Приложение E (справочное). Испытания на усталость

Приложение E
(справочное)

Испытания на усталость

E.1 Режимы испытаний должны соответствовать ТУ изготовителя с учетом параметров укладки и эксплуатации шлангокабеля. Испытания должны быть спланированы таким образом, чтобы посредством анализа результатов был подтвержден требуемый срок эксплуатации шлангокабеля с запасом на возможные неопределенности, возникающие при проектировании.

В процессе верификации шлангокабеля, предназначенного для работы в статических условиях, должно быть показано, что его конструкция может выдержать нагрузки, приложенные, главным образом, в процессе укладки. Как правило, наиболее критичной областью является участок шлангокабеля в точке его выхода за борт судна в процессе укладки, где он подвержен значительным растягивающим и изгибающим нагрузкам. Должен быть проведен специальный анализ для определения наиболее критичной области.

В результате испытаний должно быть подтверждено, что шлангокабель соответствует требованиям ТУ изготовителя в отношении продолжительности и/или числа циклов нагружения, необходимых для подтверждения требуемого срока службы.

Если нахождение в изогнутом состоянии является критическим режимом для шлангокабеля, испытания для определения сопротивления усталости в процессе укладки следует проводить для репрезентативного образца шлангокабеля, который подвергается повторяющемуся изгибу с заданным радиусом и выпрямлению при одновременном действии растягивающей нагрузки. Приложенная нагрузка и частота повторения изгиба должны соответствовать планируемым условиям в процессе укладки. Образец должен выдержать заданное число изгибов без ухудшения функциональных характеристик шлангокабеля или разрушения его элементов. Если элементы были собраны в пучок с применением технологии с изменением направления раскладки, область шлангокабеля, подвергаемая изгибу, должна охватывать участок с изменением направления раскладки элементов.

Для шлангокабеля, предназначенного для работы в динамических условиях, должна быть проведена проверка, подтверждающая способность конструкции выдерживать растягивающие и изгибающие нагрузки, которым подвергается шлангокабель на протяжении всего срока эксплуатации. В зависимости от конфигурации после укладки и параметров качки нефтегазопромыслового сооружения шлангокабель может подвергаться нагрузкам в различных сочетаниях, которые могут включать следующие режимы нагружения:

a) значительная осевая нагрузка при малых углах изгиба;

b) незначительная осевая нагрузка при больших углах изгиба;

c) значительная осевая нагрузка при больших углах изгиба;

d) незначительная осевая нагрузка при малых углах изгиба.

При эксплуатации на небольших глубинах на шлангокабель оказывают воздействие незначительные осевые нагрузки при больших углах изгиба в точке подвешивания на плавучем нефтегазопромысловом сооружении. При эксплуатации в глубоководных районах на шлангокабель оказывают воздействие, как правило, значительные осевые нагрузки при малых углах изгиба. Другие режимы нагружения могут иметь место как результат формирования специальной конфигурации шлангокабеля при укладке, например при использовании среднеглубинного свода. В результате шлангокабель, эксплуатируемый в динамических условиях, может подвергаться воздействию широкого диапазона внешних переменных нагрузок, что должно быть учтено при разработке режима испытаний. Результат влияния таких переменных нагрузок на осевую нагрузку в шлангокабеле и величину изгиба, как правило, определяют с помощью анализа системы после укладки. На основе результатов этого анализа следует разработать таблицу условий проведения испытаний для определения механизма усталостного разрушения (см. пример, приведенный в таблице E.1).

Результаты анализа могут показать, что при очень малых величинах углов отклонения может возникать существенное число циклов изгиба. При таких величинах углов отклонения уровень циклических нагрузок в электрических проводниках и стальной проволоке может быть настолько мал, что может не определяться на кривых усталости. В данном случае должна быть рассмотрена необходимость проведения испытаний на усталостное разрушение при малых углах отклонения. Режим испытаний должен воспроизводить уровень усталостного повреждения шлангокабеля, который может возникать на протяжении его срока службы.

Для подтверждения усталостных характеристик шлангокабеля в районе его выхода с плавучего сооружения шлангокабель необходимо испытать на изгиб под действием растягивающей нагрузки с заделкой концевого фитинга. Если при эксплуатации концевой фитинг с заделкой имеет жесткие накладки или другие средства ослабления натяжения, то испытательный образец должен обладать аналогичной конструкцией.

Длина образца шлангокабеля должна определяться из расчета того, что образец должен содержать значительное число участков скрутки и шагов навивки каждого элемента шлангокабеля для точного моделирования процессов трения и износа между различными элементами шлангокабеля.

Рекомендуется, чтобы схема испытаний обеспечивала моделирование, непрерывный контроль и регистрацию функциональных нагрузок в критических с точки зрения усталостного разрушения местах, определенных по результатам общего анализа характеристик конструкции для рабочих параметров шлангокабеля (давление, температура и т.п.). Необходимо контролировать следующие параметры:

- изменения динамического натяжения и динамического изгиба конструктивных элементов шлангокабеля, определяемые в общем анализе характеристик конструкции;

- электрическую непрерывность каждого электрического кабеля;

- оптическую целостность оптического кабеля;

- другие рабочие параметры, например температуру

Необходимо предусмотреть возможность остановки цикла испытаний на испытательной установке, если отслеживаемые функциональные характеристики выходят за предварительно определенные пороговые значения.

Отчет по результатам испытаний должен включать сведения о схеме и калибровке испытательной установки, схему измерения деформаций (если применимо) и результаты измерений, процедуры испытаний, результаты испытаний, выполненных на каждом ключевом этапе, результаты проверки после проведения испытаний, расчеты сопротивления усталости и сведения о критической с точки зрения сопротивления усталости области на основе значений фактической нагрузки при испытаниях.

Таблица Е.1 - Пример таблицы проведения испытаний шлангокабелей, работающих в динамических условиях, на усталостное разрушение при изгибе

Блок (этап) испытаний	Нагрузка, кН	Число циклов	Угол отклонения, град.	Период, с	Продолжительность, сут (если не предусмотрено иное)
A	250	1,45  10 6	2	4	66,7
B	260	5,1  10 5	3	4	23,5
C	280	4  10 5	4	5	23,0
D	300	2,5  10 5	5	6	17,3
E	320	1,7  10 5	6	8	15,6
F	350	2,15  10 5	8	10	24,7
G	400	2500	От 0 до +10	10	0,3
H	400	2500	От 0 до -20	10	0,3
Итого	-	3  10 6	-	-	5,7 мес
Примечание - Значения нагрузки, углов, числа циклов и периодов приведены в качестве примера. На практике рекомендуется, чтобы они были получены по результатам анализа.