हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली के लिए टाइटेनियम हीटर के बर्स्ट दबाव की गणना करते समय कौन सा सुरक्षा कारक (2.0 बनाम 3.0) उपयुक्त है?

जब एक हाइड्रोलिक इंजीनियर उच्च दबाव वाले हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली के लिए एक टाइटेनियम हीटर डिजाइन करता है, जैसे कि विमान एक्चुएटर्स, उप-समुद्र उपकरण, या भारी मशीनरी में, तो सामग्री, विनिर्माण दोष और सेवा स्थितियों में भिन्नता के लिए विस्फोट दबाव की गणना में एक सुरक्षा कारक (एसएफ) शामिल होना चाहिए। पतली दीवार वाली टाइटेनियम ट्यूब का बर्स्ट दबाव (पी बर्स्ट) पी बर्स्ट=एसएफ (2σ अल्ट टी/डी) द्वारा दिया जाता है, जहां σ अल्ट परम तन्य शक्ति (ग्रेड 2: 345 एमपीए) है, टी दीवार की मोटाई है और डी बाहरी व्यास है। गैर-महत्वपूर्ण प्रणालियों के लिए जिनका नियमित आधार पर निरीक्षण किया जाता है, एसएफ=2.0 चुनने से आपको बर्स्ट प्रेशर मिलता है जो अधिकतम ऑपरेटिंग दबाव से दोगुना होता है। महत्वपूर्ण प्रणालियों या कंपन, दबाव स्पाइक्स या संक्षारक स्थितियों वाली प्रणालियों की सुरक्षा के लिए, तीन गुना बफर आवश्यक है। एसएफ=3.0 का चयन इसकी अनुमति देता है। उपयुक्त एसएफ विफलता के परिणामों और ऑपरेटिंग वातावरण पर निर्भर करता है।

टाइटेनियम दबाव घटकों के लिए सुरक्षा कारकों का चयन
विस्फोट दबाव के लिए सुरक्षा कारक में छह कारक शामिल हैं जो सरल घेरा तनाव गणना में शामिल नहीं हैं: 1) ट्यूब की दीवार की मोटाई में भिन्नता (आमतौर पर नाममात्र का +/- 5-10%), 2) अंडाकारता (-गोलाकारता से बाहर) विस्फोट दबाव को 10 -25% तक कम कर देता है, 3) सतह दोष (खरोंच स्थानीय ताकत को 20 -50%) कम कर देता है, 4) तापमान कम हो जाता है (ताकत कम हो जाती है) 100 डिग्री बनाम कमरे के तापमान पर 10-20%), 5) थकान (चक्रीय दबाव जीवन को कम कर देता है), और 6) संक्षारण भत्ता (समय के साथ दीवार का पतला होना)। 2.0 (गैर-महत्वपूर्ण हाइड्रोलिक सिस्टम के लिए सामान्य) के सुरक्षा कारक के साथ आप मानते हैं कि ये चर अच्छी तरह से विनियमित हैं और सिस्टम का नियमित निरीक्षण किया जाता है। 3.0 का सुरक्षा कारक (जैसा कि एएसएमई धारा VIII के अनुसार दबाव वाहिकाओं के लिए प्रथागत है) सभी कारकों के सबसे खराब स्थिति संयोजन और निरीक्षण के लिए कोई पहुंच नहीं मानता है।

विशिष्ट ट्यूब आकारों के लिए एसएफ =2.0 बनाम एसएफ =3.0 बर्स्ट दबाव मात्रा
ट्यूब ओडी (मिमी)|दीवार की मोटाई (मिमी)|अधिकतम परिचालन दबाव (बार) एसएफ पर =2.0|एसएफ पर अधिकतम परिचालन दबाव (बार) =3.0 |अनुशंसित अनुप्रयोग 12.7 1.0 108 72 कम दबाव, गैर{3}गंभीर 12.7 1.5 163 108 मध्यम दबाव
16.0 1.5 130 86 सामान्य हाइड्रोलिक 16.0 2.0 173 115 उच्च दबाव 20.0 1.5 104 69 मध्यम दबाव, बड़ा प्रवाह
20.0 2.0 138 92 सामान्य औद्योगिक 20.0 2.5 173 115 उच्च - दबाव हाइड्रोलिक 25.4 2.0 109 73 समुद्र के नीचे मध्यम दबाव
25.4 2.5 136 91 गहरे उपसमुद्र, एसएफ=3.0 25.4 3.0 163 109 उपसमुद्र, एसएफ{2}} आवश्यक
परिदृश्य के आधार पर सुरक्षा कारक चुनने के लिए मार्गदर्शिका
विफलता के अनुप्रयोग और परिणाम विशिष्ट कार्य दबाव (बार) अनुशंसित एसएफ तर्क
विमान हाइड्रोलिक लाइन हीटर (सुरक्षा महत्वपूर्ण) 210-350 3.0-4.0 विफलता के कारण नियंत्रण खो जाता है। उच्च एसएफ होना चाहिए.
समुद्र तल नियंत्रण प्रणाली (1500 मीटर गहराई, 150 बार बाहरी) 200 (आंतरिक) 3.0 बाहरी दबाव पतन का कारण बन सकता है . 3.0 न्यूनतम एपीआई 17ई एसएफ=
औद्योगिक हाइड्रोलिक प्रेस (गैर-महत्वपूर्ण) 150-250 2.0 आवधिक निरीक्षण। विफलता से डाउनटाइम होता है, सुरक्षा खतरा नहीं।
कृषि उपकरण हाइड्रोलिक हीटर 100-200 2.0 मध्यम परिणाम। एसएफ=2.0 मानदंड.
मोबाइल मशीनरी (खुदाई, लोडर) 200-300 2.5 कंपन और शॉक लोड को मध्यवर्ती एसएफ की आवश्यकता होती है।
परीक्षण स्टैंड हीटर (रुक-रुक कर, पर्यवेक्षित) 400 2.0 तक, यदि रिसाव का पता चला तो तत्काल बंद कर दिया जाएगा।
समुद्री जल हाइड्रोलिक प्रणाली (संक्षारक) 100-150 3.0 संक्षारण भत्ता की आवश्यकता। एसएफ=3.0 दीवार के पतले होने के कारण था।
High-cycle hydraulic system (>1 मिलियन चक्र/वर्ष)कोई भी 3.0+ थकान विश्लेषण एसएफ=3.0 भारी चक्रों के लिए अच्छा नहीं है। S-N वक्र की थकान गणना आवश्यक है।
इंजीनियरिंग कारक आवश्यक सुरक्षा कारक को बढ़ा रहे हैं
निम्नलिखित में से कोई भी स्थिति मौजूद होने पर सुरक्षा कारक को 3.0 या उससे अधिक तक बढ़ाएँ। वेल्डेड ट्यूब (हाइड्रोलिक सेवा के लिए अनुशंसित) वेल्ड सीम पर फटने के दबाव को 20-40% तक कम कर देता है। 80C ऑपरेटिंग तापमान से ऊपर टाइटेनियम की ताकत में 10-20% की कमी के कारण, एसएफ को तापमान व्युत्पन्न कारक के आधार पर समायोजित किया जाना चाहिए। दबाव साइकिलिंग (10,000 चक्र/वर्ष से अधिक) के लिए थकान विश्लेषण की आवश्यकता होती है। एसएफ=3.0 शायद पर्याप्त न हो। संक्षारक वातावरण (समुद्री जल, एसिड) में, दीवार समय के साथ पतली हो जाती है और एसएफ को अपेक्षित गिरावट को ध्यान में रखना पड़ता है। गतिशील विस्फोट गणना में कंपन और यांत्रिक झटके के कारण अतिरिक्त तनाव को ध्यान में रखना चाहिए। इन मापदंडों के किसी भी संयोजन के लिए, केवल सुरक्षा कारक पर निर्भर रहने के बजाय पूर्ण परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) और थकान जीवन भविष्यवाणी के साथ एक डिजाइन समीक्षा की सिफारिश की जाती है।

निष्कर्ष: सुरक्षा के लिए एसएफ{0}}महत्वपूर्ण, हाइड्रोलिक सेवा के लिए एसएफ{2}}महत्वपूर्ण, गैर{3}}महत्वपूर्ण
2.0 का सुरक्षा कारक गैर-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है जहां हीटर की विफलता के कारण केवल डाउनटाइम हो सकता है और हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली की नियमित रूप से निगरानी की जाती है, उदाहरण के लिए हाइड्रोलिक नियंत्रण प्रणाली में टाइटेनियम हीटर का फट दबाव। सुरक्षा कारक 3.0 महत्वपूर्ण (विमान, पनडुब्बी, उच्च दबाव) या संक्षारक स्थितियों, कंपन, या दबाव चक्रण के लिए आवश्यक है। एसएफ =2.0 और एसएफ =3.0. के बीच ऑपरेटिंग दबाव में एक बड़ा अंतर है, उदाहरण के लिए, 20 मिमी x 2.0 मिमी व्यास की एक टाइटेनियम ट्यूब को एसएफ =2.0 के साथ 138 बार पर संचालित किया जा सकता है, लेकिन एसएफ =3.0 के साथ केवल 92 बार पर, 33% का अंतर। किसी भी हाइड्रोलिक अनुप्रयोग के लिए टाइटेनियम हीटर निर्दिष्ट करते समय, आपूर्तिकर्ता को अधिकतम ऑपरेटिंग दबाव, ऑपरेटिंग तापमान, चक्रीय कर्तव्य और विफलता के परिणाम प्रदान किए जाने चाहिए ताकि सही सुरक्षा कारक का चयन किया जा सके और सुरक्षा और प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सही दीवार की मोटाई निर्दिष्ट की जा सके।