Установка для испытания трубопровода на усталостную прочность
PIPELINE FATIGUE TESTING STAND

Изобретение относится к конструированию стендов для испытания трубопроводов на усталостную прочность, содержащих специальные приспособления для закрепления трубопроводов на вибростенде, в частности трубопроводов турбомашин.
Наиболее близкий аналогом является стенд для испытания трубопроводов на усталостную прочность (авторское свидетельство SU № 1589125 А1). Известна установка для испытания трубопровода на усталостную прочность, содержащая вибростол, соединенный с устройством упругих направляющих обеспечивающих передачу вибровозбуждения от вибратора в направлении позиционирования, опору установленную на вибростоле с разъемным соединением для закрепления на ней конца трубопровода, и средство механического нагружения для подключения к трубопроводу со стороны его противоположного конца, средство измерения, закрепленное на трубопроводе, соединенное с системой управления частотой вибрации и блок автоматического программного управления, подключенный к соответствующим приводам.
Основными недостатками известного технического решения является возможность испытания только одного трубопровода за постановку на вибростенд, необходимость использования для разных типов размеров трубопроводов различные приспособления для их крепления к вибростолу, наличие сложного средства механического нагружения трубопровода в процессе испытания.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатков известного стенда и реализация расширения функциональных возможностей заявленной установки за счет более универсальной опоры для крепления трубопровода на вибростоле, которая обеспечивает возможность испытания на усталость как одного, так и нескольких трубопроводов одного диаметра за одну постановку, испытание трубопроводов требуемой номенклатуры диаметров, удобство монтажа испытуемых трубопроводов, надежность закрепления испытуемых трубопроводов с требуемой ориентацией относительно последнего, а также простоту дополнительного механического нагружения с возможностью балансировки объектов испытания совместно с опорой.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного устройства, является его простота и универсальность при повышении точности результатов и надежности устройства, то есть возможность испытывать трубопроводы разного диаметра и более одного трубопровода одновременно при использовании одной и той же опоры, повышение точности полученных данных в результате испытаний и надежности последних за счет возможности балансировки элементов, устанавливаемых на вибростол, упрощение средства механического нагружения, что сокращает время и материальные затраты на подготовку и для проведения испытаний, повышает точность замеряемых параметров, что повышает качество и снижает стоимость испытаний в целом.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что установка для испытания трубопровода на усталостную прочность содержит средство балансировки и, по меньшей мере, один штуцер для закрепления конца трубопровода различного диаметра, опора выполнена в виде полого цилиндра с кольцевым фланцем, наружная боковая поверхность полого цилиндра выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, при этом штуцер установлен, по меньшей мере, на одной из граней и соединен с последней посредством разъемного соединения, а на противоположной ей грани опоры закреплено средство балансировки или штуцер для уравновешивания системы, причем устройство упругих направляющих, передающее вибровозбуждения от вибратора, направлено вдоль оси опоры.
Кроме того, опора выполнена, по меньшей мере, с одним резьбовым отверстием на каждой грани под разъемное соединение для закрепления штуцера или средства балансировки.
Кроме того, средство механического нагружения выполнено в виде, по меньшей мере, одного шара определенной массы с цилиндрическим отверстием, выполненного с возможностью жесткого закрепления на противоположном конце трубопровода.
Кроме того, средство балансировки выполнено в виде, по меньшей мере, одного винта определенной массы.
Кроме того, количество граней наружной поверхности опоры равно восьми.
Кроме того, средство измерения содержит, по меньшей мере, один датчик замера амплитуды динамических напряжений.
Снабжение устройства средством балансировки позволяет снизить влияние разбалансировки на систему, установленную на вибростоле, чтобы снизить динамические нагрузки на опору и последствия этого влияния на вынужденные колебания трубопровода, то есть позволяет повысить точность результатов испытаний и надежность устройства, что повышает качество испытаний в целом.
Снабжение устройства, по меньшей мере, одним штуцером для закрепления конца трубопровода различного диаметра позволяет просто и универсально закреплять требуемую номенклатуру трубопроводов на опоре, это сокращает время подготовки испытаний, что снижает стоимость испытаний в целом.
Выполнение опоры в виде полого цилиндра с кольцевым фланцем, наружная боковая поверхность полого цилиндра выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, то есть такая форма опоры является самоуравновешенной при расположении в центре вибростола, при этом на плоских гранях проще и надежнее закреплять штуцера с трубопроводами различного диаметра для обеспечения большей универсальности устройства, а на противоположных им гранях закреплять средства балансировки, что повышает качество и снижает стоимость испытаний в целом.
Установка штуцера, по меньшей мере, на одной из граней и соединение с последней посредством разъемного соединения, а на противоположной ей грани опоры закрепление средства балансировки или штуцера для уравновешивания системы позволяет выполнить устройство более универсальным и надежным, что повышает качество и снижает стоимость испытаний в целом.
Задание направления упругими направляющими, передающими вибровозбуждение от вибратора вдоль оси опоры, то есть вдоль оси, относительно которой производится балансировка устройства, позволяет обеспечить вынужденные колебания трубопровода без дополнительных динамических возмущений, связанных с дисбалансом элементов, устанавливаемых на вибростол, что повышает точность замеряемых параметров и качество испытаний в целом.
Выполнение опоры, по меньшей мере, с одним резьбовым отверстием на каждой грани под разъемное соединение для закрепления штуцера или средства балансировки обеспечивает простой и надежный способ снятия/установки данных элементов устройства на соответствующих гранях, в том числе и для закрепления нескольких штуцеров с одинаковыми трубопроводами или одного штуцера для закрепления трубопроводов различного диаметра с соответствующими им средствами балансировки, что повышает качество и снижает стоимость испытаний в целом.
Выполнение средства механического нагружения в виде, по меньшей мере, одного шара определенной массы с цилиндрическим отверстием, выполненного с возможностью жесткого закрепления на противоположном конце трубопровода обеспечивает простой и надежный способ дополнительного механического нагружения трубопровода для получения требуемых значений динамических напряжений, что повышает качество и снижает стоимость испытаний в целом.
Выполнение средства балансировки в виде, по меньшей мере, одного винта определенной массы позволяет просто и надежно провести балансировку элементов, устанавливаемых на вибростол, выбрав болт требуемой массы, то есть позволяет выполнить устройство более универсальным и надежным, что повышает качество и снижает стоимость испытаний в целом.
Выполнение количества граней наружной поверхности опоры равным восьми позволяет охватить всю требуемую номенклатуру диаметров трубопроводов, предназначенных для проведения испытаний на усталостную прочность, что делает устройство более универсальным и снижает стоимость испытаний в целом.
Снабжение средства измерения, по меньшей мере, одним датчиком замера амплитуды динамических напряжений позволяет контролировать в процессе испытаний непосредственно параметр, относительно которого настраивается вибростенд и контролируется момент поломки трубопровода в процессе испытаний, что повышает качество испытаний в целом.
Сущность настоящего изобретения поясняется эскизами.
Фиг. 1 – продольный разрез заявленной установки в области вибростола.
Фиг. 2 – изометрический вид на опору с установленным на ней трубопроводом посредством штуцера.
В частном случае реализации установка для испытания трубопровода на усталостную прочность содержит опору 1, выполненную с возможностью установки и жесткого закрепления на вибростоле 2 посредством фланца 3 (Фиг. 1). Опора 1 выполнена в виде полого цилиндра 4, внешняя боковая поверхность которого выполнена в виде восьмигранника, причем в центре каждой грани выполнено сквозное резьбовое отверстие 5 (Фиг. 2). На фланце 3 также выполнены отверстия 6 под винтовой крепеж опоры 1 к вибростолу 2. Установка также снабжена набором штуцеров 7 для фиксации трубопроводов 8 различного диаметра. На трубопроводе 8 в характерном месте равномерно в окружном направлении установлено три датчика 9 амплитуды динамических напряжений. Для балансировки системы опора 1 - штуцер 7 - трубопровод 8 установка снабжена средством балансировки, а именно, набором противовесов выполненных в виде винтов 10 требуемой массы. Некоторые трубопроводы 8 не обладают физическими свойствами, необходимыми для возбуждения установкой вынужденных колебаний с требуемыми напряжениями. Такие трубопроводы дополнительно механически нагружаются. Установка снабжена средством механического нагружения, выполненного в виде набора шаров 11 с цилиндрическими отверстиями различного диаметра и определенной массы. Расчетом или экспериментом для конкретного трубопровода 8 подбирается соответствующий по массе шар 11 и закрепляется, например, посредством радиального винта, на его свободном конце для реализации в испытании на усталостную прочность требуемых по амплитуде динамических напряжений. В этом случае проводится балансировка системы опора 1 - штуцер 7 - трубопровод 8 - шар 11. Балансировочным средством может также являться аналогичная система из элементов установки, установленная на противоположной грани опоры 1. Также установка содержит вибратор 12, устройство упругих направляющих 13, систему управления частотой вибрации 14 и блок автоматического программного управления 15.
Сборка устройства осуществляется следующим образом: на зафиксированную на вибростоле 2 опору 1 устанавливают штуцер 7 с трубопроводом 8, на котором предварительно установлены три датчика 9. При необходимости на свободном конце трубопровода фиксируют шар 11. Для балансировки элементов, установленных на вибростоле 2 на противоположную грань от штуцера 7 с трубопроводом 8 устанавливают винт 10, масса которого была определена заранее. Подключают датчики 9 к системе управления частотой вибрации 14. В дальнейшем настраивают установку на работу по возбуждению в направлении позиционирования, определенном устройством упругих направляющих 13, посредством вибратора 12, вызывающего в трубопроводе 8 вибронапряжения требуемой амплитуды.
При испытаниях на усталостную прочность установку настраивают на резонансный режим испытаний с определенной амплитудой вибронапряжений в трубопроводе 8. В работе сигнал с датчиков 9 передается в систему управления частотой вибрации 14, обрабатывается и передается в блок автоматического программного управления 15 для внесения при необходимости корректировок в работу вибратора 12, например, для выключения при значительном изменении амплитуды динамических напряжений в результате разрушения трубопровода 8. Испытания проводят до получения требуемого результата: нагружения детали требуемым количеством резонансных колебаний или до разрушения.
Исполнение заявленной конструкции, состоящей из нескольких соединяемых и жестко фиксируемых между собой сборных/разборных частей, основными из которых является опора, штуцера для крепления трубопроводов различного диаметра, средство балансировки, средство механического нагружения, позволяет получить требуемую универсальность, повысить точность полученных данных в результате испытаний, надежность фиксации объекта испытаний, снижение времени на монтаж/демонтаж установки для испытания трубопровода на усталостную прочность, что упрощает подготовку и проведение испытаний, повышает точность замеряемых параметров, что повышает качество и снижает стоимость испытаний в целом.