УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА И ЦЕНТРАЛЬНОГО УГЛА ПОЛУСФЕРИЧЕСКОЙ ВМЯТИНЫ НА ТРУБОПРОВОДЕ

Полезная модель относится к технике линейных измерений, а именно к средствам измерения геометрических параметров локальных деформационных дефектов на трубопроводе.
В настоящее время при обнаружении дефектов типа вмятина на действующих трубопроводах, существует проблема определения возможности безопасной эксплуатации в зависимости от уровня местных напряжений в стенке трубопровода, вызванных дефектом. Максимальные напряжения во вмятине полусферической формы под действием внутреннего рабочего давления определяют по формуле для полусферической оболочки [Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. - М.: Гл. изд. физ. - мат. лит., 1966. - С.601]
раб
где R - радиус вмятины, м; Р - внутреннее рабочее давление, МПа; δ - толщина стенки, м; α - центральный угол вмятины, град.
Таким образом, зная внутреннее рабочее давление и толщину стенки трубопровода, для определения действующих напряжений необходимо геометрически определить радиус R и центральный угол а вмятины.
Известно устройство для измерения радиуса вогнутых поверхностей, содержащее корпус, механизм микроподачи, отсчетный узел, измерительные наконечники и кинематический узел связи механизма микроподачи и измерительных наконечников, причем кинематический узел связи механизма микроподачи измерительных наконечников с каждым измерительным наконечником выполнен c разными передаточными отношениями [А.с. 1587313 SU, МКИ 5 G 01 В 5/20, опубл. 1990].
Недостатком существующего устройства является то, что оно дает информацию о радиусе вогнутой поверхности, определенного размера, ограниченного длиной наконечников и не дает информации о центральном угле вогнутой поверхности.
Известно устройство для измерения радиуса детали, содержащее две опорные планки, связанные между собой шарниром, две мерные планки и два упора, размещенных соответственно на опорных планках [А.с.1594347 SU, МКИ 5 G 01 В 5/08, опубл. 1990].
Недостатком существующего устройства является то, что для определения непосредственно радиуса вмятины необходимо проведение дополнительного измерения расстояния от точки контакта шарнира до точки пересечения мерных планок, что вносит некоторую погрешность, а также то, что с помощью этого устройства не возможно определить центральный угол вмятины.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство контроля контуров по отдельным точкам в
прямоугольных координатах, содержащее горизонтальную траверсу, на поверхности которой нанесена шкала, на траверсе размещены с возможностью перемещения вдоль своих осей и фиксации три измерительных штока: один центральный и два крайние, каждый из которых предназначен для взаимодействия с контролируемым объектом [Григорьев И.А., Дворецкий Е.Р. Контроль размеров в машиностроении. - М.: Машгиз, 1959. - С.363].
Известное устройство позволяет осуществлять измерения, но его применение из-за конструктивных особенностей ограничено.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является получение исчерпывающей информации о радиусе и центральном угле полусферической вмятины, оценка несущей способности и безопасной эксплуатации действующего трубопровода.
Техническим результатом является повышение точности определения радиуса и центрального угла полусферической вмятины.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство контроля контуров по отдельным точкам в прямоугольных координатах, содержащее горизонтальную траверсу, на поверхности которой нанесена шкала, на траверсе размещены с возможностью перемещения вдоль своих осей и фиксации три измерительных штока: один центральный и два крайние, каждый из которых предназначен для взаимодействия с контролируемым объектом дополнительно введены замкнутая четырехугольная рама с продольными и поперечными сторонами, две пары
установочно-подвижных кареток, размещенных попарно на продольных и поперечных сторонах рамы, выполненных с возможностью установки и фиксации горизонтальной траверсы, как на первую, так и на вторую пару установочно-подвижных кареток.
На фиг.1 показано устройство для определения радиуса и центрального угла полусферической вмятины на трубопроводе, общий вид;
на фиг.2 - то же, вид спереди.
Устройство для определения радиуса и центрального угла полусферической вмятины на трубопроводе содержит основание, выполненное в виде замкнутой прямоугольной рамы с продольными 1, 2 и поперечными 3, 4 сторонами, имеющими шкалы, предназначенные для определения шага перестановки горизонтальной траверсы 5 и служащими направляющими для установочно-подвижных кареток 6 и 7, причем установочно-подвижные каретки 6 и 7 выполнены съемными, с возможностью их установки попарно на продольных и поперечных сторонах прямоугольной рамы. Горизонтальная траверса 5, имеющая шкалу по всей длине установлена в пазах установочно-подвижных кареток 6, 7 с возможностью свободного перемещения вдоль своей продольной оси и фиксации, является направляющей для установленных на ней измерительных кареток 8, 9, 10 с измерительными штоками 11, 12, 13, причем один измерительный шток 12 является центральным, а два других 11, 13 - крайними. Измерительные штоки 11, 12, 13, которые установлены в отверстиях измерительных кареток 8, 9, 10 с возможностью продольного
перемещения и фиксации, выполнены в виде равных по длине стержней со шкалой по всей длине, а плоскость, проходящая через оси измерительных штоков перпендикулярна плоскостям, проходящих через поперечные и продольные стороны рамы. Основание устройства снабжено четырьмя стержнями 14, имеющими шкалу, для точного определения высоты положения устройства над объектом контроля и выполняющими функцию опорных ножек с возможностью свободного перемещения в осевом направлении и фиксации, которые установлены в отверстиях угловых крепежных элементов. Продольные 1, 2 и поперечные 3, 4 стороны рамы размещены в отверстиях универсальных угловых крепежных элементов 15, 16, 17, 18, которые расположены по четырем углам рамы с возможностью перемещения вдоль оси отверстия и фиксации. Универсальные угловые крепежные элементы 15, 16, 17, 18 выполнены таким образом, что, применяя стороны рамы различной длины, позволяют проводить измерения вмятин с различными размерами в плане.
Измерение геометрических величин, необходимых для определения радиуса и центрального угла вмятины на трубопроводе осуществляется следующим образом.
Основание устройства устанавливают над участком трубопровода с вмятиной на некоторой высоте от дефекта. В рабочем положении устройства стержни 14, выполняющие функцию опорных ножек, располагаются попарно на двух образующих трубопровода так, что обнаруженный дефект находится между этими образующими. Горизонтальную траверсу 5 устанавливают на
установочно-подвижных каретках 6 и 7, размещенных на поперечных сторонах 3 и 4 замкнутой рамы основания. Измерительные штоки 11, 12, 13 под действием собственного веса опускают до взаимодействия с трубопроводом таким образом, чтобы центральный измерительный шток 12 взаимодействовал с участком вмятины с наибольшей кривизной одного знака и наибольшей стрелой прогиба, а крайние измерительные стержни 11 и 13 взаимодействовали с участками вмятины, соответствующими границе правильной полусферической формы, причем показания шкал крайних стержней должны быть равными. Аналогично, при необходимости, снимаются показания шкал измерительных штоков в сечении, параллельном поперечным сторонам рамы. Это позволяет с одной установки основания получить полную информацию о геометрических величинах, необходимых для определения радиуса и центрального угла вмятины.
2
2
Радиус вмятины R определяют по (формуле R=[L+H)/2H, где L - расстояние между осью центрального стержня 12 и любого из крайних стержней 11,13; Н - разность показаний шкал по высоте центрального 12 и крайних стержней 11, 13.
Центральный угол вмятины определяют по формуле α=2 arcsin(L/R). Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет оценить несущую способность и безопасность дальнейшей эксплуатации действующего трубопровода с вмятиной за счет точного определения радиуса и центрального угла.