Приложение Б (обязательное). Метод экспериментального проектирования клапанов

Приложение Б
(обязательное)

Метод экспериментального проектирования клапанов

Б.1 Общая информация

Б.1.1 Общие положения

Для выбранного материала методом экспериментального проектирования проверяется прочность корпуса клапана, нагруженного внутренним давлением. Также должны быть учтены другие силы или моменты (например, через шпиндель в седле клапана или силы уплотнения, передаваемые шпинделем в седло клапана, или монтаж шпинделя, силы уплотнения на фланцевых прокладках, или силы от приводных устройств), а также ослабление или утонение материала по какой либо другой причине (причинах) например, коррозия.

Клапаны, которые до этого метода подвергались воздействию давления, превышающего допустимое давление PS, например в результате испытания, проведенного изготовителем, не должны использоваться в качестве прототипов для проверки экспериментальным методом.

Б.1.2 Выбор и проверка свойств материала

Материал испытываемого клапана должен подвергается тому же технологическому процессу обработки (например, термическая обработка), что и для серийного производства.

Б.1.3 Условия испытаний

Испытания конструкции, а также испытания на прочность корпуса клапана проводятся при температуре окружающей среды (20 5) °С. Соответствующее давление, применяемое для испытаний, должно поддерживаться в течение 15 мин.

При испытаниях на давления P _F и P _Test должны использоваться не менее трех образцов. Менее благоприятные результаты должны быть зарегистрированы как результат испытаний.

Должны быть проведены следующие два испытания:

а) испытание в полностью собранном состоянии при испытательном давлении P _F в соответствии с Б.2;

б) испытание корпуса клапана при испытательном давлении P _Test в соответствии с Б.3. Это давление близко к действующему при разрушении корпуса клапана.

Б.1.4 Испытание при максимально допустимом расчетном испытательном давлении P _F

Это испытание проводится на оригинальном клапане в сборе. Тем не менее, клапан разрешается разбирать или заменять чувствительные к давлению детали, если они не являются деталями, нагруженными давлением.

Для проверки прочности и внешней герметичности при давлении, равном максимально допустимому расчетному испытательному давлению P _F, применяется газ (например, азот, воздух, гелий). Во время испытания затвор клапана открыт, в результате чего давление до и после седла клапана одинаково. В качестве альтернативы, давление должно применяться одновременно с обеих сторон клапана. Давление постепенно увеличивается до максимально допустимого расчетного испытательного давления P _F и должно поддерживаться на этом уровне в течение 10 мин.

Как правило, при этом уровне давления разрушения корпуса клапана не ожидается, тем не менее, в соответствии с 9.1 настоящего стандарта следует соблюдать особые меры предосторожности при испытаниях под давлением с использованием газа.

До тех пор, пока испытательное давление P _F не будет достигнуто, и в течение времени действия этого давления не должно быть пластической деформации деталей, нагруженных давлением. Однако для чувствительных к давлению деталей допускается пластическая деформация при условии, что отсутствует утечка.

Чтобы проверить наличие пластической деформации, давление полностью снижают и корпус клапана проверяют на любую деформацию в достаточном количестве мест на клапане, которые являются характерными для корпуса клапана.

Б.1.5 Испытание при минимальном испытательном давлении разрыва P _Test

Чтобы проверить адекватные размеры корпуса клапана при давлении, равном минимальному испытательному давлению разрыва P _Test, испытание проводят давлением воды. Необходимо соблюдать осторожность и перед этим выпустить воздух из клапана.

Давление постепенно повышается до требуемого давления разрыва P _Test и должно поддерживаться на этом уровне в течение 10 мин.

Если во время повышения давления до минимального испытательного давления разрыва P _Test утечка происходит до того, как этот уровень достигнут, это должно компенсироваться до тех пор, пока не будет достигнуто предполагаемое давление, например путем увеличения объема потока или силы уплотнения или дополнительными конструктивными мерами. Изменения, которые приводят к увеличению или уменьшению прочности деталей, подверженных давлению при приложении испытательного давления на разрыв (по сравнению с неизменной конструкцией) могут не проводиться. Для улучшения герметичности могут быть внесены изменения, но для этого испытания необязательно, чтобы клапан был снабжен всеми оригинальными деталями (например, винтами, болтами, уплотнительными элементами). Детали, не установленные во время испытания, должны быть проверены на прочность другими методами (см. 7.3). Чувствительные к давлению детали, которые не выдерживают применения минимального испытательного давления при разрыве P _Test, могут быть сняты или заменены перед испытанием.

Детали клапана могут быть испытаны отдельно давлением в зависимости от материала и назначения клапана.

Б.1.6 Документация

Отчет об испытании должен содержать подробную информацию о клапане, методике испытаний, испытательной сборке, включая возможные изменения клапана, используемых измерительных приборов или методов измерения, а также сведения о точности отдельных величин, подлежащих измерению.

В конце серии испытаний достижение исходного состояния измерительной системы должно быть проверено и задокументировано.

Процессы производства, которые имеют отношение к прочности (например, глубокая вытяжка, термическая обработка), должны быть зарегистрированы как часть этой документации.

Б.2 Определение максимально допустимого расчетного испытательного давления P _F

Предварительным условием для определения максимально допустимого расчетного испытательного давления P _F является то, что максимально допустимое давление PS соответствует расчетным условиям в соответствии с таблицей А.1.

Максимально допустимое расчетное испытательное давление P _F определяется на основе предполагаемого максимально допустимого давления при температуре окружающей среды PS ₀. P _F должно быть выбрано одним из следующих:

,

(Б.1)

где P _F - максимально допустимое расчетное испытательное давление;

PS - максимально допустимое давление;

PS ₀ - максимально допустимое давление при температуре окружающей среды (от 10 °С до + 50 °С) в соответствии с расчетом прочности (без температурной коррекции);

- фактор безопасности;

X - корректировка фактической толщины стенки относительно толщины стенки конструкции;

Y - коррекция на основе значения прочности материала испытуемого образца относительно прочности материала рассчитанного клапана Y = R _mact/R _mcon.

Если выражение для Y не может быть определено для конструкции клапанов категории I (см. приложение Д), тогда Y должно быть установлено равным 1,05.

Для фактора значения, приведенные в таблице А.1, должны использоваться для соответствующей группы материалов.

Б.3 Определение минимального испытательного давления разрыва P _Test

Минимальное разрывное испытательное давление P _Test рассчитывают по формуле

,

(Б.2)

где P _Test - минимальное разрывное испытательное давление;

PS ₀ - максимально допустимое давление при температуре (от 10 °С до 50 °С) в соответствии с расчетом прочности (без температурной коррекции);

S _con - коэффициент запаса прочности в соответствии с таблицей А.1;

X - корректировка фактической толщины стенки относительно толщины стенки конструкции (см. Б.4);

Y - коррекция на основе значения прочности материала испытуемого образца относительно прочности материала рассчитанного клапана Y = R _mact/R _mcon;

Z - коэффициент, компенсирующий качество соединения (например, сварного соединения);

C _Q - коэффициент, компенсирующий качество отливки.

Если выражение для Y не может быть определено для конструкции клапанов категории I (см. приложение Д), тогда Y должно быть установлено равным 1,05.

Z - поправочный коэффициент, учитывающий качество соединения в соответствии с таблицей А.2 для материалов с номерами от 1 до 8 в соответствии с таблицей А.1 (в противном случае Z = 1,0).

C _Q - поправочный коэффициент, учитывающий качество отливки в соответствии с таблицей А.3 для материалов с номером 9 в соответствии с таблицей А.1 (в противном случае C _Q = 1,0).

Испытание считается пройденным, если при этом давлении отсутствует разрушение корпуса клапана.

Б.4 Поправка на фактическую толщину стенки

Разницу между фактической толщиной стенки и толщиной стенки в чертеже необходимо учитывать с использованием поправочного коэффициента. Кроме того, во время проектирования с помощью этого поправочного коэффициента может быть учтено уменьшение толщины стенки из-за коррозии.

Примечание - В [4], раздел 6.2, содержится дополнительная информация о том, как учитывать коррозию.

Может учитываться опыт производителя или рассчитываться коэффициент компенсации коррозии по формуле

,

(Б.3)

где e _act - фактическая толщина стенки в заданных точках измерения проверяемого клапана;

е _con - толщина стенки детали, указанная в проектном чертеже;

- отрицательный допуск на толщину стенки;

е _с - уменьшение толщины стенок вследствие воздействия коррозии.

Если значение Х не может быть определено для клапанов с DN 80, то Х должно быть принято равным 1,05.

Для DN > 80 максимальное значение Х должно составлять 1,25.

Пример уменьшения толщины стенки из-за воздействия коррозии е _с, при уменьшении толщины стенки в год на постоянную величину, может быть рассчитан по формуле

,

(Б.4)

где - уменьшение толщины стенок в год;

а - время жизни в годах; для клапанов - 20 лет.

Если уменьшение толщины стенки из-за коррозии не учитывается при проектировании с учетом поправочного коэффициента, то для расчета давления испытания на разрыв необходимо рассчитать Х при е _с = 0,0.