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.