Факторы, влияющие на эксплуатацию и выбор металлорукава высокого давления

При выборе металлорукава высокого давления для конкретного использования следует проанализировать ряд факторов, влияющих на функциональность металлорукавов высокого давления и их долговечность.

Давление и температура эксплуатации рукава высокого давления

Прочность на разрыв гофры и оплетки металлорукава высокого давления в целом определяется рабочим давлением транспортируемой среды, однако существенно снижает показатели прочности, как повышение температуры, так и характер нагрузки, оказываемый давлением на поверхность гофры. При значительных температурах металла гофры и оплетки металлорукава высокого давления снижение прочности на разрыв может доходить до 50%, поэтому в европейских и отечественных стандартах введены коэффициенты, учитывающие снижение прочности на разрыв в зависимости от температуры для основных марок нержавеющей стали.

Кроме этого, существуют коэффициенты, учитывающие характер нагрузки на металлорукав высокого давления. Так, если статическое внутреннее давление в системе не снижает прочностные характеристики металорукава высокого давления, то пульситрующие нагрузки уменьшают прочность на разрыв почти на 50%, а импульсные с значительными «всплесками» давления — на 83%.

Металлорукава высокого давления для эксплуатации при криогенных температурах

Исследования хрупкого разрушения стали для металлорукавов высокого давления показывают, что, хотя многие сплавы имеют хорошую вязкость при комнатной температуре, при низких температурах они становятся хрупкими и разрушаются при небольших нагрузках. Например, ферритные, мартенситные и дуплексные нержавеющие стали, как правило, становятся ломкими при снижении температуры и разрушения (иногда с катастрофическими результатами) могут происходить быстро, без каких-либо внешних признаков. Поэтому сплавы для низких температур службы должны иметь соответствующий комплекс механических свойств (ударная вязкость, прочность на разрыв и, конечно, пластичность), сохраняемый в готовом изделии и гарантирующий долговечность эксплуатации металлорукава высокого давления.

Сегодня признанными «криогенными» лидерами являются аустенитные нержавеющие стали, металлорукава высокого давления из которых успешно используются в Арктике и в установках обработки и хранения жидких газов, таких как азот с температурой ниже −196 °С, а также нержавеющие стали с стабилизирующими ферритными добавками, эксплуатируемые при температурах до −200 °C.

Скорость потока и потери давления в металлорукавах высокого давления

Сегодня уже является общепризнанным фактом, что скорость потока транспортируемой рабочей среды в металлорукавах высокого давления не должна превышать 50 м/сек. для газов или 25 м/сек. для жидкостей, в противном случае резонансные вибрации могут привести к разрушению элементов гофры, причем вне зависимости от способа ее изготовления (вальцовкой, гидроформованием). Прокладка в гофре уплотнений из полимерных материалов несколько увеличивает предельные значения скорости потока транспортируемой среды, но только в случае, если уплотнение жестко зафиксировано в профиле гофры металлорукава высокого давления.

Поскольку гофрированные металлорукава высокого давления используются для транспортировки вещества различной консистенции (газообразного, жидкого или твердого), одним из важных факторов, который необходимо учитывать при разработке систем с металлорукавами высокого давления, является потеря давления. Благодаря профилю гофры потери давления в металлорукавах значительно выше, чем у стальных труб — почти на 100%, и около 20% — 25% выше, чем у тефлоновых или резиновых РВД.

Вибрация и минимальной длина металлорукава высокого давления

Большие по амплитуде вибрации могут быть очень вредны для металлорукавов высокого давления, поскольку приводят к усталостным деформациям, вызывающим появление и развитие трещин в теле гофры, а следовательно и преждевременному выходу из строя всей конструкции. Поэтому для уменьшения вредного воздействия вибрации при изготовлении следует принимать во внимание такие факторы, как соответствующая длина металлорукава высокого давления, рабочее давление транспортируемой среды, тип вибрации и динамические нагрузки.

Исключительное значение в контексте снижения вибраций имеет правильный монтаж металлорукава высокого давления. Кроме того, следует учитывать, что для определенного условного внутреннего диаметра металлорукава высокого давления существует минимально допустимое значение его длины, которое зачастую приводится производителями в технической документации. Но в случае возможности возникновения сильных импульсных скачков внутреннего давления эти показатели должны быть увеличены в 0.32 раза.

Влияние внешнего давления на эксплуатацию металлорукавов высокого давления

При рассмотрении случаев, когда металлорукава высокого давления будут использоваться в системе под внешним давлением или в условиях «вакуума», следует понимать, что сегодня определение вакуума используется для обозначения какого-либо давления, которое ниже стандартного атмосферного давления. Наиболее широко используемой единицей измерения вакуума является Torr (по имени итальянского ученого Торричелли). А стандартное атмосферное давление может быть выражено в следующем виде: 1 атмосфера = 760 Torr = 14,7 PSI. По данным Columbia Encyclopedia технически вакуум не может быть получен и, следовательно, выражение «полный вакуум» или «вакуума» нельзя считать корректными. В околоземном космическом пространстве давление порядка 0,00001 Torr, в ротационных пластинчатых насосах разрежение — от 1 до 0,01 Torr, жидкостно-кольцевых вакуумных насосах — 24 Torr, а бытовых пылесосах — 600 Torr.

Поэтому гофрированные металлорукава высокого давления могут быть использованы в «вакууме» при условии адекватно выполненных изгибов при монтаже и длине. Внешнее давление воздуха стремиться сдавить гофру металлорукава высокого давления, а не расширить ее аксиально. Но при проектировании гидросистем с металлорукавами высокого давления стоит учитывать весь комплекс воздействующих на гофру сил, а не только параметры внешнего давления.