженно-деформированное состояние, опасные зоны.

Key words: rectification column, monitoring system, indicator intervals, strain-stress state, danger zones.

 

Введение

С развитием численных методов расчета сложных конструкций и всесторонним внедрением в инженерную практику универсальных и специальных программных комплексов стало возможнымрассчитывать напряженно-деформированное состояние (НДС) в любой точке объекта для определения зон с высокими напряжениями - опасных зон.

Однако при установке системы комплексного диагностического мониторинга (далее системы мониторинга) для контроля опасных зон требуется установить зависимость с показаниями устанавливаемых датчиков, а также определить индикаторные интервалы для каждого из них.

В [1, 2] на примере ректификационной колонны (далее колонна) были рассмотрены первые две из трех задач, решение которых необходимо при установке системы мониторинга: определение наиболее опасных зон, а также анализ и выбор аппаратно-программных средств и методов контроля. В данной статье будет рассмотрена третья задача - определение индикаторных интервалов датчиков.

 

Границы индикаторных интервалов

В [1] были определены наиболее опасные зоны в колонне:
 - нижняя,
 - максимальных напряжений,
 - верхняя.

Рассмотрим в качестве примера зону максимальных напряжений с целью определения индикаторных интервалов установленных на ней датчиков продольной деформации (тензодатчиков).

 Согласно [3] п.5.2.3, введены индикаторные интервалы:

03-opredeleniye-indikatornykh-intervalov-datchikov-01-01 - состояние недопустимо;
03-opredeleniye-indikatornykh-intervalov-datchikov-01-02 - состояние требует принятия мер;
03-opredeleniye-indikatornykh-intervalov-datchikov-01-03 - состояние допустимо (хорошо, отлично).

 

Границы индикаторных интервалов 

На колонну действуют следующие нагрузки:
- собственный вес (G);
- температурное воздействие (T);
- избыточное внутреннее давление (P);
- ветровое давление (w).

Основной нагрузкой, которая может привести к возможным сценариям негативного развития событий [1], является ветровое давление. Поэтому границы индикаторных интервалов определяются, исходя из действия нагрузок G, T, P при расчетных значениях и различном значении w (рис.1) и возникших в колонне напряжений (σ).

 Рис. 1  

 

Места с наибольшими напряжениями в опасных зонах

Согласно [4], п.1.2.15 приведенные напряжения, сопоставляемые с допускаемыми напряжениями, определяют по теории наибольших касательных напряжений. В зависимости от рассчитываемой зоны и вида нагружений, используются различные категории приведенных напряжений ([4], табл. 5.2), где:
(σ)– группа приведенных напряжений, определяемая по составляющим общих мембранных напряжений ([4], п.2.27);
(σ)– группа приведенных напряжений, определяемая по суммам составляющих общих или местных мембранных и общих изгибных напряжений ([4], п.2.28);
(σ)RV – максимальный размах приведенных напряжений, определяемый по суммам составляющих общих или местных мембранных, общих или местных изгибных, общих температурных напряжений и напряжений компенсации в оборудовании ([4], п.2.35).

Для определения мест с наибольшими эквивалентными напряжениями каждой категории были построены карты распределения эквивалентных напряжений (SINT) (рис. 2) при стадиях нагружения №№ 2 и 4 (табл. 1) и различном направлении w(ОО, +OX, -OX, +OZ, -OZ). Из карт распределения видно, что максимальные:
- (σ)1 ярко выражены при стадии нагружения №2 – напряжения распределены на одной окружности с патрубками. Увеличение (σ)1 возникает из-за отсутствия рефракционных тарелок, придающих обечайке дополнительную жесткость;
- (σ)2 ярко выражены при стадии нагружения №4 – напряжения возникают на краях усиливающей накладки;
- (σ)RV ярко выражены при стадиях №№2 и 4 - напряжения возникают в месте соединения патрубка с обечайкой.

 

Табл. 1. Стадии нагружения

Стадии нагружения

 

№ стадии Направление w
1 ОО
1 Карты распределения интенсивности напряжений
  +OX -OX
2 Карты распределения интенсивности напряжений Карты распределения интенсивности напряжений
4 Карты распределения интенсивности напряжений Карты распределения интенсивности напряжений
  +OZ -OZ
2 Карты распределения интенсивности напряжений Карты распределения интенсивности напряжений
4 Карты распределения интенсивности напряжений Карты распределения интенсивности напряжений
03-opredeleniye-indikatornykh-intervalov-datchikov-04-10 - место с максимальными (σ)1;
03-opredeleniye-indikatornykh-intervalov-datchikov-04-11 - место с максимальными (σ)2;
03-opredeleniye-indikatornykh-intervalov-datchikov-04-12 - место с максимальными (σ)RV
Рис.2. Карты распределения SINT, Па

 

Значения напряжений в местах наибольших напряжений при расчетных нагрузках

Согласно [4] п.1.2.4 и п.3.4 определяются допускаемые напряжения через характеристики материала и соответствующие запасы прочности.

Согласно [4] п.5.4. были рассчитаны допускаемые напряжения для (σ)1, (σ)2 и (σ)RV:
σ1.доп = 197 МПа;
σ2.доп = 256 МПа;
σRV = 511 МПа.

В выбранных местах с наибольшими эквивалентными напряжениями каждой категории был построен граф. 1 зависимости SINT от стадий нагружения (№№ 1-4) при различном направлении w(+OX, -OX, +OZ, -OZ).

 

+OX -OX
Зависимость интенсивности напряжений от стадий нагружения Зависимость интенсивности напряжений от стадий нагружения
+OZ -OZ
Зависимость интенсивности напряжений от стадий нагружения Зависимость интенсивности напряжений от стадий нагружения
03-opredeleniye-indikatornykh-intervalov-datchikov-05-05 - (σ)1;
03-opredeleniye-indikatornykh-intervalov-datchikov-05-06 - (σ)2;
03-opredeleniye-indikatornykh-intervalov-datchikov-05-07 - (σ)RV
Граф.1. Зависимость SINT от стадий нагружения, Па / -

 

По граф. 1 были определены максимальные (σ)1, (σ)2, (σ)RV при расчетных нагрузках (стадия нагружения №2) (диаг. 1).

 

Значения максимальной интенсивности напряжений при расчетных нагрузках

 

Из граф. 1 и диаг. 1 следует:
- максимальные SINT возникают при w в направлении +ОХ;
- максимальные (σ)2 зависят от направления w;
- при w в направлении +ОХ и +OZ (σ)2 превышает допускаемые напряжения.

 

Показания тензодатчиков при начальных и расчетных нагрузках

Для нахождения индикаторных интервалов требуется определение начальных (стадия нагружения №1), расчетных (стадия нагружения №2) и критических значений (превышение (σ)2 допускаемых напряжений) SY в местах установки тензодатчиков Т09-Т12 (рис. 3).

 

№ стадии Направление ветрового давления
  ОО
1 Карты распределения напряжений
  +OX -OX
2 Карты распределения напряжений Карты распределения напряжений
  +OZ -OZ
2 Карты распределения напряжений Карты распределения напряжений
03-column-intervals-07-06 - расположение тензодатчиков без/с откликом на w
Рис.3.Карты распределения SY, Па

 

Для определения начальных и расчетных значений SY был построен граф. 2.

 

+OX -OX
Зависимость напряжений от стадий нагружения Зависимость напряжений от стадий нагружения
+OZ  -OZ
Зависимость напряжений от стадий нагружения Зависимость напряжений от стадий нагружения
03 opredeleniye indikatornykh intervalov datchikov 08 05

* где индексы:
н – начальная стадия нагружения;
р – расчетная стадия нагружения.

Граф.2 Зависимость SY от стадий нагружения, Па / -

 

По граф. 2 были определены SY для каждого тензодатчика при начальных и расчетных нагрузках (стадии нагружения №№1, 2) при различном направлении w (ОО, +OX, -OX, +OZ, -OZ), (диаг. 2).

 

Значения напряжений при начальных и расчтных нагрузках

 

Показания тензодатчиков при критических нагрузках

Т.к. (σ)2 (граф. 1) достигает допускаемых напряжений при меньшем значении w, чем остальные категории напряжений, то для определения критических значений SY была построена зависимость SY от (σ)2 (граф. 3).

 

+OX -OX
Зависимость напряжений от интенсивности напряжений  Зависимость напряжений от интенсивности напряжений
+OZ -OZ
 Зависимость напряжений от интенсивности напряжений  Зависимость напряжений от интенсивности напряжений
03 opredeleniye indikatornykh intervalov datchikov 08 05
Граф. 3. Зависимость SY от SINT, Па / Па

 

По граф. 3 были определены SY для каждого тензодатчика при критических нагрузках при различном направлении w (+OX, -OX, +OZ, -OZ), (диаг. 3).

 

Значения напряжений при критических нагрузках

 

Определение индикаторных интервалов

Для каждого тензодатчика были установлены индивидуальные индикаторные интервалы (диаг. 4).

Граница зеленого индикаторного интервала определялась разностью расчетных и начальных значений SY в местах установки тензодатчиков.

Граница желтого индикаторного интервала определялась разностью критических и начальных значений SY в местах установки тензодатчиков.

За нулевое положение было принято сочетание нагрузок при первой стадии нагружения, поэтому, установив индикаторные интервалы для датчиков системы мониторинга, необходимо обнулить их значения при работающем аппарате и отсутствии ветра.

 

Значения индикаторных интервалов тензодатчиков

 

Применение системы комплексного диагностического мониторинга позволяет контролировать напряжения в наиболее опасных зонах и сигнализировать при достижении напряжениями допускаемых значений, превышение которых может привести к остаточным деформациям, изменению геометрии формы и снижению прочности.

Выводы:
1) По показаниям датчиков, установленных в определенных местах, расчетными методами можно получить информацию о НДС колонны в опасных зонах.
2) Введение индикаторных интервалов позволяет создать критерии для принятия решений в случае достижения показаниями датчиков определенных значений.

 

Список литературы

1. Бигус Г.А., Черных М.В. Определение наиболее опасных зон аппаратов колонного типа для установки датчиков системы мониторинга // «Сварка и Диагностика», 2014, №2, С. 42-45.

2. Бигус Г.А., Черных М.В., Чурилов А.А., Журавлев А.Е. Анализ и выбор аппаратно-программных средств системы комплексного диагностического мониторинга для контроля опасных зон аппаратов колонного типа // «Сварка и Диагностика», 2015, №1, С. 45-50.

3. ГОСТ Р 53564-2009. Контроль состояния и диагностика машин. Мониторинг состояния оборудования опасных производств. Требования к системам мониторинга / – Введ. 01.01.2011. - М.: «Стандартинформ», 2010. - 20 с.

4. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок (ПНАЭ Г-7-002-86) / Госатомэнергонадзор СССР. - М.: Энергоатомиздат, 1989. 525 с. – (Правила и нормы в атомной энергетике).

 

скачать статью "ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДИКАТОРНЫХ ИНТЕРВАЛОВ ДАТЧИКОВ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО ДИАГНОСТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА"

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить