На главную
На главную

ГОСТ 20467-85 «Соединения трубопроводов. Оценка долговечности соединений с врезающимся кольцом и шаровым ниппелем»

Стандарт устанавливает общий метод вероятностного определения долговечности соединений трубопроводов с врезающимся кольцом и шаровым ниппелем, работающих в неагрессивной среде при температуре от минус 40 до плюс 120 град. Цельсия.

Обозначение: ГОСТ 20467-85
Название рус.: Соединения трубопроводов. Оценка долговечности соединений с врезающимся кольцом и шаровым ниппелем
Статус: действующий
Заменяет собой: ГОСТ 20467-75
Дата актуализации текста: 01.10.2008
Дата добавления в базу: 01.02.2009
Дата введения в действие: 01.01.1987
Разработан: Академия наук БССР
Утвержден: Госстандарт СССР (25.11.1985)
Опубликован: Издательство стандартов № 1986

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ
С ВРЕЗАЮЩИМСЯ КОЛЬЦОМ И ШАРОВЫМ НИППЕЛЕМ

ГОСТ 20467-85

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

Москва

РАЗРАБОТАН Академией наук БССР

Государственным комитетом СССР по стандартам

ИСПОЛНИТЕЛИ

Е. К. Почтенный (руководитель темы), Б. В. Максимовский, А.И. Журавель

ВНЕСЕН Академией наук БССР

Гл. ученый секретарь Президиума АН БССР В.А. Пилипович

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ ПостановлениемГосударственного комитета СССР по стандартам от 25 ноября 1985 г. № 3702

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Оценка долговечности соединений с врезающимся
кольцом и шаровым ниппелем

Fitting pipe connections. Durability estimation
of connections with a cut ring and a ball nipple

ГОСТ
20467-85

Взамен
ГОСТ 20467-75

ПостановлениемГосударственного комитета СССР по стандартам от 25 ноября 1985 г. № 3702 сроквведения установлен

с01.01.87

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

1. Настоящий стандарт устанавливает общийметод вероятностного определения долговечности соединений трубопроводов сврезающимся кольцом и шаровым ниппелем, работающих в неагрессивной среде притемпературе от минус 40 до плюс 120 °С.

2. Оценку долговечности соединений необходимопроводить с заданной вероятностью неразрушения. Для соединений, выход из строякоторых может привести к аварии, вероятность неразрушения не должна быть менее0,999 при доверительной вероятности 0,99; для других соединений - не должнабыть менее 0,99 при доверительной вероятности 0,95.

3. Оценка долговечности должна базироватьсяна сопоставлении вероятностных характеристик сопротивления усталости ихарактеристик эксплуатационной нагруженности по приведенной схеме.

4. Контролю нагруженности и оценкедолговечности следует подвергать штуцеры и трубы соединений с врезающимсякольцом, шаровые ниппели и штуцеры соединений с шаровым ниппелем.

5. Расчетными нагрузками соединений следуетсчитать вызываемые вибрацией трубопроводов переменные изгибающие нагрузки.Контролю нагруженности с определением вида и параметров функции распределениядействующих напряжений, приведенных к симметричному циклу, при испытаниях машинследует подвергать все соединения вибрирующих трубопроводов. Нагруженностьсоединений регистрируют при помощи тензорезисторов или других средстврегистрации нагруженности, обеспечивающих не меньшую чем тензорезисторыточность определения напряжений вместах усталостного повреждения элементов соединений вибрирующих трубопроводов.

Схема оценки долговечности

6. Характеристиками сопротивления усталостиэлементов соединений следует считать параметры уравнения кривой усталости и функциираспределения значений предела выносливости, которые определяют при испытанияхсоединений на усталость.

7. Полученные вероятностные оценкидолговечности соединений трубопроводов характеризуют уровень надежности системытрубопроводов. Если при требуемой вероятности неразрушения расчетнаядолговечность меньше проектного ресурса, система трубопроводов требуетдоработки с целью снижения уровня вибраций или повышения сопротивленияусталости соединений.

8. Уравнения кривых усталости ихарактеристики сопротивления усталости приведены в рекомендуемом приложении 1.

9. Методика определения характеристиксопротивления усталости элементов соединений дана в рекомендуемом приложении 2.

10. Методика определения характеристикнагруженности элементов соединений дана в рекомендуемом приложении 3.

11. Примеры оценки долговечности соединенийтрубопроводов приведены в рекомендуемом приложении 4.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое

УРАВНЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ИХАРАКТЕРИСТИКИ СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ

1. Уравнения при постоянных параметрахциклического нагружения.

1.1. При постоянных параметрах циклического нагружения в качестверасчетного рекомендуется уравнение вида

Nr = ,

где          Nr - число циклов нагружений, соответствующее вероятности неразрушения r;

σ - максимальное напряжение цикла, МПа;

σRr - предел выносливости при коэффициенте асимметрии R, соответствующий вероятности неразрушения r, МПа;

υ0 - коэффициент, МПа;

Q = NG  - коэффициент сопротивления усталости,МПа·цикл;

NG - число циклов до точки нижнего переломакривой усталости;

σR - среднее значение предела выносливости, МПа.

1.2. Частные значенияпредела выносливости рекомендуется определять с использованием уравнения

σRr =  - tr Smax,(tr³ 0),

где  - нижнее значениедоверительного интервала для выборочного среднего значения предела выносливостипри заданной доверительной вероятности, МПа;

Smax - верхнее значение доверительного интерваладля среднеквадратичного отклонения предела выносливости при заданнойдоверительной вероятности, МПа;

tr - квантиль нормального распределения,соответствующая вероятности неразрушения r и определяемая по таблице функции нормальногораспределения.

2. Уравнения при переменных параметрахциклического нагружения.

2.1. При переменных параметрахциклического нагружения оценку долговечности рекомендуется проводить попринципу суммирования усталостных повреждений с учетом снижения пределавыносливости, исходя из ступенчатого (с числом ступеней не менее 8)нагрузочного блока и характеристик сопротивления усталости с использованиемуравнения

,

где q - число интервалов снижения пределавыносливости, определяемое числом ступеней нагрузочного блока ниже начальногозначения предела выносливости;

k - текущее число ступеней напряженийнагрузочного блока выше текущего значения предела выносливости;

bi- относительная продолжительность действия i-го напряжения в нагрузочном блоке;

ΔNi - число циклов нагружений с напряжениемσi, необходимое дляснижения предела выносливости с σRj до σR(j+1) определяемое по формуле

DNi = ,

где Qj = NGσRj- коэффициент сопротивления усталости при значении предела выносливости σRj;

Qj+1 = NGσR(j+1) - коэффициент сопротивления усталости при значении предела выносливостиσR(j+1).

Примечание. Параметры кривой усталости NG и υ0 присуммировании не зависят от текущего значения предела выносливости.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое

РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ

1. Соединения трубопроводов испытывают вусловиях совместного действия на них статического внутреннего давленияжидкости, равного 1-1,25 рабочего, и симметричного (R = -1), а также от нулевого (R = 0) циклического изгиба с постояннымипараметрами циклов.

2. При симметричном циклическом изгибе (R = -1) испытывают выборку 10-15соединений. Испытания начинают с напряжений в опасных сечениях элементовсоединений ниже статического предела текучести. Критерием выхода соединения изстроя является потеря герметичности из-за усталости.

3. От соединения к соединению амплитудунапряжений уменьшают ступенями в 10-20 МПа. Первоначально базу испытанийпринимают равной 1-2 млн. циклов. После достижения этой базы проводятпредварительную обработку экспериментальных данных с определением Q, v0, NG,  и S. Если достигнутое при испытаниях максимальноечисло циклов до выхода соединения из строя больше NG, выбранную базу испытаний считают достаточной.При невыполнении этого условия испытания продолжают при более низких уровняхнапряжений до тех пор, когда максимальное число циклов до потери герметичностибудет больше NG.

4. При обработке экспериментального рядазначений Ni и σi используют метод наименьших квадратов иуравнение прямой

yi = + u0 zi,                                                           (1)

где                                                                 yi= si;

zi = .

Обработку ведут следующим образом. Задаютзначение Q и затем определяют  и v0:

;

.

По полученному значению v0 и принятому значению Qиз уравнения (1) определяютряд значений σRi и . За искомое значение Q, а также значения σR и v0 принимают расчетные значения, при которых  = min.Кроме того, определяют NG и S, а также доверительныеинтервалы для  и S.

5. Испытания при отнулевом изгибе (R = 0) ведут для определения чувствительности к асимметрии нагружениясоединений. При планировании и анализе результатов испытаний руководствуютсяпп. 2, 3 и 4 настоящего приложения.

По результатам испытаний определяют Q, v0, , NG и S.

Коэффициент чувствительности к асимметриинагружения ψ определяют по формуле

y = .

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКНАГРУЖЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЙ

1. Нагруженность элементов соединенийрегистрируют путем осциллографических или магнитографических записей случайныхпроцессов изменения напряжений в местах усталостного повреждения с помощьютензорезисторов. Регистрацию нагруженности проводят при испытаниях новых илимодернизированных машин.

2. Регистрируемыми характеристиками циклаявляются минимальное σmin и следующее за ним максимальное σmax напряжения цикла. Исходя из них, определяютсреднее значение

sm =

и амплитуду цикла

sa = .

3. Продолжительность регистрации должнаполностью характеризовать нагруженность элементов соединений в течениетехнологического периода эксплуатации машины.

4. Для сокращения объема информации,характеризующей нагруженность элементов соединений, и упрощения расчетов циклынапряжений, схематизированные в соответствии с ГОСТ 25.101-83, приводят кэквивалентным по повреждению симметричным циклам. При приведении используютуравнения:

si = sai + y smi (при smi > 0)

и

si = sai (при smi £ 0).

5. Приведенные напряжения располагают в убывающийвариационный ряд и для его статистической обработки используют экспоненциальноеуравнение в записи:

,

где σ0 - параметр экспоненты,МПа;

 - минимальное напряжение вариационного ряда,МПа;

nбл - число приведенных напряжений в вариационном ряду, МПа;

ni - порядковый номер напряжения σi в вариационном ряду.

6. Для определения параметровэкспоненциального распределения приведенных напряжений рекомендуетсяиспользовать аппарат линейного регрессионного анализа. При этом обозначают yi = - ln , xi = σi и определяют:

среднее напряжение

,

среднее значение логарифмов

,

меру рассеяния по напряжениям

Sx =,

меру рассеяния по логарифмам

Sy = ,

коэффициент корреляции

,

уравнение линии регрессии

y = .

Параметры распределения напряжений определяютпо формулам:

,

.

7. В тех случаях, когда коэффициент корреляциисущественно отличается от единицы, а при построении графика в системе координатsi - lnэкспериментальные точки значимо отклоняются от прямолинейной зависимости, дляописания распределения приведенных напряжений рекомендуется использоватьуравнение Релея

,

где В - параметруравнения, МПа. Параметры уравнения определяют по схеме п. 6 настоящегоприложения. При этом xi = σi2.

B = ,

.

8. Для расчетов циклической долговечностивоспроизводят ступенчатый нагрузочный блок с числом ступеней напряжений неменее восьми. Максимальное напряжение блока при экспоненциальном распределенииравно

,

а при распределении Релея

.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Рекомендуемое

ПРИМЕРЫ ОЦЕНКИ ДОЛГОВЕЧНОСТИСОЕДИНЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ

1. Расчет соединений при постоянных во временипараметрах циклического погружения.

1.1. Исходные данные - характеристики сопротивленияусталости соединений с врезающимся кольцом:

 = 197,6 МПа, υ0 = 39,8 МПа, NG = 4,15·105 циклов,  = 192,8 МПа, Smax = 13,6 МПа.

Требуется определить допустимый уровень напряжения,при котором обеспечивается долговечность не ниже 1,5 млн. циклов нагружений привероятности неразрушения 0,99.

1.2. Из уравнения п. 1.2 приложения 1определяют частное значение предела выносливости, соответствующее заданнойвероятности неразрушения (0,99)

sRr = 192,8 - 2,327×13,6 = 161,2 МПа.

1.3. Значение действующего напряжения σ, соответствующего циклической долговечности N = 1,5 млн. циклов, определяют из уравнения п. 1.1 приложения 1

.

Получаем σ = 163 МПа.

1.4. Таким образом, для обеспеченияциклической долговечности N = 1,5 млн. цикловсоединений с врезающимся кольцом при вероятности неразрушения 0,99 требуетсяограничить действующее напряжение значением 163 МПа.

2. РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ ВО ВРЕМЕНИРЕЖИМАХ ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ

2.1. Исходные данные - действующие напряженияраспределены экспоненциально во времени с параметрами: σc = 6,9 МПа,  = 18,9 МПа,  = 67,5 МПа, nбл = 1140 циклов; характеристики сопротивления усталости соединений сшаровым ниппелем:  = 96,2 МПа, υ0= 75,9 МПа, NG = 3,15·105циклов, σRmin = 90,7 МПа, Smax = 15,3 МПа.

Требуется оценить долговечность соединений привероятности неразрушения 0,999:

а) из уравнения п. 1.2 приложения 1определяют граничное значение предела выносливости, соответствующее заданнойвероятности неразрушения (0,999)

σRr = 90,7 - 3,09×15,3 = 43,4 МПа;

б) из уравнения п. 2.1 приложения 1определяют долговечность соединений (вычисления приведены в табл. 1).


Таблица 1

Циклическаядолговечность соединений

σRj, МПа

Qj·10-6, МПа·цикл

Число циклов Ni, тыс. циклов при напряжении на i-ой ступени блока σi, МПа

ΔNΣjтыс. циклов

67,5

62,1

56,7

51,3

45,9

40,5

35,1

29,7

24,3

относительной продолжительности действия σi в блоке, βi

0,0009

0,0018

0,0035

0,007

0,0167

0,0351

0,0763

0,1675

0,6912

43,4

13,6

262,3

333,2

438,5

613,5

1016,2

 

 

 

 

5396,7

39,5

12,4

216,0

270,9

349,0

468,5

679,4

1327,6

 

 

 

3859,7

34,1

10,7

163,7

202,6

256,0

332,8

451,8

664,5

1321,8

 

 

1772,0

28,7

9,01

122,2

149,9

186,9

238,3

313,2

431,2

645,6

1315,4

 

826,8

23,3

7,32

88,7

107,9

133,3

167,8

216,4

288,4

404,2

619,9

1306,2

780,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NΣ = ΣΔNΣj = 12635,3 тыс. циклов

Примечание. Экспоненциальноераспределение заменено 9-ступенчатым нагрузочным блоком.

Таблица2

Циклическаядолговечность соединений

σRj, МПа

Qj·10-6, МПа·цикл

Число циклов Ni, тыс. циклов при напряжении на i-й ступени блока σi, МПа

ΔNΣjтыс. циклов

67,5

62,1

56,7

51,3

45,9

40,5

35,1

29,7

24,3

относительной продолжительности действия σi в блоке, βi

0,0018

0,0035

0,0088

0,0202

0,0447

0,0860

0,1474

0,2237

0,464

43,4

13,6

262,3

333,2

438,5

613,5

1016,2

 

 

 

 

2148,6

39,5

12,4

216,0

270,9

349,0

468,5

679,4

1327,6

 

 

 

1974,8

34,1

10,7

163,7

202,6

256,0

332,8

451,8

664,5

1321,8

 

 

735,3

28,7

9,01

122,2

149,9

186,9

238,3

313,2

431,2

645,6

1315,4

 

387,0

23,3

7,32

88,7

107,9

133,3

167,8

216,4

288,4

404,2

619,9

1306,2

548,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NΣ = ΣΔNΣj = 5793,8 тыс. циклов

Примечание. Распределение Релея заменено 9-ступенчатым нагрузочнымблоком.


Получаем Nr = 12635,3 тыс. циклов;

в) учитывая, что в блоке 1140 циклов, выразимдолговечность соединений в технологических периодах работы машины

L =  =  = 11083технологических периодов.

2.2. Исходные данные - действующие напряженияраспределены во времени по функции Релея с параметрами: В = 24,4 МПа,  = 18,9 МПа, nбл = 1140 циклов,  = 67,5 Mпа; характеристики сопротивления усталостисоединений с шаровым ниппелем  = 96,2 МПа, υ0= 75,9 МПа, NG = 3,15·105циклов,  = 90,7 МПа, Smax = 15,3 МПа.

Требуется оценить долговечность соединений привероятности неразрушения 0,999:

а) из уравнения п. 1.2 приложения 1определяют граничное значение предела выносливости, соответствующее заданнойвероятности неразрушения (0,999)

σRr = 90,7- 3,09×15,3 = 43,4 МПа;

б) из уравнения п. 2.1 приложения 1определяют долговечность соединений (вычисления приведены в табл. 2).

Получаем Nr = 5793,8 тыс. циклов;

в) учитывая, что в блоке 1140 циклов, выразимдолговечность соединений в технологических периодах работы машины

L =  =  = 5082технологических периодов.

Мне нравится
Комментировать Добавить в закладки

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи.

Пожалуйста зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.