УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ НА ПРОЧНОСТЬ

Полезная модель относится к исследованиям прочностных свойств, в частности, для испытания на прочность полых изделий внутренним давлением.
Известно устройство для испытания полых изделий внутренним давлением, включающее мультипликаторы, систему трубопроводов с запорной арматурой, манометрами и фильтрами. Управляющая гидравлическая система включает резервуар, насос и пневмоаккумулятор (см. А.С. СССР №1029036, опубл. 15.07.1983).
Недостатками известного устройства является его небезопасность для лица, проводящего испытания, а также большая вероятность получения недостоверных результатов, обусловленная использованием несовременного оборудования.
Кроме того, известно устройство для испытаний на циклическую долговечность емкостей большого объема и высокого давления, который содержит контроллер, задатчик закона изменения давления, выход которого соединен с соответствующим входом контроллера, основной насос, кинематически связанный с маховиком и электродвигателем и выполнен в виде реверсивного регулируемого мотор-насоса с пропорциональным электрическим управлением, электрический вход узла управления которого соединен с соответствующим выходом контроллера, а рабочие каналы основного насоса соединены с двумя гидролиниями, к которым подключены датчики давления, выходы которых соединены с соответствующими входами контроллера, вспомогательный насос, один из рабочих каналов которого соединен с гидробаком, а второй рабочий канал - с напорным предохранительным клапаном, выполненным с пропорциональным электрическим управлением, при этом электрический вход данного клапана соединен с соответствующим выходом контроллера, а также ко второму каналу вспомогательного насоса присоединен канал гидравлического устройства, каждый из двух каналов которого соединен с соответствующей из упомянутых гидролиний, к которым через обратные клапаны подключен предохранительный напорный клапан, сливной канал которого соединен с гидробаком (см. патент РФ №2416742, опубл. 20.04.2011).
Недостатками известного устройства также являются его небезопасность для лица, проводящего испытания, а также отсутствие возможности получения результатов в процессе испытаний.
Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат заключается в повышении безопасности настоящего устройства при его эксплуатации.
Технический результат обеспечивается тем, что устройство для испытания полых изделий внутренним давлением на прочность, включающее датчики, систему трубопроводов, на которых установлена запорная арматура, и выполненное с возможностью одновременного испытания по меньшей мере двух полых изделий. Оно дополнительно содержит блок контроля и распределения, обеспечивающий возможность распределения потоков воды и сжатого воздуха, агрегат высокого давления, выполненный с возможностью подачи воды под высоким давлением на блок контроля и распределения, установку водоподготовки и средства, обеспечивающие возможность выявления полого изделия, не прошедшего испытания, и его отключения от гидроконтура, в качестве которого используют датчики протечки, выполненные с возможностью формирования и передачи сигнала на компьютерную систему управления, и запорную арматуру, выполненную с возможностью приема сигнала с пульта управления компьютерной системы управления и обеспечивающую отключение дефектного изделия от гидроконтура.
В соответствии с частными случаями осуществления устройство имеет следующие конструктивные особенности.
Устройство для испытания полых изделий внутренним давлением на прочность выполнено с возможностью испытания в нем в виде полых изделий баллонов.
Устройство для испытания полых изделий внутренним давлением на прочность выполнено с возможностью испытания в нем семи баллонов.
Сущность настоящей полезной модели поясняется иллюстрацией, на которой изображено в схематическом виде устройство для испытания полых изделий внутренним давлением на прочность.
На иллюстрации отображены следующие конструктивные элементы:
1 - установка водоподготовки;
2 - блок фильтров;
3 - фильтр;
4 - обратный клапан;
5 - кран;
6 - кран;
7 - термопреобразователь;
8 - запорный клапан;
9 - дренажный бак;
10 - расходный бак;
11 - насос;
12 - агрегат высокого давления;
13 - манометр;
14 - электродвигатель;
15 - плунжерный насос;
16 - редуктор;
17 - пневмоблок;
18 - блок подготовки воздуха;
19 - пневмораспределитель;
20 - трубопроводы;
21 - блок контроля и распределения;
22 - датчик давления;
23 - датчик давления;
24 - привод;
25 - гидродроссель;
26 - датчик уровня;
27 - кран шаровой;
28 - кран шаровой с пнемоприводом на трубопроводе к баллону №1;
29 - кран шаровой с пнемоприводом на трубопроводе к баллону №n;
30 - кран шаровой подвода воды в баллон;
31 - кран шаровой;
32 - обратный клапан;
33 - кран шаровой с пневмоприводом;
34 - вентиль;
35 - кассета;
36 - баллон №1;
37 - баллон №n;
38 - датчик протечки;
39 - кран шаровой;
40 - картриджный фильтр.
В состав устройства входит компьютеризированная система управления (КСУ), включающая комплект оборудования, состоящий из шкафов управления, силового шкафа, пульта с тактильной панелью управления и соединительных кабелей (на иллюстрации не отображена). Лицо, которое проводит испытания, находится за пультом управления, что снижает вероятность получения им травм при разрушении гидроконтура высоким давлением.
Установка водоподготовки 1 содержит блок фильтров 2 с фильтрами 3, запорную арматуру, установленную на трубопроводах 20 и содержащую, в частности, обратный клапан 4, кран 5, кран 6, термопреобразователь 7, запорный клапан 8. Блок фильтров 2 также может содержать дополнительную запорную арматуру, отображенную на иллюстрации и обеспечивающую повышение надежности и безопасности устройства при его эксплуатации. Блок фильтров 2 предназначен для очистки воды и распределения потоков. Кроме того, установка водоподготовки 1 содержит дренажный и расходный бак 9, 10, в которых установлены насосы 11. Бак расходный 10 предназначен для хранения запаса воды, а бак дренажный 9 предназначен для сбора загрязненной воды.
Агрегат высокого давления 12 предназначен для подачи воды под высоким давлением на блок контроля и распределения 21.
Агрегат высокого давления 12 содержит манометр 13, электродвигатель 14, плунжерный насос 15, редуктор 16.
Пневмоблок 17 включает блок подготовки сжатого воздуха 18 и пневмораспределители 19. Пневмоблок 17 входит в состав блока контроля и распределения 21, который обеспечивает возможность распределения потоков воды и сжатого воздуха. Кроме того, блок контроля и распределения содержит установленные на трубопроводах 20 датчики давления 22, 23, привод 24, гидродроссель 25, датчики уровня 26, краны шаровые 27, краны шаровые с пневмоприводами 28, 29, 33, кран шаровой 30, 31, 39, вентиль 34. Устройство также имеет кассету 35, обеспечивающую размещение в ней нескольких баллонов 36, 37 и позволяющую контролировать протечек под каждым баллоном 36, 37 с помощью датчиков протечки 38. Под средствами, обеспечивающими возможность выявления полого изделия, не прошедшего испытания, и его отключения, подразумевается совокупность конструктивных элементов устройства, в частности, датчики протечки 38, выполненные с возможностью формирования и передачи сигнала на КСУ, а также запорная арматура, которая по сигналу с ПУ либо при перекрывании вручную, позволяет отключить дефектный баллон от гидроконтура.
Наличие контрольный аппаратуры исключает необходимость нахождения испытателя в непосредственной близости от настоящего устройства, а наличие запорной арматуры обеспечивает эффективное управление устройством. Эти конструктивные особенности обеспечивают безопасность устройства.
Баллоны 36, 37 при проведении испытаний размещают вертикально с обеспечением подвода в их полость через рукава воздуха и жидкости.
Порядок проведения испытаний баллонов 36, 37 с использованием настоящего устройства должен быть следующий:
Этап 1 - Заполнение баллонов водой, под низким давлением (до 0,5 МПа), при автоматическом контроле вытеснения из баллонов воздуха;
Этап 2 - Заполнение баллонов водой, для достижения испытательного давления, с контролем скорости роста давления в баллонах;
Этап 3 - Выдержка баллонов под испытательным давлением, не менее 1 мин, с контролем протечек под каждым баллоном;
Этап 4 - Плавное снижение испытательного давления в баллонах до рабочего давления баллонов;
Этап 5 - Внешний визуальный осмотр баллонов на предмет наличия повреждений, полученных в ходе испытаний;
Этап 6 - Плавное снижение давления в баллонах до атмосферного;
Этап 7 - Поочередное удаление воды из баллонов.
Этап 1 содержит следующую последовательность действий:
Включают с пульта с тактильной панелью управления (ПУ) насос 11 низкого давления (до 0.5 МПа) для подачи воды из расходного бака 10. При этом кран шаровой 39 переключают с ПУ на подачу воды на кран шаровой 27.
Для заполнения 7 баллонов и гидроконтура стенда водой требуется около 605 л. Насос 11 расходного бака 10 имеет подачу 60 л/мин при напоре 8 м, что обеспечивает заполнение баллонов водой за время, примерно, 10 мин.
Контроль заполнения водой каждого баллона с №1 по №n производится по датчикам уровня 26. Информация о заполнении каждого из баллонов, выводится на ПУ.
На 1 этапе контролируют на ПУ температуру воды. Значение температуры должно находиться в пределах диапазона от плюс 15 до плюс 25 °C. Температура воды измеряется термопреобразователем 7.
Также контролируют с ПУ синхронность работы датчиков давления 22, 23. Показания датчиков могут отличаться на величину относительной приведенной погрешности измерения ±0,1 МПа.
При заполнении водой баллона, например №1, загорается сигнальная лампа “Баллон №1 заполнен”. При этом датчик давления 22 подает сигнал на один из пневмораспределителей 19 блока пневмораспределителей.
Кран шаровой с пнемоприводом на трубопроводе к баллону №1 переключается в положение “закрыто”.
После того, как будут заполнены все баллоны, на один из пневмораспределителей 19 должен поступить сигнал (электропитание). При этом кран шаровой 27 переключается в положение “закрыто”.
После того, как КСУ будет получен сигнал о закрытии крана 27, включается привод 24, который управляет переключением крана 39 на отвод воды от блока контроля и распределения 21 в дренажный бак 9 установки водоподготовки 1.
Проверяют на ПУ давление воды в баллонах №1-№7 по сигналу с датчиков 22 и 23. Значение давления воды должно находиться в пределах 0,3-0,5 МПа. Если достигнута требуемая величина давления и не происходит падение давления за промежуток времени не менее 1 мин, то это говорит о герметичности гидравлического контура и возможности перехода к следующему этапу испытаний.
На 2 этапе осуществляют следующую последовательность действий:
Включают с ПУ агрегат высокого давления 12. Обеспечивают подачу воды 22 л/мин при напоре 38,5 МПа. Для заполнения, под давлением 37,5 МПа, гидроконтура и 7 баллонов требуется, ориентировочно, 10,6 л воды.
Для нормальной работы агрегата высокого давления 12 требуется постоянный подпор воды, не менее 0,2 МПа, на входе в агрегат. Требуемый подпор воды создают посредством насоса 11 расходного бака 10.
Если давление на входе в плунжерный насос 15 будет менее 0,2 МПа, то реле давления отключит автоматически агрегат высокого давления 12.
Скорость роста давления в баллонах контролируют с помощью КСУ в пределах от 0,5 до 1 МПа/с. Для обеспечения требуемой скорости роста давления в баллонах электродвигатель 14, входящий в состав агрегата высокого давления, оснащен частотным приводом. Величина скорости роста давления в баллонах отображается на ПУ.
Оператор с ПУ имеет возможность регулировать и устанавливать скорость роста давления.
В КСУ предусмотрена возможность регулировки с ПУ скорости роста давления при различном количестве тестируемых баллонов и различном испытательном давлении.
Редуктор давления 16 агрегата высокого давления 12 должен быть предварительно вручную настроен на давление испытания баллонов 30 МПа или 37,5 МПа. Контроль давления осуществляют по манометру 13.
При достижении заданного давления испытаний 30 МПа (37,5 МПа), редуктор давления 16 агрегата высокого давления 12 переключит его автоматически на работу по замкнутому контуру, возвращая воду на вход насоса 15. При этом на КСУ произойдет отсчет и регистрация времени выдержки баллонов при пробном давлении. Время выдержки баллонов при пробном давлении зависит от предельной температуры эксплуатации плунжерного насоса высокого давления агрегата высокого давления 12. При превышении предельной температуры, датчик температуры агрегата высокого давления, отключит его от электропитания. Повторное включение агрегата высокого давления 12 возможно при снижении температуры воды до рабочего диапазона температур.
Контроль возможных протечек в баллонах №1-№7, в ходе испытаний, производят по датчикам протечек воды 38.
При получении сигнала с одного или нескольких датчиков протечки 38, оператор запускает с ПУ процедуру снижения давления в баллонах до атмосферного, после чего вручную отключает дефектный баллон (или баллоны) от гидромагистрали.
Если достигнута и поддерживается требуемая величина давления гидроиспытаний, то переходят к следующему этапу испытаний.
На 3 этапе выдерживают баллоны под испытательным давлением, не менее 1 мин. При этом осуществляют следующую последовательность действий:
При выходе устройства на заданное давление испытаний КСУ включит таймер отсчета выдержки баллонов под давлением. Время выдержки баллонов под давлением составляет от 1 до 60 мин. Время выдержки баллонов под испытательным давлением может устанавливаться оператором с ПУ.
Если при испытании под давлением происходит резкое падение давления в гидроконтуре, что возможно наблюдать на ПУ по сигналам с датчиков давления 22 и 23, то из этого следует, что произошла аварийная разгерметизация гидроконтура. Разгерметизация гидроконтура возможна в результате нескольких причин:
1) сквозная трещина в тестируемом баллоне (баллонах);
2) утечка в резьбовом соединении баллона (баллонов) с адаптером;
3) разгерметизация гидроконтура в штуцернониппельных соединениях, рукавах высокого давления, запорной и регулирующей арматуре.
При разгерметизации гидроконтура отключают агрегат высокого давления 12 и насос 11 расходного бака 10. Далее с ПУ подают электропитание на один из пневмораспределителей 19, что позволит открыть кран шаровой с пневмоприводом 33, и произойдет плавный сброс давления воды.
Контроль за падением давления воды производит оператор с ПУ.
В случае выявления, при осмотре, дефектного баллона, его исключают из цикла испытаний. Для этого перекрывают кран шаровой 30 подвода воды на входе в баллон. На ПУ оператор отмечает баллон (баллоны), который исключен из тестирования. В этом случае КСУ игнорирует сигналы с соответствующих датчиков уровня 26.
Если испытания баллонов прошли успешно, и давление гидроиспытаний было выдержано требуемое время, то переходят к следующему этапу испытаний.
На 4 этапе испытаний осуществляют следующие действия.
Включают с ПУ режим плавного сброса давления воды. При этом, КСУ выдает сигнал на подачу электропитания на один из пневмораспределителей 19. После этого открывается кран 33 плавного сброса давления воды. Давление в гидроконтуре должно быть снижено до 20 МПа или 25 МПа, в зависимости от уставки, которую задает оператор с ПУ. При достижении заданной уставки, КСУ отключает подачу электропитания на пневмораспределитель 19, что приводит к закрытию крана 33. Далее устанавливают с ПУ время выдержки под давлением воды 20 МПа (25 МПа). Это время необходимо для визуального контроля баллонов на наличие дефектов.
Если снижение давления до рабочего давления баллонов прошло успешно, то переходят к следующему этапу испытаний.
На 5 этапе осуществляют установку с ПУ время выдержки баллонов при рабочем давлении. Производят визуальный осмотр баллонов на наличие дефектов, полученных при гидроиспытании.
На 6 этапе осуществляют плавное снижение давление в баллонах до атмосферного.
Для этого подают с ПУ электропитание на пневмораспределитель 19, с целью открытия крана 33 плавного сброса давления воды.
При достижении давления воды в гидроконтуре 1,0 МПа открывают кран 27 для быстрого слива, для чего оператору следует с ПУ подать электропитание на пневмораспределитель 19.
Если снижение давления в гидроконтуре до атмосферного прошло успешно, что подтверждается показаниями на дисплее с преобразователей давления 22 и 23, то следует перейти к следующему этапу испытаний.
На этапе 7 осуществляют поочередное удаление воды из баллонов.
При этом проверяют с ПУ положение затвора кранов 39 и 27.
Кран 27 должен находиться в состоянии “ОТКРЫТО”, а кран 39 должен быть переключен на отвод воды из блока контроля и распределения 21 на установку водоподготовки 1.
Открывают вручную кран 31 для подачи сжатого воздуха в баллон №n.
Сжатым воздухом вытесняют всю воду из баллона. Это осуществляют до тех пор, пока воздух не станет выходить через автоматический воздухоотводчик 32. Далее закрывают кран 31, а затем кран 30.
Удаляют воду из оставшихся баллонов №n-1, №n-2…, №1, соблюдая очередность, действуя по аналогичной схеме.
При испытании баллонов на стенде вода, выходящая из баллонов, вымывает загрязнения, содержащиеся в них. Для того, чтобы грязная вода не использовалась повторно для гидроиспытаний, она направляется автоматически от блока контроля и распределения в дренажный бак 9 установки водоподготовки. Очистка воды, поступающей в дренажный бак 9, производится в автоматическом режиме. По мере накопления грязной воды в дренажном баке 9 всплывает датчик-реле уровня погружного насоса 11 этого бака 9. При этом включается электропитание насоса 11, который начинает подавать воду для очистки на картриджный фильтр 40.
Очищенная вода, после фильтра 40, поступает в расходный бак 10.
Степень загрязнения картриджей фильтра 40 изменяет величину перепада давления на фильтре, которая контролируется в автоматическом режиме датчиком-реле перепада давления. При достижении перепада давления 0,15 МПа на ПУ поступает сигнал о необходимости очистки фильтра 40.
Для очистки картриджей фильтра 40 его исключают из процесса фильтрации грязной воды. Для этого переключают трехходовой кран 6 подвода воды и трехходовой кран 5 отвода воды. При этом перераспределяют поток воды с фильтра 40 на фильтр 3. Степень загрязнения фильтра 3 также контролируют в автоматическом режиме с помощью датчика-реле давления.