СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КАТУШЕК

Предполагаемая полезная модель относится к области машиностроения и испытательной техники и может быть использована для испытания переходников (катушек), предназначенных для приварки к трубопроводу запорной (задвижек, кранов шаровых) или иной трубопроводной арматуры с диаметрами условных проходов и давлений испытательной среды (DN 300÷1400 мм,PN 4,0÷18 МПа).
Целью полезной модели является совершенствование техники испытания цилиндрических переходников, имеющих на концах разделку под сварку с трубой и отклонения от круглости до 1%.
Известно приспособление для испытания полых изделий (а.с. RU 2358251 С1, опубликовано 10.06.2009), содержащее установленные на станине неподвижную и подвижную планшайбы, в выемки которых размещаются отцентрированные предварительно заглушки вместе с изделием. При этом каждая заглушка предварительно вставлена в изделие и с помощью поджима, упругодеформированного кольца и винтов, пропущенных через заглушку, поджата к внутреннему диаметру изделия, создавая предварительно уплотнение между заглушкой и изделием, необходимое для испытания.
Существенным недостатком приспособления является невозможность применить приспособление для уплотнения по торцам изделия, имеющего разделку под сварку. Другим недостатком приспособления является ненадежность уплотнения между изделием, имеющим отклонения от круглости и заглушкой при большом давлении испытательной среды.
Известен способ герметизации патрубков и испытательный стенд для трубопроводной арматуры бесфланцевого исполнения (а.с. RU 2297610 С2, опубликовано 20.04.2007) - прототип, который содержит подвижную и неподвижную планшайбы с закрепленными в них проставочными элементами, две заглушки, присоединенных к патрубкам испытуемого изделия и поджатых к торцу патрубка изделия нормируемым усилием от планшайбы; при этом каждая заглушка содержит поршень с эластичными кольцами для герметизации заглушки по внутреннему диаметру патрубка. При испытании заглушки вставляются и закрепляются на патрубках испытуемого изделия, затем вместе с изделием центрируются и вставляются в стенд через проставочные элементы, поджимаются уплотнительными кольцами к торцам патрубков нормированным усилием от планшайбы. Полость изделия заполняется испытательной средой, подается испытательное давление в полость изделия, поршни под давлением среды деформируют уплотнительные кольца, создавая надежное уплотнение между заглушкой и внутренним диаметром изделия. После испытания давление сбрасывается и испытательная среда сливается.
Существенным недостатком известного метода герметизации патрубков является невозможность обеспечить надежное уплотнение по торцу изделий (катушек), имеющих разделку кромок под сварку и отклонения от круглости цилиндрических поверхностей до 1%. Другим недостатком является горизонтальное расположение испытуемого изделия, что создает неудобства для установки и центрирования при испытании.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является обеспечение надежности уплотнения по торцу кольцевых деталей - переходников, катушек, имеющих разделку концов под сварку и отклонения от круглости (овальность) цилиндрических поверхностей до 1%, при гидравлических испытаниях на прочность и плотность материала; создание удобства загрузки и выгрузки изделий при испытании.
Для достижения технического результата применяется вертикальный стенд (приведен пример для испытания трех типоразмеров катушек), который состоит из: 1) корпуса 1 с уплотнительными элементами 2, 3, установленного на подставке 4, имеющего канал «a» для подвода испытательной среды от источника давления, канал «b» для подвода сжатого воздуха; 2) пневмоцилиндра 5 с уплотнительными элементами 6, 7, 8, крышкой 9 с каналом «c» для подвода сжатого воздуха и крепежными элементами 10, 11; 3) поршнем 12 с уплотнительными элементами 13 и кольцевой канавкой в верхней части для размещения полуколец стопорных 14; 4) кольца ограничительного 15; 5) сменных самоуплотняющихся заглушек 16, 17, 18, с уплотнительными элементами 19, 20, 21, торцевыми кольцевыми проточками в виде «ласточкина хвоста», кольцами уплотнительными из эластомера (полиуретана) 22, 23, 24, размещенных в цилиндрах кольцевых 25, 26, 27 с грузозахватными элементами 28, устанавливаемых концентрично по отношению к поршню 12; 6) заглушки 29 с торцевыми кольцевыми проточками в виде «ласточкина хвоста» и размещенными в них кольцами уплотнительными из эластомера (полиуретана) 30, 31, 32 для создания уплотнения по верхнему торцу испытуемых изделий, каналом «d» для сброса воздуха из полости изделия и контроля давления испытательной среды.
Работа стенда.
2
1
На Фиг.1 изображен вертикальный стенд для испытания поочередно трех типоразмеров катушек (деталей «1», «2», «3»). В начальном положении поршень 12 находится в нижнем положении пневмоцилиндра 5, при этом верхний торец поршня находится ниже верхнего торца испытуемого изделия на расстоянии достаточном для размещения грузозахватного приспособления, используемого для установки изделия в стенд. Кольцо ограничительное 15, полукольца стопорные 14, заглушка 29 демонтированы. На поршень монтируется за грузозахватные элементы 28 комплект из: цилиндра кольцевого 25 (26, 27), заглушки 16 (17, 18), уплотнительного элемента 19, (20, 21) и кольца уплотнительного из эластомера 22 (23, 24); затем в торцевую кольцевую проточку заглушки 16 (17, 18) нижним торцом вставляется испытуемое изделие «1» («2», «3»). Зазоры «z» (Фиг.2) между наружным и внутренним диаметрами изделия и диаметрами проточки заглушки выбираются с учетом отклонений от круглости (овальности) изделия. Через канал «c» крышки 9 пневмоцилиндра 5 подается сжатый воздух давлением 0,63 МПа, поршень 12 поднимается вверх; на поршень монтируется заглушка 29 с торцевыми кольцевыми проточками и размещенными в них кольцами уплотнительными из эластомера 30, 31, 32. В кольцевую канавку поршня вставляются полукольца стопорные 14, запираемые кольцом ограничительным 15. Через канал «b» корпуса 1 в полость «e» пневмоцилиндра 5 подается сжатый воздух, поршень 12 опускается вниз, давит через полукольца стопорные 14 на заглушку 29, происходит предварительный поджим по торцам изделия в заглушке 16 (17, 18) к кольцам уплотнительным из эластомера 22 (23, 24) и заглушке 29 к кольцами уплотнительными из эластомера 32 (30, 31). Затем через канал «a» корпуса 1 в полость изделия от источника давления подается испытательная среда, заполняющая полость испытуемого изделия через зазоры между поршнем 12, внутренним диаметром корпуса 1, цилиндров кольцевых 25 (26, 27), при этом воздух из изделия вытесняется через канал «d» заглушки 29. Происходит поджим изделия по торцам к уплотнительным элементам 22 (23, 24), 32 (30, 31) усилием давления испытательной среды, создаваемым за счет большей площади, образуемой наружным диаметром D (см. Фиг.2) заглушки 16 (17, 18), чем площадь, образуемую внутренним диаметром D испытуемого изделия «1» («2», «3»). После вытеснения воздуха из испытуемого изделия канал «d» заглушки 29 перекрывается; контроль давления испытательной среды осуществляется манометром (условно не показан). При достижении давления испытания в полости испытуемого изделия подача испытательной среды от источника давления перекрывается.
Условием применения предлагаемой схемы испытания является прочность контактных колец уплотнительных из эластомера 22, 23, 24, 30, 31, 32 и силы трения, удерживающей кольца в торцевых кольцевых проточках. Прочность колец, определяемая как частное от деления усилия, создаваемого испытательной средой на площадь , к усилию, создаваемому на площадь контакта торца испытуемого изделия , не должна превышать допускаемого предела прочности материала кольца уплотнительного из эластомера
где: σ - допускаемый предел прочности материала кольца уплотнительного из эластомера, МПа
2
F - площадь заглушки, находящейся под давлением, см
1
2
F - площадь торца испытуемого изделия, см
p - давление испытательной среды, МПа
D - наружный диаметр испытуемого изделия, см
1
D - внутренний диаметр испытуемого изделия «1» («2», «3»), см
2
D - наружный диаметр заглушки, находящийся под давлением испытательной среды, см
2
1
Выполнить вышеуказанные условия позволяет конструкция нижних самоуплотняющихся заглушек 16, (17, 18), которая обеспечивает пропорциональный (от давления испытательной среды) поджим колец уплотнительных из эластомера 22, (23, 24), 32, (30, 31) к торцам испытуемого изделия «1», («2», «3»), Усилие поджима должно быть таким, чтобы удержать кольца уплотнительные из эластомера в канавках и в то же время не разрушить их. Такое условие достигается (для уплотнительного кольца из эластомера-полиуретана) при соотношении D/D=1,1÷1,5
Разборка и снятия изделия происходит в следующем порядке. После испытания испытательная среда из полости изделия сбрасывается через дренажное отверстие канала «a» корпуса 1 (условно не показано). Сжатый воздух подается на поршень 12 через канал «c» крышки 9 пневмоцилиндра 5, при этом поршень несколько приподнимается, образуя зазор между полукольцами стопорными 14 и торцом заглушки 29. Кольцо ограничительное 15 снимается, из кольцевой канавки поршня 12 вынимаются полукольца стопорные 14. Заглушка 29 демонтируется с поршня 12, через канал «b» корпуса 1 подается сжатый воздух в полость «e» пневмоцилиндра 5 с одновременным стравливанием избыточного давления воздуха из нижней части пневмоцилиндра 5 через канал «c» крышки 9; поршень 12 опускается вниз, освобождая торец испытуемого изделия для демонтажа; испытуемое изделие снимается.
Стенды с предлагаемой схемой испытания спроектированы, изготовлены и успешно применяются на производстве при испытании катушек к задвижкам шиберным и кранам шаровым с условным проходом DN300-DN1200 мм и давлением испытательной среды от PN4 МПа до PN18 МПа.
Перечень позиций к Фиг.1, 2
1. Корпус
2, 3. Уплотнительный элемент
4. Под ставка
5. Пневмоцилиндр
6, 7, 8. Уплотнительный элемент
9. Крышка
10, 11. Крепежные элементы
12. Поршень
13. Уплотнительный элемент
14. Полукольца стопорные
15. Кольцо ограничительное
16, 17, 18. Заглушка
19, 20, 21. Уплотнительный элемент
22, 23, 24. Кольцо уплотнительное из эластомера
25, 26, 27. Цилиндр кольцевой
28. Грузозахватный элемент
29. Заглушка
30, 31, 32. Кольцо уплотнительное из эластомера
«1», «2», «3». Испытуемое изделие
«а» - канал для подвода испытательной среды
«b» - канал для подвода сжатого воздуха
«с» - канал для подвода сжатого воздуха под поршень
«d» - канал для сброса воздуха из изделия
«е» - полость пневмоцилиндра для подачи сжатого воздуха на поршень