«Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина»

Исследование влияния фреттинга на опасность разгерметизации фланцевых соединений на объектах ГРС в условиях повышенных вибраций

УДК: 539.375.6
DOI: 10.33285/2073-9028-2022-2(307)-158-171

Авторы:

¹ Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, Москва, Российская Федерация

Ключевые слова: газораспределительная станция (ГРС), повышенная вибрация, фреттинг, фланцевое соединение, герметичность, давление обжатия

Аннотация:

В статье представлены выявленные в ходе исследования особенности развития фреттинга на контактирующих поверхностях фланцевых соединений при использовании уплотнений из различных материалов и его влияние на герметичность в условиях повышенных вибраций. На основании проведенного физического эксперимента установлены и описаны закономерности изменения интенсивности изнашивания в зависимости от усилия прижатия в зоне контакта фланец – уплотнение и скорости вибрации для различных пар трения. Получено, что использование уплотнений из терморасширенного графита (ТРГ) и полиуретана при повышенных вибрациях нецелесообразно в силу формирования недопустимого по отношению к первоначальной толщине прокладки накопленного износа, а применение уплотнений из паронита и углеродистой стали в условиях высоких вибрационных нагрузок характеризуется менее интенсивным изнашиванием. Паронит за счет сжатия под большой нагрузкой и стойкости к различным климатическим воздействиям способен дольше обеспечивать герметичность фланцевого соединения. Определено, что развитие фреттинга во фланцевых соединениях, работающих в условиях повышенных вибраций, приводит к интенсивному снижению давления обжатия прокладки и уменьшению времени безаварийной эксплуатации, однако чем меньше рабочее давление внутри трубопровода, тем больше времени будет сохраняться герметичность фланцевых соединений. Для предотвращения аварий на газораспределительной станции (ГРС) и своевременной замены паронитовых прокладок предложена методика прогнозирования работоспособности такого уплотнения.

Список литературы:

1. Использование демпфирующих свойств материалов для изготовления нефтегазового оборудования [Электронный ресурс]: Учебно-методическое пособие/Ю.С. Дубинов, А.К. Прыгаев, О.Б. Дубинова, А.К. Кузнецов. – М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2021.
2. Голего Н.Л., Алябьев А.Я., Шевеля В.В. Фреттинг-коррозия металлов. – Киев: Техника, 1974. – 272 с.
3. Островский М.С. Фреттинг как причина снижения надежности горных машин//Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2011. – № 3. – С. 315–331.
4. Петухов А.Н. Фреттинг и фреттинг-усталость в малоподвижных соединениях//Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. Академика С.П. Королева. – 2006. – № 1–2. – С. 115–120.
5. Модель развития фреттинг-коррозии в поверхностном слое листа рессоры/И.И. Артемов, В.Д. Кревчик, С.Б. Меньшова, В.В. Келасьев//Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2011. – № 1. – С. 213–224.
6. Ковалевский В.В. Адгезионная модель износа при малоамплитудном фреттинг-процессе//Трение и износ. – 1986. – Т. 7, № 4. – С. 647–653.
7. Шалапко Ю.И., Тарасова Т.В. Процессы динамики поверхностных слоев при малоамплитудном фреттинге//Трение и износ. – 2013. – Т. 34, № 3. – С. 227–236.
8. Tomlinson G.A., Thorpe P.L., Gough H.G. An Investiqation of the Fretting Corrosion of Closely Fitting Surfaces//Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. – 1939. – Vol. 141. – P. 223–237.
9. Vincent L. Mechanisms and materials in fretting//Wear. – 1992. – Vol. 153. – P. 135–138.
10. On the Prediction of the Crack Initiation Path in Fretting Fatigue/L. Bohorquez, J. Vazquez, C. Navarro, J. Dominguez//Theoretical and Applied Fracture Mechanics. – 2019. – Vol. 99. – P. 140–146.
11. The Effect of Wear on Short Crack Propagation under Fretting Conditions/L. Xin, L. Jinxiang, Z. Zhengxing, Z. Huayang//International Journal of Mechanical Sciences. – 2019. – Vol. 157–158. – P. 552–560.
12. Fontes do Rego E.M., Antunes M.A., de Oliveira Miranda A.C. A Methodology for Fretting Fatigue Life Estimation Using Strain-Based Fracture Mechanics//Engineering Fracture Mechanics. – 2018. – Vol. 194. – P. 24–41.
13. Ognjanovic M., Milos M., Kolarevic N. Testing and Prediction of Structural Failures Caused by Fretting//Materialstoday: Proceedings. – 2016. – Vol. 3, № 4. – P. 1103–1107.
14. A Quantitative Approach to Evaluate Fretting Fatigue Limit Using a Pre-Cracked Specimen/ K. Masanobu, K. Shunsuke, T. Daisuke, K. Yoshiyuki//Tribology International. – 2017. – Vol. 108. – P. 48–56.
15. Развитие фреттинга при эксплуатации газотранспортных объектов/О.Ю. Елагина, А.Г. Буклаков, О.Б. Дубинова, Ф. Новотни-Фаркас//Трение и износ. – 2021. – Т. 42, № 5. – С. 562–571.
16. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. – М.: Машиностроение, 1990. – 368 с.