СТЕНД ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ОПОРЫ ПОДВИЖНОЙ ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для испытания опор подвижных трубопровода для нефти на прочность, износостойкость и устойчивость от опрокидывания.
Известна виброплатформа испытательная для испытания изделий на вибропрочность и виброустойчивость, содержащая закрепляемое на фундаменте основание, горизонтальный стол с закрепленными на нем изделиями, при этом стол может совершать горизонтальные колебательные смещения относительно неподвижного основания (Патент Р.Ф. №2470275, МПК G01M 7/02, G01V 1/55 дата публикации 20.12.2012 г.). Виброплатформа также содержит гидравлический актюатор (возбудитель колебаний платформы), насосную установку, электрогидравлическую систему подачи управляемого потока рабочей жидкости к возбудителю колебаний. Также известно устройство для испытания деталей на трение и износ, содержащее основание с установленным на нем держателем детали, связанный с ним привод его перемещения, а также держатель контробразца и связанный с ним узел нагружения (Авторское свидетельство СССР №1516875, МПК G01N 3/56 дата публикации 23.10 1989 г. Бюл.№39). В этом устройстве держатель образца через упругий элемент связан с основанием, а в качестве привода перемещения использован привод качательного движения.
Недостатками указанных устройств является отсутствие возможности проведения испытаний максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации, в частности на прочность при переменных нагрузках, при движении изделия в различных направлениях и на устойчивость от опрокидывания.
Предлагаемой полезной моделью решается задача проведения испытаний на прочность, износоустойчивость и устойчивость от опрокидывания путем обеспечения заданного соотношения силовых факторов и динамических параметров, соответствующих условиям, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации.
Поставленная задача решается следующим образом. Стенд испытательный опоры подвижной трубопровода (ОПТ) содержит раму с закрепленными на ней опорными элементами, на одном из которых установлена испытуемая опора, а на другом установлено изделие аналогичное испытуемой опоре. Эти опоры связаны между собой балкой, имеющей присоединительные элементы к узлам нагружения и перемещения ОПТ, связанные гидравлически с гидростанцией, а механически с тензодатчиками и рамой стенда. Кроме этого имеются электрическая система управления работой стенда и измерения параметров нагрузки на ОПТ, трубопроводы и кабели гидростанции.
Новым в предлагаемой полезной модели является то, что узел перемещения ОПТ представлен в виде двух двухстороннего действия горизонтальных гидроцилиндров, переставляемые в соответствующие положения для осуществления различных перемещений этой опоры, при этом корпуса гидроцилиндров связаны с рамой стенда. Узел нагружения ОПТ выполнен в виде четырех двухстороннего действия вертикальных гидроцилиндров, установленных вдоль оси балки и переустанавливаемые относительно своей продольной оси в соответствующие положения при различных направлениях перемещения ОПТ. Корпуса гидроцилиндров узла нагружения (ГУН) механически связаны с рамой, штоковая полость их гидравлически связана с рабочей полостью пневмогидроаккумулятора, при этом газовая полость последнего подключена к источнику высокого давления газа.
Для выполнения продольных перемещений ОПТ при испытании на износоустойчивость поверхностей скольжения и определения коэффициента трения поверхностей скольжения два горизонтальных гидроцилиндра расположены параллельно продольной оси балки, а четыре вертикальных гидроцилиндра через балку нагружают ОПТ требуемой вертикальной нагрузкой. Для выполнения поперечных перемещений ОПТ при испытании на износоустойчивость один горизонтальный гидроцилиндр расположен перпендикулярно продольной оси балки, а четыре вертикальных гидроцилиндра через балку нагружают ОПТ требуемой вертикальной нагрузкой. Для выполнения диагональных перемещений ОПТ при испытании на износоустойчивость один горизонтальный гидроцилиндр расположен соосно продольной оси балки, а другой в перпендикулярном направлении, при этом четыре вертикальных гидроцилиндра нагружают ОПТ требуемой вертикальной нагрузкой.
Для обеспечения постоянного значения вертикальной составляющей усилия, создаваемого ГУН на опорную плоскость скольжения ОПТ при продольном, поперечном или диагональном ее перемещениях повышают давление газа в газовой полости пневмогидроаккумулятора, рабочая полость которого связана гидравлической линией с штоковой полостью ГУН. Давление газа повышается при уменьшении объема газовой полости пневмогидроаккумулятора, что является следствием уменьшения объема штоковых полостей ГУН и увеличения объема рабочей полости пневмогидроаккумулятора. Для получения требуемой зависимости изменения давления в газовой полости пневмогидроаккумулятора к нему подключены дополнительно заряженные газовые баллоны с азотом.
Для выполнения испытаний ОПТ на прочность при критической вертикальной нагрузке штоковую полость ГУН связывают гидравлически с гидрораспределителем гидростанции, а пневмогидроаккумулятор отключают от источника высокого давления газа и горизонтальные гидроцилиндры отключают от гидрораспределителя гидростанции. Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными существенно расширяются функциональные возможности стенда и испытания максимально приближаются к реальным условиям эксплуатации ОПТ.
В результате поиска по источникам патентной и научно-технической информации, решений, содержащих аналогичные признаки, не обнаружено. Таким образом, можно сделать заключение о том, что предложенный стенд не известен из уровня техники и, следовательно, соответствует критерию охраноспособности - «новое».
Предложенное решение используется для определения у ОПТ:
- коэффициента трения поверхностей скольжения;
- степени износостойкости поверхностей скольжения;
- характера деформации и разрушения при статических нагрузках;
- степени устойчивости конструкции от опрокидывания.
На основании выявленных при испытании показателей определяется ресурс создаваемых конструкции, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».
На представленных чертежах схематично изображен заявляемый стенд при различных перемещениях ОПТ и пневмогидравлическая схема стенда. На фиг. 1 представлена схема стенда для испытания ОПТ при диагональных перемещениях. На фиг. 2 - изображение разреза «А-А». На фиг. 3 представлена схема стенда для испытания ОПТ при поперечных перемещениях. На фиг. 4 представлена схема стенда для испытания ОПТ при продольных перемещениях. На фиг. 5 представлена схема стенда для испытания ОПТ при вертикальных перемещениях. На фиг. 6 изображена схема пневмогидравлическая стенда.
Стенд содержит раму 1, на которой закреплены опорные элементы 2 на одном из которых установлена испытуемая опора 3, а на другом установлено изделие аналогичное опоре 4, и связывающая их балка 5. Стенд также содержит гидростанцию 6 соединенную посредством линий гидроразводки 7 с горизонтальными гидроцилиндрами для продольного перемещения 9 и поперечного перемещения 10, переустанавливаемые в соответствующие положения для осуществления этих перемещений ОПТ. Гидроцилиндры узла нагружения 8 связаны с гидростанцией 6 или с пневмогидроаккумулятором 11, к которому подключен источник повышения давления газа 12. Стенд также содержит тензодатчики 13 и манометр 14 для контроля величины вертикальной нагрузки на испытуемую ОПТ.
Работа стенда осуществляется следующим образом.
На этапе подготовки испытаний на раму стенда устанавливают опорные элементы, в которых расположены тензодатчики измерения вертикальной нагрузки. На левый опорный элемент устанавливают испытуемую ОПТ, а на правый опорный элемент устанавливают изделие аналогичное опоре. На опоры устанавливают балку и закрепляют опоры к ней. Устанавливают ГУН и гидроцилиндры для перемещения опор в горизонтальной плоскости. Устанавливают на корпус горизонтального гидроцилиндра направляющую с конечными выключателями. Подключают гидроцилиндры к гидросистеме стенда
2
Статические испытания ОПТ на прочность производятся путем нагружения ее через балку от штоков ГУН до получения требуемого давления в штоковых полостях, например 14МПа (140 кгс/см), при этом ГУН подключены к гидрораспределителю гидросистемы. После выдержки под нагрузкой в течении 5 минут производится анализ результатов испытания. Для проведения статических испытаний ОПТ при давлении в системе 13 МПа в течении 10 минут предварительно сбрасывают давление в штоковых полостях ГУН, соединив их со сливной линией гидрораспределителя. Заполняют рабочую полость пневмогидроаккумулятора маслом через гидрораспределитель, создав в ней давление 20 МПа. Через зарядное устройство АР-0,4/320.040А газовую полость пневмогидроаккумулятора заправляют азотом от одного баллона V=40 л (p=16 МПа), при этом рабочая полость соединена со сливом. Проверяют давление в пневмогидроаккумуляторе, которое должно составить 10 МПа. Отсоединяют зарядный баллон с азотом от пневмогидроаккумулятора. Соединяют рабочую полость последнего с штоковыми полостями ГУН, открыв кран вертикальной нагрузки, а газовую полость пневмогидроаккумулятора соединяют с тремя баллонами с азотом пневмосистемы стенда, при этом давление в системе должно составить 14,3 МПа. Регулируя давление пневмосистемы путем стравливания газа в дополнительный баллон с более низким давлением азота, создают нагрузку на ОПТ 44 т.с. (включая вес балки), при этом давление в системе должно составить 13 МПа. Указанные нагрузки и давление контролируются тензодатчиками и манометром. Систему выдерживают под заданной нагрузкой в течении 10 минут, и после производят анализ результатов испытаний. Для разгрузки ГУН закрывают кран вертикальной нагрузки, а рабочую полость пневмогидроаккумулятора соединяют с линией слива.
Динамические испытания ОПТ на износостойкость при поперечном перемещении балки производят посредством горизонтального гидроцилиндра, закрепленного к стойке поперечных перемещений и к балке. К испытуемой ОПТ через балку прикладывают вертикальную нагрузку от ГУН, при этом опора корпуса этих гидроцилиндров установлена так, чтобы плоскость качания ГУН была перпендикулярна оси балки. Вертикальная нагрузка контролируется тензодатчиками и манометром. В поршневую полость гидроцилиндра для поперечных перемещений ОПТ подают масло (давление масла в конце хода до 25 МПа, работу производят при минимально необходимом давлении в системе), что приводит в движение балку в направлении от стойки поперечного перемещения (влево). По показаниям манометра определяют давление страгивания ОПТ в поперечном направлении при отсутствии опрокидывания ОПТ. Производят цикл испытания ОПТ в автоматическом режиме при поперечном перемещении. При этом ОПТ смещается влево на 500 мм, останавливается, а затем смещается вправо на 1000 мм, останавливается и смещается влево на 1000 мм. Производится 600 таких циклов. По окончании цикла испытаний разгружают гидравлическую линию ГУН, производят осмотр и замеры износа или задиров поверхности трения ОПТ.
Динамические испытания ОПТ на износостойкость при продольном перемещении балки производят посредством двух горизонтальных гидроцилиндров, установленных параллельно оси балки и закрепленных к стойке продольных перемещений и к балке, при этом одноименные полости горизонтальных гидроцилиндров объединены в одну линию. Устанавливают направляющую с конечными выключателями. Переустанавливают ГУН относительно своей продольной оси так, чтобы плоскость качания гидроцилиндров была параллельна оси балки. К испытуемой ОПТ прикладывают вертикальное усилие 44 т.с. через штоки ГУН, при этом к пневмогидроаккумулятору подключены два газовых баллона с азотом, а штоковая полость гидроцилиндров связана с рабочей полостью пневмогидроаккумулятора. В поршневую полость горизонтальных гидроцилиндров для продольных перемещений ОПТ подают масло (давление масла в конце хода до 15 МПа, работу производят при минимально необходимом давлении в системе), что приведет в движение балку в направлении от стойки продольного перемещения (вправо). По показаниям манометра определяют давление страгивания ОПТ в продольном направлении. Смещают ОПТ на 400 мм и контролируют срабатывание конечного выключателя. В штоковую полость горизонтальных гидроцилиндров для продольных перемещений ОПТ подают масло (давление масла в конце до 15 МПа, работу производят при минимально необходимом давлении в системе), что приводит в движение балку в направление к стойке продольного перемещения (влево). По показаниям манометра определяют давление страгивания ОПТ в продольном направлении. Производят цикл испытания ОПТ в автоматическом режиме при продольном перемещении. При этом ОПТ смещается влево на 400 мм, останавливается, а затем смещается вправо на 800 мм, останавливается и смещается влево на 800 мм. Производится 600 таких циклов. По окончании испытаний разгружают гидравлическую линию ГУН, производят осмотр и замеры износа или деформации поверхности трения и фрикционных накладок ОПТ.
Динамические испытания ОПТ на износостойкость при диагональных перемещениях балки производят посредством двух горизонтальных гидроцилиндров. При этом один из них установлен соосно продольной оси балки и закреплен к стойке продольных перемещений и к балке, а другой установлен перпендикулярно продольной оси балки и закреплен к стойке поперечных перемещений и к балке. Поршневые полости обеих гидроцилиндров объединены в одну гидравлическую линию гидросистемы для обеспечения постоянного по величине усилия на ОПТ. К испытуемой ОПТ прикладывают вертикальное усилие 44 т.с. через штоки ГУН, при этом к пневмогидроаккумулятору подключены два газовых баллона с азотом, а штоковая полость гидроцилиндров связана с рабочей полостью пневмогидроаккумулятора. В поршневую полость горизонтальных гидроцилиндров подают масло (работу производят при минимально необходимом давлении в системе), что приведет в движение балку в диагональном направлении. По показаниям манометра определяют давление страгивания ОПТ в данном направлении. Смещают ОПТ на 200 мм и возвращают в исходное положение. Данные перемещения повторяют согласно программе испытаний.
Для проведения статических испытаний ОПТ на прочность с нагрузкой до 55 т.е. производят:
- отключение баллонов с азотом от пневмогидроаккумулятора;
- отсоединение горизонтальных гидроцилиндров от гидрораспределителя;
- подключение штоковых полостей ГУН к гидрораспределителю.
После выдержки под нагрузкой в течении 5 минут проводится демонтаж всех цилиндров и балки, осмотр и анализ результатов испытаний.
Динамические испытания ОПТ на устойчивость от опрокидывания при поперечных перемещениях балки производят посредством одного горизонтального гидроцилиндра связанного со стойкой поперечных перемещений и с балкой. ГУН отсоединяют от балки. Устанавливают боковые удлиненные и укороченные упоры, входящие в комплект ОПТ, напротив стойки поперечных перемещений. Подают масло в поршневую полость горизонтального гидроцилиндра, что приводит в движение балку с опорами в направлении от стойки поперечного перемещения (влево). Доводят ОПТ до боковых упоров, создают в поршневой полости гидроцилиндра давление 1,5 МПа (что соответствует усилию на штоке 3 т.с.) и проверяют отсутствие признаков опрокидывания ОПТ. После этого плавно повышают давление в гидросистеме до 3 МПа (что будет соответствовать усилию на штоке 6 т.с.) и проверяют отсутствие признаков опрокидывания ОПТ.
По результатам испытаний определяют фактические значения измеряемых параметров, на основании которых производят расчет коэффициента трения поверхностей скольжения и делают заключение о соответствии образцов ОПТ требованиям технического задания, действующих стандартов и норм.
Значение коэффициента трения поверхностей скольжения может быть определено по формуле:
тр
г
в
F=F/P; где:
г
F - горизонтальная сила, необходимая для перемещения ОПТ, н;
в
P - вертикальная сила, приложенная ОПТ, н;
в
в1
P=2P;
в1
P - определяется тензодатчиками.
г
F=P×S; где:
P - давление в гидросистеме, необходимое для перемещения, МПа;
2
S - площадь поршня, мм;
1
2
P=p-p;
1
p - давление в гидросистеме, МПа (считывается по манометру);
2
p - давление страгивания ОПТ, МПа.