Jakie są właściwości mechaniczne śrub rur olejowych w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia?

W warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia właściwości mechaniczne Śruby z rurą olejową są kluczowym czynnikiem zapewniającym bezpieczeństwo i niezawodność połączeń rurociągowych. W tym środowisku śruby muszą wytrzymać ekstremalne warunki pracy, w tym wyzwania, takie jak wysokie naprężenie, rozszerzalność cieplna, korozja i pełzanie. Poniżej znajduje się szczegółowa analiza właściwości mechanicznych śrub rur olejowych w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia:

1. Wpływ wyboru materiału na właściwości mechaniczne
Stal stopowa o wysokiej wytrzymałości:
W warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia stal stopowa o wysokiej wytrzymałości (taka jak 42CRMO, AISI 4140 lub AISI 8740) jest zwykle wybierana jako materiał śruby. Materiały te mają wysoką wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności i mogą odpierać odkształcenie plastyczne pod wysokim ciśnieniem.
Stal nierdzewna:
Jeśli w środowisku istnieje pożywka korozyjna (taka jak siarkowodór, dwutlenek węgla lub słona woda), można wybrać stal nierdzewną z lepszą odpornością na korozję (taką jak 316L, dupleks ze stali nierdzewnej lub stal nierdzewna super dupleks). Chociaż wytrzymałość stali nierdzewnej może być niższa niż w niektórych stalach stopowych, jego odporność na korozję i stabilność w wysokiej temperaturze sprawiają, że jest to idealny wybór.
Super stopy:
W wyjątkowo wysokich temperaturach (ponad 500 ° C) i warunkach wysokiego ciśnienia można zastosować super stopy niklu lub kobaltu (takie jak Inconel 718, Hastelloy C-276). Materiały te mają doskonałą wytrzymałość w wysokiej temperaturze, odporność na utlenianie i odporność na pełzanie.
2. Wpływ wysokiej temperatury na właściwości mechaniczne
Zmniejszenie wytrzymałości na rozciąganie i granica plastyczności:

Wraz ze wzrostem temperatury wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności materiałów metali znacznie się zmniejszy. Na przykład powyżej 400 ° C wytrzymałość zwykłej stali węglowej może zmniejszyć się o 30%-50%. Dlatego odpowiedni materiał należy wybrać zgodnie z rzeczywistą temperaturą roboczą.
Zjawisko pełzania:
W wysokich temperaturach materiały metalowe zostaną ulegne zjawisku pełzania, to znaczy deformacja tworzywa sztucznego stopniowo występuje pod stałym naprężeniem. Aby uniknąć awarii połączenia spowodowanego pełzaniem, należy wybrać materiały o dobrej odporności na pełzanie, a naprężenie robocze śrub powinno być kontrolowane w dopuszczalnym zakresie.
Współczynnik rozszerzalności termicznej:
Różnica współczynników rozszerzalności cieplnej różnych materiałów może powodować luźne lub zbyt szczelne dopasowanie śruby a rurą olejową. Dlatego podczas projektowania należy rozważyć dopasowanie rozszerzeń cieplnych, aby uniknąć wycieku lub uszkodzenia spowodowanego naprężeniem termicznym.
3. Wpływ wysokiego ciśnienia na właściwości mechaniczne
Opór kompresji:
W warunkach wysokiego ciśnienia śruby muszą wytrzymać ogromne naprężenie osiowe. Jeśli wytrzymałość na rozciąganie śruby jest niewystarczająca, może powodować złamanie gwintu lub awaria połączenia. Dlatego minimalny wymagany rozmiar śruby i stopień wytrzymałości należy obliczyć na podstawie ciśnienia roboczego.
Wydajność zmęczenia:
W środowisku wysokiego ciśnienia i wibracji śruby mogą być poddawane okresowym stresie, który może powodować złamanie zmęczeniowe. W celu poprawy odporności na zmęczenie, można wybrać śruby, które zostały zagłębione i wzmocnione na poziomie lub wzmocnione powierzchni.
Wydajność uszczelnienia:
W warunkach wysokiego ciśnienia kluczowe jest wydajność uszczelnienia śrub. Połączenia gwintowane mogą powodować wyciek śladu z powodu wysokiego ciśnienia, dlatego konieczne jest połączenie pierścieni uszczelnienia, surowej taśmy lub innych metod uszczelnienia w celu zwiększenia efektu uszczelnienia.
4. Powszechne problemy i rozwiązania
Luźne śruby:
W warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia śruby mogą stopniowo rozluźniać z powodu rozszerzenia cieplnego i wibracji. Aby rozwiązać ten problem, można podjąć następujące środki:
Używaj przeciwkołanych orzechów lub podkładek blokujących;
Zastosuj klej blokujący wątek (taki jak Loctite);
Zwiększ obciążenie wstępne, ale uważaj, aby nie przekroczyć granicy plastyczności śruby.
Zużycie nici:
Przy obciążeniach dynamicznych pod wysokim ciśnieniem nici mogą się zużywać z powodu tarcia. Życie usługowe można przedłużyć:
Hartowanie powierzchni nici (takie jak azotowanie lub chromowanie);
Używanie materiałów o wyższym odporności na zużycie;
Regularnie sprawdzanie i zastępowanie poważnie zużytych śrub.
Pękanie korozji stresu:
W środowiskach o wysokiej temperaturze, wysokim ciśnieniu i pożywce korozyjnej śruby mogą cierpieć z powodu pękania korozji naprężeń. Rozwiązania obejmują:
Wybór materiałów opornych na korozję;
Zmniejszenie naprężenia roboczego śrub;
Zastosowanie powłoki antykorozyjnej do śrub.

Aby zapewnić niezawodność i bezpieczeństwo śrub, czynniki te należy rozważyć kompleksowo, a projekt należy zoptymalizować poprzez rygorystyczne testy i weryfikację. Ostateczny wybór powinien opierać się na konkretnym scenariuszu aplikacji, aby upewnić się, że śruby mogą spełniać wymagania dotyczące wydajności przez cały okres użytkowania.