1326

Нефрас С2-80/120 является накопителем статического заряда. Обычно жидкость считают непроводником статического заряда, если ее электропроводность ниже 100 пСм/м (100·10 E–12 См/м) и считают полупроводником статического заряда, если ее

электропроводность ниже 10,000 пСм/м. В случае, если жидкость является непроводником или полупроводником, меры предосторожности одинаковы. Ряд факторов, например, температура жидкости, присутствие загрязняющих примесей, антистатические добавки и фильтрация, могут сильно влиять на электропроводность жидкости.

По воздействию на организм человека нефрас относят к умеренно опасным веществам. В ряду с ним толуол, ацетон, этилацетат, БР-2 (последний наиболее безопасен).

При концентрациях выше предельно допустимых значений нефрас вызывает раздражение глаз и дыхательных путей, может вызвать головную боль и головокружение; оказывает анастатическое действие и может иметь другие эффекты воздействия на центральную нервную систему. Небольшие количества растворителя, попавшие в легкие, могут вызывать химические пневмониты или отек легких. Воздействие легких углеводородов в очень больших количествах (в замкнутом пространстве) может вызвать аномалии сердечного ритма (аритмии).

Нефрас С 50/170 – прозрачная маслянистая жидкость с характерным запахом нефтепродуктов, относится к четвертому классу токсичности. Температура вспышки нефраса в закрытом тигле минус 39 °С, температура воспламенения 435 °С. Пределы взрываемости паров нефраса в смеси с воздухом 0,82–5,9 об.% [2].

Для предотвращения опасных разрядов статического электричества скорость движения и истечения нефраса не должна превышать 1,2 м/с при диаметре трубопроводов до 200 мм.

Нефрас должен поступать в резервуары ниже уровня находящегося в них остатка продукта. В начале заполнения порожнего резервуара нефрас должен подаваться со скоростью не более 1 м/с до момента затопления конца загрузочной трубы.

Для предупреждения возможности возникновения опасных искровых разрядов с поверхностей оборудования, перерабатываемых веществ, а также тела человека необходимо предусматривать отвод зарядов путем заземления оборудования и коммуникаций, а также обеспечение постоянного электрического контакта с заземлением тела человека в соответствии с правилами защиты от статического электричества в производствах химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Учитывая физические свойства нефраса, помещение бензопромывочного отделения, согласно [3], относится к категории А – повышенная взрывопожароопасность.

Пожары с применением нефраса не исключены, так как нефрас – быстровоспламеняющееся вещество. Любое искрообразование может привести к воспламенению. Подтверждением тому являются два случая воспламенения паров нефраса из-за накопления их в промывочном шкафу при разряде статического электричества, которые произошли на предприятии ОАО «ПМЗ» в 2012 г. В результате несчастных случаев пострадало три человека, общий ущерб составил 6,7 млн рублей. Чтобы обеспечить безопасность рабочих, необходимо строго соблюдать требования пожарной безопасности, применять средства индивидуальной защиты (очки, респиратор, фартук, резиновые перчатки, специальная одежда, не содержащая синтетических волокон, специальная обувь на антистатической подошве). Также исключить ношение с собой зажигалок, металлических предметов (браслетов, колец, заколок для волос и т.п.).

91

Выполненный анализ существующего процесса промывки реверсивного устройства авиационных двигателей и действующей системы защиты бензопромывочного отделения показал, что:

−в помещении бензопромывочного отделения существует повышенная взрывопожароопасность (категория А);

−при использовании нефраса для промывки у рабочих происходит поражение дыхательных путей парами бензина;

−длительность промывки деталей РУ и ее низкое качество вынуждают использовать дополнительные ручные операции с применением щеток из натуральной щетины;

−существует необходимость исключения образования статических зарядов;

−предъявляются повышенные требования к средствам индивидуальной защиты

имногое другое.

На основании выполненного анализа для исключения выше перечисленных недостатков в существующем процессе промывки РУ нефрасом предлагается найти более безопасный и эффективный метод промывки авиационных деталей от нагара.

В настоящее время разработкой новых методов промывки деталей и узлов авиационных двигателей занимаются многие организации.

Наиболее эффективные методы предлагает фирма «Универсалприбор» в СанктПетербурге, которая является посредником фирмы «Финсоник» (Финляндия). Они могут спроектировать и изготовить любые системы очистки, включая сложные конвейерные решения, под заказ.

Данное оборудование может быть использовано для снятия различных загрязнений, расположенных в труднодоступных местах, с помощью ультразвука и с применением водорастворимых моющих средств.

Компания «Кристалл» (г. Йошкар-Ола) также выпускает ультразвуковое оборудование по специальным требованиям заказчиков. Специалисты могут решить проблему качественной очистки с использованием ультразвуковых установок, подобрать моющий раствор и провести пробную очистку на имеющемся оборудовании.

Для решения экологической проблемы возможно использование установок для регенерации отработанных растворов, что позволит исключить слив отработанных моющих растворов и перейти на оборотное водоснабжение по замкнутому циклу.

Моющие средства НПП «Технобиор®» (г. Москва) позволяют удалять различного типа загрязнения: нагар от работы двигателей, закоксованные и масляные загрязнения на узлах и агрегатах. Применение моющих средств компании «Технобиор®» позволяет повысить надежность и увеличить сроки межремонтного пробега, отказавшись от применения в техпроцессах горючих, экологически вредных материалов (таких, как растворители, бензин, керосин, креолин и т.п.).

Технические очищающие средства, выпускаемые НПП «Технобиор®», были испытаны ФГУП «ВИАМ» и имеют сертификат рекомендации к применению в авиационной промышленности.

Авиационно-космический комплекс «Технобиор®» предлагает технические моющие средства:

− ТМС ЛК (ТУ 2383-001-56478541–01) эффективно удаляет прочные закоксованные отложения, сажу, нагары, обезжиривает поверхность при подготовке ее к окрашиванию, успешно очищает двигатели от масляных и сажистых загрязнений при ремонте авиатехники. Для снятия нагаров с узлов и агрегатов двигателей, промывки маслора-

92

диаторов и маслобаков, масляных фильтров, для удаления загрязнений на внешней

ивнутренней поверхности лайнера;

−ТМС ЛА (ТУ 2383-001-56478541–01 используется для эффективной очистки металлических и пластиковых поверхностей от комбинированных загрязнений, в том числе масляного, сажистого характера, не вызывает коррозии алюминия и других легких сплавов. Очистка внутренней и внешней обшивки лайнера, протирка пластиковых поверхностей кресел, мытье иллюминаторов, зеркал, рабочих панелей и других частей салона, выполненных из пластика, металла, стекла;

−ТМС ДП(ТУ 2383-002-56478541–01) позволяет одновременно обезжиривать поверхность и удалять оксидные отложения, обеспечивая одностадийную подготовку поверхностей под пайку и сварку, окрашивание. Особенно эффективно для алюминиевых сплавов. На поверхностях, изготовленных из черных сталей, создает защитную пленку, позволяя существенно продлить межоперационный период и увеличить адгезию при нанесении лакокрасочных и гальванических покрытий.

На основе представленных технических характеристик наиболее приемлемым при ремонте авиатехники для процесса промывки деталей и узлов авиадвигателей является техническое моющее средство ТМС ЛК (ТУ 2383-001-56478541–01) с высокой концентрацией активных компонентов для удаления загрязнений нефтяного (масляного) происхождения, подвергшихся воздействию высоких температур – нагаров, сажи, копоти, продуктов термического разложения масел, смазок, топлив и т.п.

В состав ТМС ЛК входят щелочные компоненты, эффективные ингибиторы коррозии, комплексоны, поверхностно-активные вещества.

При применении концентрат технического моющего средства разводится теплой (от 30 до 40 °C) водой в соотношении от 1:7 до 1:20 в зависимости от степени загрязненности поверхности. Очищаемые детали погружаются в рабочий раствор технического моющего средства и выдерживаются 5–30 минут в зависимости от степени загрязненности очищаемой поверхности.

Согласно паспорту безопасности вещества, в ТМС ЛК присутствуют опасные компоненты, которые сведены в табл. 2.

Но несмотря на это, в концентрате по характеристике опасности ПДК в рабочей зоне не установлена и соответственно класса опасности нет.

Универсальное биологически разлагаемое моющее средство ТМС ЛК в соответствии с РПБ № 56478541 23 10 978 от 21.03.03, выданного ВНИЦСМВ Госстандарта РФ, не имеет класса опасности, пожаро- и взрывобезопасен, водоосновен.

При применении ТМС ЛК необходимо соблюдать правила безопасности при работе с растворами щелочей. Входящие в состав моющих средств поверхностно-активные

93

вещества биоразлагаемы, что облегчает процесс утилизации отработанных растворов. Водная фаза направляется в промышленную канализацию.

Для модернизации бензопромывочного отделения на основании выбранного средства необходимо выполнить:

−обеспечение промывочного отделения теплой водой с температурой от 30 до

40 °C;

−выбор насоса для циркуляции водного раствора в шкафу ванны;

−подключение шкафа к центральному водоснабжению холодной воды;

−обеспечение дозирования концентрата ТМС ЛК.

Модернизация процесса промывки деталей и узлов авиационных двигателей позволит снизить аварийность производственного оборудования и максимально исключить влияние «человеческого фактора» на ведение технологического процесса. При этом значительно улучшатся технико-экономические показатели и надежность работы промывочного отделения.

Список литературы

1.ТУ38.401-67-108–92. Нефрас С2-80/120. Технические условия.

2.ГОСТ 8505–80*. Нефрас 50/170. Технические условия.

3.СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».

4.ГН. 2.2.5. 1313−03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны / Минздрав России. − М., 2003. – 268 с.

Получено 17.10.2013

УДК 614.8.084

А.И. Черняев, В.А. Трефилов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТЯЖЕЛО НАГРУЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Внастоящее время для оценки надежности и безопасности металлических конструкций используются модели, не позволяющие максимально точно и быстро оценить долговечность особо нагруженных элементов.

Представленная работа демонстрирует оценку надежности стальных элементов с использованием структурно-энергетической теории отказов, основанной на обнаружении и исследовании внутренних дефектов образца. Основная цель заключалась

вапробировании данной методики на образцах различных размеров и конфигураций. Для этого были поставлены следующие задачи: изучение структурно-энергетической теории отказов; подготовка полноразмерных и экспериментальных образцов для исследования; проведение томографического анализа; расчет времени безотказной работы образцов при допускаемой нагрузке.

Врезультате были подготовлены плоские образцы из стали 20 со сварным швом, а так же полноразмерный узел перекрытия из двутавровых балок № 18 Ст. 3. Время работы до возможного разрушения при расчетной нагрузке для плоских образцов составило 117 000 ч., для узла перекрытия 184 000 ч.

Как и предполагалось, время работы элементов составило более 100 000 часов, что демонстрирует необходимость проведения практических испытаний и сравнения полученных результатов.

Ключевые слова: надежность, долговечность, безопасность, прогнозирование разрушения, энергия разрушения, вероятность отказа, вероятность безотказной работы, структурно-энергетическая теория отказов, гарантированное время работы, томография, поры, трещины, внутренние дефекты металла, Ст. 3, Ст. 20.

A.I. Chernyaev, V.A. Trefilov

Perm National Research Polytechnic University

EVOLUATION OF REALIABILITY AND ENSURING DURABILITY

OF THE HEAVY – DUTY COMPONENTS

Today, to assess the reliability and safety of steel structures, are used models which are not as accurate and quickly as it needed.

The present work demonstrates the assessment of the reliability of steel samples using structure-energy theory of failure, which based on the detection and investigation of internal defects of the sample. The main aim of this work is approbation of this technique on samples of various sizes and configurations. To achieve this goal were assigned the following tasks: to study of structure-energy theory of failure; preparation test specimens and full-size elements for research; conducting tomographic analysis; the calculation of samples guaranteed uptime.

95

As a result, were prepared flat samples from steel 20 with a welded seam, and a fullsized element of I-beam № 18 from steel 3. Hours before a possible failure at the design load for flat samples was 117 000, for full-sized element were 184 000 hours.

As expected samples guaranteed uptime is more than 100 000 hours, this fact is demonstrates the need for a practical test and compare of the results.

Keywords: reliability, durability, safety, prediction of fracture, the fracture energy, the probability of failure, the probability of failure-free operation, structure-energy theory of failure, guaranteed uptime, tomographic analysis, pores, cracks, internal defects of the metal, St. 3, St. 20.

Благодаря разнообразию механических и эксплуатационных характеристик металл в современном мире является одним из наиболее распространенных и используемых материалов. Многообразие сплавов позволяет использовать его во всех промышленных отраслях, таких как строительство зданий и сооружений, двигателестроение, создание коммуникаций, путепроводов и т.д. Существует множество рекомендаций, ГОСТов, СНиПов и стандартов, которые определяют выбор металлов при производстве конкретных изделий. Несмотря на это, на практике часто можно встретить сообщения о его разрушении, более того известны такие примеры, когда причиной аварии каменных, бетонных, деревянных и других конструкций были дефекты металлических элементов, входящих в общий конструктивный комплекс.

Вязкое разрушение металла сопровождается развитием и увеличением количества микропор и микротрещин, относительный объем которых в единице объема металла характеризуется поврежденностью металла [1]. Наличие концентраторов напряжений в виде внутренних дефектов, расположенных в местах и на участках с высокими местными напряжениями и ориентированные поперек направления действующих растягивающих напряжений, могут привести к преждевременному разрушению элемента, и без должного контроля с помощью нормативных документов [2–4] к разрушению всей конструкции.

В процессе изготовления металлические изделия проходят сложный технологический цикл. Он включает следующие основные операции: плавка, вакуумирование, внепечная обработка, литье, обработка давлением, термическая обработка, механическая обработка, соединение с другими деталями. На этапах изготовления расплавленная сталь вступает в контакт с кислородом, расплавленным флюсом, раскислителями и инертными газами, вследствие чего при кристаллизации в ней образуются поры, пустоты, усадочные раковины, крупные неметаллические включения, которые при обработке давлением и изготовлении проката вытягиваются и расплющиваются, тем самым создавая трещины, расслоения, волосовины, становясь сильными концентраторами напряжений.

На производстве многие дефекты при малых размерах допускаются в изделии и не требуют исправления, тем не менее, их количество и расположение может оказать решающее воздействие на надежность и долговечность ответственных металлических элементов.

При разрушении сварных конструкций достаточно трудно восстановить их целостность, а заменить поврежденный узел зачастую не представляется возможным. Актуальность данной проблемы возрастает при увеличении габаритов конструкций, а как следствие, и толщины применяемого при их изготовлении металла.

96

Представленная методика оценки была разработана и опробована на тонкостенных образцах, толщиной 0,1–0,5 мм, тем не менее, по мнению авторов, ее применение возможно также и на более габаритных деталях и элементах, испытывающих значительно бóльшие нагрузки. Исходя из этого была сформулирована и поставлена задача по проведению экспериментов на образцах и реально используемых узлах металлических конструкций.

Для решения поставленной задачи были подготовлены два типа образцов: полноразмерное узловое перекрытие крыши, выполненное из двутавровой балки № 18 (рис. 2) и сваренные пластины из стали 20 (рис. 3).

Рис. 2. Узел перекрытия

Рис. 3. Плоские образцы

Для оценки и анализа внутренних дефектов на подготовленных образцах были проведены томографические исследования с использованием промышленного компьютерного томографа для рентгеноскопии на основе рентгеноскопической системы ХТН

450 LC (рис. 4).

Результаты анализа позволили обнаружить поры и трещины в сварных швах и основном металле, примеры полученных изображений представлены на рис. 5 и 6.

98

Рис. 4. Промышленный компьютерный томограф

Рис. 5. Результаты проведенных томографических исследований для узла перекрытия

Рис. 6. Результаты проведенных томографических исследований для плоских образцов

99

Далее был выполнен анализ полученных снимков внутренних дефектов и проведен расчет долговечности с помощью структурно-энергетической теории отказов. После определения вероятности безотказной работы было рассчитано время, гарантирующее работу детали, по истечении которого возникает необходимость обслуживания элемента, либо его замены. Узел перекрытия был рассчитан при нагрузке 500 кг/м2, а плоские образцы – при распределенной по ширине нагрузке 200 кг/м2. В случае такого воздействия, при 90 % вероятности, гарантированное время работы узла перекрытия – 184 000 ч, а сваренных пластин – 117 000 ч.

В заключение необходимо отметить, что полученные результаты демонстрируют необходимость практического испытания образцов и сравнения расчетного гарантированного времени работы элементов с полученным на практике.

Список литературы

1.Дубинина С.В. Прогнозирование разрушения металла в процессе интенсивной пластической деформации цилиндрической заготовки равноканальным угловым прессованием // Актуальные проблемы науки и техники-2010: сб. тр. II междунар. науч.- практ. конф. молодых ученых. – Уфа: УГНТУ, 2010. – С. 7–10.

2.ГОСТ 23118–99. Конструкции стальные строительные. Общие технические условия. – Введ. 2001-01-01. Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2001. – 41 с.

3.СНиП 3.03.01–87. Несущие и ограждающие конструкции. – Введ. 1988-01-07. Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 113 с.

4.СП 53-101–98. Изготовление и контроль качества стальных строительных конструкций. – Введ. 1999-01-01. Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 1999. – 36 с.

5.Деев В.С., Трефилов В.А. Надежность технических систем и техногенный риск. – Ч. 3. Структурно-энергетическая теория отказов: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. –167 с.

6.Острейковский В.А. Теория надежности: учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 2003. – 463 с.

Получено 2.10.2013