Nem szabványos tengeri karima: tervezés, kovácsolás és jóváhagyás

Ha a szabványos karimák nem megfelelőek

A JIS F7804 szabvány szerint 5K, 10K, 16K és 20K névleges nyomásra vagy ASME B16.5 szabvány szerint a 150-től 2500-ig terjedő osztályokhoz gyártott szabványos tengeri karimák lefedik a hajófedélzeti szolgáltatások túlnyomó részét, beleértve a ballasztvizet, fenékvíz-, fűtőolaj-szállítást és édesvizet. Ezeket a karimákat felszerelők és javítótelepek raktározzák világszerte, és cserélhetőségük a tengeri logisztika alapja. A speciális működési feltételek azonban kikényszerítik a mérnököt a szabványos karimaasztalról.

Az első feltétel a szabványos anyaghatárokat meghaladó hőmérséklet. A szabványos S25C szénacél JIS 10K karima közötti üzemre van méretezve -10°C és 300°C . Ha egy termikus olajos fűtési rendszer 340 °C-on működik, a karima anyagát molibdéntartalmú ötvözetre kell javítani, például ASTM A182 F11 (1,25Cr-0,5Mo), amelynek nincs közvetlen JIS megfelelője a szabványos karimatáblázatokban. A karimát ezután az első elvek alapján kell megtervezni, a falvastagságot és a csavarméreteket a megemelt hőmérsékleten megengedett feszültségre számítva.

A második feltétel a kémiai összeférhetetlenség. A tömény foszforsavat 85%-os koncentrációban kezelő vegyianyag-szállító tartályhajók rakománysoraihoz karimák szükségesek. UNS S31254 szuper ausztenites rozsdamentes acél , olyan minőség, amely nem szerepel egyetlen tengeri karima szabványban sem. A karima méretei tükrözhetik a szabványos JIS vagy ASME mintát a parti elosztóval való cserélhetőség érdekében, de az anyag nyomon követhetőségét, a mechanikai tesztelést és a korrózióállóságot igazolni kell egy egyedi gyártási specifikáció szerint.

A harmadik feltétel a helyszűke. A fő motorteknő alatti fenékvízkutakban lévő motortér csővezetékei gyakran túl szűk hézagokon haladnak át egy szabványos megemelt felületű karimához, teljes méretű csavarozási körrel. A karima külső átmérőjét a szabványos méret alá kell csökkenteni, ehhez nem szabványos csavarkörre és kisebb átmérőjű, nagy szakítószilárdságú csavarokra van szükség, hogy fenntartsák a tömítés illeszkedési feszültségét, miközben beleférnek a rendelkezésre álló burkolatba.

Tervezési módszertan és feszültségszámítás

A nem szabványos tengeri karimákat a Taylor Forge-módszerrel tervezték, amely az ASME Boiler and Pressure Vessel Code VIII. fejezetének 1. osztályának 2. függelékében van kódolva, amely az összes jelentős osztályozó társaság által elfogadott számítási szabvány. Az eljárás a karimagyűrűt, az agyat és a hozzácsatolt csövet vagy héjat rugalmasan csatolt rendszerként modellezi, a csavar előfeszítéséből és a belső nyomásból származó feszültségeket egymástól függetlenül számítja ki, majd megfelelő feszültséghatárokkal kombinálja.

A csavar terhelése a tömítés illeszkedési körülményei között az az erő, amely ahhoz szükséges, hogy a tömítést a minimális illeszkedési feszültségig összenyomják, a tömítés gyártója által közzétett értéket. PTFE töltőanyaggal és külső gyűrűvel ellátott, spirálisan tekercselt tömítés esetén a minimális illeszkedési feszültség jellemzően 69 MPa (10 000 psi) 12 mm-es tömítésszélességhez. A teljes csavarerő ekkor ennek az illesztési feszültségnek és a tömítés érintkezési felületének a szorzata. A csavar keresztmetszete úgy van méretezve, hogy a csavar feszültsége ne haladja meg A csavar anyagának minimális folyáshatárának 50%-a a tervezési hőmérsékleten , további ráhagyással a tömítés kúszásának lazítására az első 500 termikus ciklus során.

Magát a karimás gyűrűt három feszültségkategória alapján ellenőrzik: érintőleges feszültség a gyűrű belső átmérőjénél, radiális feszültség a csavarkörnél, és hosszanti agyfeszültség az agy és a gyűrű találkozásánál. Az ASME VIII. szakaszának 2. körzetében az 1. osztályú hajókra meghatározott megengedett határértékek, amelyeket tengeri szolgálatra alakítottak ki, a következők. A tangenciális feszültség korlátozódik 1,5-szerese a karima anyagának megengedett tervezési feszültségének . A sugárirányú feszültség az alap megengedett tervezési feszültségére korlátozódik. A kerékagy és a gyűrű közötti résznél a kombinált feszültségintenzitásnak az alatt kell maradnia 1,5-szerese a megengedett feszültségnek . Szerkezetileg megfelelőnek tekinthető az a karima, amely átmegy ezen a három ellenőrzésen a határértékek alatti minimum 10%-kal.

Osztályozó társaság jóváhagyási útvonala

Nem szabványos tengeri karimát nem lehet felszerelni a hajó osztályozó társaságának dokumentált jóváhagyása nélkül. A jóváhagyási eljárás eltér a szabványos karimától, amelyet egy elismert szabványnak való megfelelés és egy érvényes anyagtanúsítvány alapján fogadnak el. A nem szabványos karimához egy tervértékelő csomagra van szükség, amelyet át kell adni az osztályfelügyelőnek felülvizsgálat és bélyegzés céljából.

A tervértékelő csomag a következő kötelező dokumentumokat tartalmazza:

• A karima méretrajza, amely tartalmazza a külső átmérőt, a csavarkör átmérőjét, a csavarok számát és átmérőjét, a megemelt felület méreteit, a tömítés érintkezési szélességét és az agy geometriáját a karima hátoldalától a hegesztés előkészítéséig.
• A karimatest, a csavarok, anyák és tömítés anyagspecifikációja, beleértve a vonatkozó ASTM, EN vagy JIS szabványt, a hőkezelési feltételeket és a minimális mechanikai tulajdonságokat szobahőmérsékleten és a tervezési hőmérsékleten.
• A teljes feszültségszámítás az ASME VIII. szakasz, 1. rész 2. függeléke vagy az ezzel egyenértékű EN 13445-3 11. szakasz szerinti módszer szerint, minden bemeneti értékre hivatkozva és minden közbenső eredményt megjelenítve. A számításnak igazolnia kell, hogy az összes feszültségi arány egység alatt van, és az előnyben részesített maximum értéke 0.90 hogy a kerékagy feszültségviszonya figyelembe vegye a fedélzeti gépek rezgésére jellemző ciklikus kifáradási terhelést.
• A hegesztési eljárás specifikációja és az eljárás minősítési nyilvántartása a karimát a csőhöz csatlakoztató hegesztéshez, amely bizonyítja, hogy a hegesztési fém szakítószilárdsága és szívóssága megegyezik az alapanyagéval vagy meghaladja azt.
• A roncsolásmentes vizsgálati terv, amely a karimakovácsolás 100%-os térfogati vizsgálatát írja elő ultrahangos vizsgálattal. ASME SA-388 A osztály 4 hüvelyk névleges furat feletti karimáknál vagy 100 bar-nál nagyobb tervezési nyomásnál.

A tervezési értékelés jóváhagyása után az osztályfelügyelő szemtanúja lesz a gyártásra jellemző prototípus karima mechanikai tesztelésének, beleértve a hidrosztatikus nyomáspróbát A tervezett nyomás 1,5-szerese legalább 10 percig tart látható szivárgás vagy maradandó deformáció nélkül. Csak a prototípus vizsgálati jelentésének jóváhagyása után lehet a gyártási karimákat legyártani és az osztálytársadalom tanúsító jelzésével ellátni.

Anyagválasztás korrozív és kriogén tengeri szolgáltatásokhoz

A nem szabványos karima anyagát a korrozív fajták, a hőmérsékleti tartomány, valamint a csatlakoztatott csővel és a hajótest szerkezetével való galvánkölcsönhatás lehetőségei alapján választják ki. Az alábbi táblázat összefoglalja a JIS és ASME katalógus tartományán kívüli általános nem szabványos alkalmazásokhoz megadott szabványos anyagminőségeket.

Kovácsolás versus lemezgyártás

A nem szabványos tengeri karimát két alapvetően eltérő gyártási móddal lehet előállítani: tömör tuskóból kovácsolással, vagy lemezanyagból lángvágással, majd megmunkálással. A megkülönböztetés nem kozmetikai jellegű; közvetlenül befolyásolja a kész karima kohászati ​​integritását és a tervezett szolgáltatásra való alkalmasságát.

A kovácsolt karima az acél meghatározott hőjéből folyamatosan öntött tuskóként kezdődik, amelyet kovácsolási hőmérsékletre hevítenek, és nyitott présben vagy gyűrűs hengerben dolgoznak fel, hogy az öntött szemcseszerkezetet folyamatos szemcseáramlási mintázattá finomítsák, amely követi a karima körvonalát. A kovácsolási eljárás a szénacél átlagos szemcseméretét kb ASTM 4 - ASTM 7 vagy finomabb , növelve mind a szakítószilárdságot, mind a Charpy ütésállóságát. Az agy egybe van kovácsolva, kiküszöbölve a kerületi hegesztést, amely egy külön agyat egy lemezes gyűrűhöz kötne. A hajóosztályozó társaságok kovácsolt szerkezetet írnak elő az összes fent használt karimához 40 bar tervezési nyomás vagy -10°C alatti tervezési hőmérséklet , mert a hengerelt lemez húzóképessége és ütési tulajdonságai a vastagság irányában eleve gyengébbek, mint a kovácsolt lemezeké.

A lemezből készült karima elfogadott alacsony nyomású vízszolgáltatásoknál, mint például a tűzoltó vezeték és a ballasztcsövek 16 bar alatti nyomása. A karimás gyűrű láng- vagy plazmavágott lemezanyagból történik, a gyűrűhöz pedig egy megmunkált agyat hegesztenek teljes áthatolású horonyhegesztéssel. A hegesztést 100%-ban röntgen- vagy ultrahangos vizsgálatnak kell alávetni, és ha a lemez szén-egyenértéke meghaladja 0.43 , hogy megakadályozzák a hidrogén által kiváltott repedéseket a fúziós vonal melletti durva szemcsés régióban. Még ezekkel az óvintézkedésekkel is lecsökkenti a lemezből készült karimát 15% a megengedett nyomás egy azonos méretű kovácsolt karimához képest , ahogy azt a legtöbb osztályozó társaság csőgyártási szabályai előírják.

A tömítés kiválasztása és a csavarozási nyomaték eljárása

A nem szabványos karima kialakítása elválaszthatatlanul kapcsolódik a tömítés és a csavarozás specifikációjához. A karima tervezése során kiszámított csavarterhelés egy adott tömítésanyagot feltételez, ismert minimális illeszkedési feszültséggel és üzemi tömítéstényezővel, amely az ASME kód terminológiájában "m" tényezőként ismert. A tömítés típusának megváltoztatása a karima megmunkálása után spirálisan tekercselt tömítésről, amelynek m-tényezője 3.0 2,0 m-tényezőjű sűrített szálas tömítéshez csökkenti a szükséges csavarterhelést, és ennek következtében csökkenti a karima feszültségét, ami általában biztonságos. A fordított csere, amely nagyobb illeszkedési feszültséget igénylő tömítést vezet be, túlfeszíti a karimát, és nem megengedett a tervezési értékelés újbóli benyújtása nélkül.

A csavar meghúzási sorrendje és a célnyomaték kritikus fontosságú a nem szabványos karimák esetében, mivel a csökkentett csavarkör átmérője a csavarterhelést egy kisebb gyűrű alakú területre koncentrálja, növelve a karimagyűrű hajlítónyomatékát. A csavarokat legalább három menetben kell meghúzni a csillagminta szerint. Az első menet minden csavart hoz a célnyomaték 30%-a . A második lépés 60%-ra nő, a harmadik pedig eléri a 100%-ot. Minimum négy órás várakozási idő után egy negyedik lépést alkalmazunk 100%-os nyomatékkal a tömítés kúszásának ellazulásának kompenzálására. A célnyomatékot a tervezési csavarfeszültségből számítják ki, nem egy általános nyomatéktáblázatból, a menetemelkedés átmérőjét, a menetekben és az anya felülete alatti súrlódási együtthatót, valamint a K anyatényezőt tartalmazó képlet segítségével, amely egy edzett alátéttel ellátott, olajozott csap esetén 0,16-0,20 .

Méretre cserélhetőség és alkatrészstratégia

A nem szabványos karima értelemszerűen nem illeszkedik az azonos névleges csőméretű szabványos karimához, hacsak a csavarkör és a megemelt felület méretei nem esnek egybe. Ez pótalkatrész-terhelést jelent, amellyel már a tervezési szakaszban foglalkozni kell. A hajó csővezetékeinek izometrikus rajzain és a karimakezelési adatbázisban egyértelműen meg kell jelölni minden nem szabványos karimát egyedi azonosító kóddal, és nem szabványos méretenként legalább két tartalék karimát és két tartalék tömítéskészletet kell a fedélzeten tartani a hajó kötelező tartalék felszerelési készletének részeként.

A parti elosztócsonkhoz csatlakozó vegyszerszállító tartályhajók és termékszállító tartályok esetében a hajó oldalán lévő nem szabványos karimának át kell alakulnia egy szabványos karimává az elosztó előlapján. Nem szabványos perem egy rozsdamentes acél rakományvezetéken, amelynek külső átmérője csökkentett a szerkezeti gerinckeret megtisztítására, nem lehet az a kapocskarima, amelyhez a parti tömlőt rögzíti. Ehelyett egy kölyökdarab a belső végén nem szabványos karimával, a külső végén pedig egy szabványos ASME B16.5 Class 150 karimával helyreállítja a cserélhetőséget a hajó és a part közötti felületen. A kölyökdarabot külön szerelvényként hidrosztatikusan tesztelik, és beszerelés előtt mindkét karimaazonosító kóddal lebélyegzik.

Üzem közbeni ellenőrzési és nyugdíjazási kritériumok

A nem szabványos karimákra ugyanazok a vizsgálati időközök vonatkoznak, mint a szabványos karimákra a hajó folyamatos felmérési ciklusa során, jellemzően évente általános szemrevételezéssel, valamint részletesebb vastagságméréssel és roncsolásmentes vizsgálattal az ötéves speciális felmérés során. Az ellenőrzés középpontjában a kerékagytól a gyűrűig terjedő sugársugár áll, amely a maximális számított feszültség helye és a fáradási repedés kialakulásának leggyakoribb helye.

A sajtoló tartomány mágneses részecskevizsgálatát nem szabványos karimákon végzik el ciklikus szolgáltatásokban, például rakományszivattyú nyomóvezetékekben és gőzfojtó rendszerekben, ahol a nyomás nulláról a tervezési nyomásra ingadozik több mint 10 000 ciklus évente . Bármilyen 3 mm-t meghaladó lineáris jelzés a filé felületén, a karima elutasítását és cseréjét indokolja, mivel a filé feszültségkoncentrációs tényezője kb. 2,5-3,0 azt jelenti, hogy a következő működési ciklus töredékében egy kis felületi repedés továbbterjed a kerékagy falvastagságán. A vastagságméréseket a megemelkedett felületi fogazatoknál is rögzítik; alatti fogazás mélységének csökkenése 0,4 mm (1/64 hüvelyk) a karima felületének újra megmunkálása vagy a karima cseréje szükséges, mert a fogazat biztosítja a mechanikai fogást, amely megakadályozza a tömítés nyomás alatti kifújását.