Strukturanalys av skyddsrör för temperaturgivare

Sammanfattning: Temperaturgivare är ett instrument för temperaturmätning som används i stor utsträckning i industrin. Många gånger installeras temperaturgivare i farliga miljöer vilket medför att hållfastheten hos givarna är av yttersta betydelse. För att minimera risken för att en temperaturgivare ska gå sönder kan bland annat beräkningsmodeller för hållfastheten tas fram. Dessa modeller kan användas f¨or att skapa diagram och tabeller åt företag för att lättare avgöra huruvida en temperaturgivare håller eller inte i en given processmiljö. I detta arbete föreslås tryck-temperaturdiagram för temperaturgivares skyddsrör som baserats på framtagna beräkningsmodeller. Beräkningsmodellerna tillämpas även till matematisk kod för att kunna reproducera resultaten. Beroende på nationella standarder så varierar dimensioner och material på skyddsrör vilket medför att diagrammen skiljer sig åt. Skyddsrören belastas av ett yttre övertryck och ett böjmoment från ett processmediums flöde. Dessa belastningar används i förhållande till specifika temperaturer för att tillhandahålla ett maximalt tillåtet övertryck i processen. Hållfasthetsstudien innefattar även beräkningar av skyddsrörens egenfrekvenser som ett första steg för fortsatt arbete med de vibrationer som processmediets flöde runt skyddsrören skapar. Initialt undersöks hållfastheten hos skyddsrören genom att betrakta systemet som en fast inspänd konsolbalk påverkad av en utbredd last där risken för plastisk deformation ökar på grund av spänningsbidrag från det yttre övertrycket. Även en modell för att erhålla ett maximalt tillåtet övertryck för att inte riskera rörknäckning tas fram. I denna modell anses samexistensen av en elastisk och en plastisk region i rörväggens tvärsnitt ligga till grund för en reducerad spänningsgräns mot rörknäckning. Det böjande momentet och det yttre övertrycket orsakar axiella spänningar som också ingår i beräkningarna för den reducerade spänningsgränsen mot rörknäckning. Beräkningarna utförs också enligt icke-symmetriska rör där initial ovalitet har inkluderats, vilket resulterar i ett reducerat kritiskt övertryck. Hållfasthetsberäkningar med FEM utförs för att undersöka var spänningskoncentrationer uppkommer i skyddsrören och hur dessa förflyttar sig vid ett ökat övertryck för rådande lastfall. Även rörknäckning studeras med hjälp av FEM för att undersöka hur rördimensioner och randvillkor påverkar storleken av tillåtet övertryck mot rörknäckning. Arbetet resulterar i framtagna beräkningsmodeller skrivna i kod för maximalt tillåtet övertryck och egenfrekvenser. Flera diagram med avseende på de olika haverityperna samt egenfrekvenser för undersökta skyddsrör redovisas utifrån dessa modeller. En tabell över samtliga skyddsrörs egenfrekvenser vid 200°C redovisas även som ett komplement. För fortsatt arbete bör svetsars hållfasthet samt uttmattningsbrott i skyddsrören genererade av vortex inducerade vibrationer undersökas närmre. Detta arbete har inte tagit hänsyn till dessa aspekter som tros ha en stor inverkan på skyddsrörens hållfasthet.