Стенд для испытаний трубопроводной арматуры, ее элементов и фитингов на прочность, плотность и герметичность затвора
TESTS STAND FOR PIPELINE FITTINGS, ITS ELEMENTS AND COUPLERS FOR STRENGTH AND TRIM IMPERMEABILITY

Предполагаемое изобретение относится к области машиностроения, к одному из разделов технологии арматуростроения - к технике для испытания трубопроводной арматуры, ее элементов на прочность, плотность, герметичность затвора.
Задача, решаемая в заявленных способе и устройстве, известна из источника (см. С.Ю. Михаэль, Л.А. Бенин «Технология арматуростроения». М. - Л., 1966, с. 269). Гидравлическое испытание корпусов арматуры имеет тот недостаток, что их корпуса испытывают в иных условиях, чем при ее работе в условиях эксплуатации. Прижимающее заглушку усилие к проходному отверстию испытываемого корпуса (задвижки) не должно вызвать чрезмерное напряжение в материале испытываемого корпуса арматуры. Назначение заглушки - надежно перекрыть проходное или иное отверстие в объекте испытания от окружающей среды.
В определенной мере эту задачу решает самоуплотняющаяся заглушка (см. рис. 132), которая может быть использована при испытании корпусов арматуры с небольшими проходами. Диаметр внутренней полости цилиндра 4 выбран несколько большего размера, чем внутренний диаметр уплотнительного кольца 6. Вследствие этого усилие прижима уплотнительного кольца 6 будет всегда больше отрывающего заглушку усилия, вызванного давлением находящейся в полости испытываемого корпуса жидкости.
Задачей заявленного стенда является снижение усилия поджатия (зажима) технологических заглушек до минимального значения, достаточного для обеспечения надежной герметизации полости корпуса испытываемой арматуры и визуализация всех силовых параметров испытаний - давления в полости силового гидроцилиндра, давления в полости объекта испытаний (арматуры), исходных значений сжимающего и распорного усилий, остаточного осевого сжимающего усилия, воздействующего на привалочные поверхности объекта заглушками стенда.
2
Известен также испытательный стенд для герметизации патрубков арматуры бесфланцевого исполнения (патент RU №2297610 С), включающий поджатие торца патрубка к уплотнительному элементу заглушки и уплотнение зазора между ними, последующее заполнение внутренней полости патрубка испытательной жидкостью и подача туда испытательного давления, осуществляя при этом дополнительное сжатие и деформацию уплотнительных элементов заглушек, исключая тем самым зазор между внутренней стенкой патрубков испытываемой арматуры и уплотнительными элементами заглушек.
За счет конструкции заглушки обеспечивается зависимость давления зажима от испытательного давления, чем исключается осевое сжатие корпуса арматуры при его испытании.
1
Известен способ управления усилием зажима при испытании корпусов трубопроводной арматуры на прочность, плотность и герметичность (см. патент RU №2393447 С, МПК G01M 3/08 от 19 ноября 2009 г.), в котором рассчитывают по предложенной формуле: Рзаж - давление в системе зажима, располагая данными о величинах значений испытательного давления Рисп в полости испытываемой арматуры и требуемого минимума начального давления Рнач в зажиме. При этом фактическое значение Рср поступает в процессор с выхода измерителя давления, а значение Dy - с клавиатуры перед началом испытаний. Расчет требуемого значения давления Рзаж осуществляют процессором в автоматическом режиме. Таким образом, обеспечивают минимальное значение давления Рзаж, в то же время вполне достаточное для надежной герметизации патрубков испытываемой арматуры без нежелательной деформации корпуса в процессе испытаний крупногабаритной трубопроводной арматуры.
Недостаток известного стенда заключается в неудовлетворительной информативности процесса испытания, отсутствии его визуальности при снижении или увеличении усилия зажима, действующего на испытываемую арматуру (корпус задвижки) через технологические заглушки.
Последний способ является наиболее близким по своей технической сущности и выполняемой функции к заявленному объекту.
Задачами технических решений являются снижение усилия зажима, действующего на арматуру при ее испытании, более точного по его величине и значению за счет измерения давления в полостях силового цилиндра и корпуса арматуры, автоматического расчета на основе этих измерений разницы усилий прижима заглушек к привалочным поверхностям фланцев арматуры и распорного усилия от давления испытательной среды, действующей на поверхность заглушек, повышения информативности процесса испытания, его непрерывной визуализации.
Поставленные задачи решаются тем, что в известном стенде для испытаний трубопроводной арматуры, ее элементов и фитингов на прочность, плотность материала и герметичность затвора, содержащем основание с неподвижной и подвижной траверсами, со встроенными заглушками, механизм прижима с силовым гидроцилиндром для создания осевого усилия прижатия заглушек к привалочным поверхностям испытываемой арматуры, пневмоуправляемую насосную станцию, создающую избыточное давление масла в силовом цилиндре и испытательной среды в полости арматуры, систему управления циклом испытаний, стенд снабжен как минимум двумя электронными датчиками давления, один установлен в полости силового цилиндра, второй - в силовой трубопровод подачи испытательной среды в полость арматуры, входящих в систему управления, промышленным компьютером, в составе процессора, жидкокристаллического монитора, встроенного в пневмоуправляемую насосную станцию, включенным в систему управления, в который от датчиков по линиям связи непрерывно подаются сигналы о текущих значениях давлений, на их основе в компьютере рассчитываются текущие остаточные сжимающие усилия на привалочные поверхности корпуса арматуры, обеспечивающие герметичность соединения «заглушка-привалочная поверхность», как разница сжимающего усилия от действия давления масла на поршень гидроцилиндра и распорного усилия на заглушки от действия давления испытательной среды, вывода на монитор в графическом и числовом виде значений давлений масла и испытательной среды, сжимающих усилий от силового гидроцилиндра, распорного усилия от давления среды, результирующего остаточного осевого сжатия корпуса арматуры для оперативного контроля и последующей регистрации всех силовых параметров процесса.
Технический результат заключается в снижении усилия зажима, действующего на арматуру по ее оси магистральных патрубков через заглушки при ее испытании до минимального значения, достаточного для обеспечения надежной герметизации ее полости, в достижении более точной оценки по величине (усилия) в визуализации и регистрации силовых параметров процесса испытаний за счет повышения информативности и оперативного контроля за течением процесса испытаний.
На приведенных чертежах иллюстрируется в качестве примера реализация предполагаемого изобретения «Стенд для испытания трубопроводной арматуры, ее элементов и фитингов на прочность, плотность и герметичность затвора», подтверждающая возможность его промышленного применения при использовании всей совокупности признаков, где:
На фиг. 1 - схематическое изображение испытательного стенда с корпусом испытываемой арматуры, силовым гидроцилиндром, элементами системы управления.
На фиг. 2 - график изменения осевых нагрузок на привалочные поверхности испытываемой арматуры в подготовительном и основном циклах испытаниях как результат взаимодействия силовых факторов, вызванных давлением масла в силовом гидроцилиндре и давлением испытательной среды в корпусе арматуры.
Стенд 1 для испытания трубопроводной арматуры 2 (корпусов задвижек) на прочность, плотность, герметичность (см. фиг. 1) содержит жестко закрепленную на основании стенда траверсу 3 с неподвижной заглушкой 4 и подвижную траверсу 5 с установленной на ней заглушкой 6. Заглушка 6 соединена с гидроцилиндром 7 через шток 8 и поршень 9. Последние установлены в гидроцилиндре 7 с возможностью поступательного движения под действием избыточного давления Рзаж масла. Внутренний диаметр гидроцилиндра обозначен Dп и соответствует наружному диаметру поршня 9. Нагнетание масла в гидроцилиндр 7 обеспечивает пневмоуправляемая насосная станция 10, которая через трубопроводную систему 11, 12 и датчики давления 13, 14 соответственно на воду и масло заполняет полость испытываемой арматуры 2 испытательной средой Рисп. От датчиков 13, 14 по линиям связи непрерывно подаются сигналы о текущих значениях давлений в устройстве 15, на их основе в компьютере рассчитываются текущие остаточные сжимающие усилия на привалочные поверхности корпуса арматуры, обеспечивающие герметичность соединения «заглушка-привалочная поверхность», как разница сжимающего усилия от действия давления масла на поршень гидроцилиндра и распорного усилия на заглушки от действия давления испытательной среды, вывода на монитор в графическом и числовом виде значений давлений масла и испытательной среды, сжимающих усилий от силового гидроцилиндра, распорного усилия от давления среды, результирующего остаточного осевого сжатия корпуса арматуры для оперативного контроля и последующей регистрации всех силовых параметров процесса в стенде 1 для испытаний трубопроводной арматуры.
В процессе заполнения полости корпуса 2 средой и роста ее давления Рисп возникают усилия Fcp, направленные на отжим заглушек 4, 6 от привалочных поверхностей арматуры 2, уменьшая при этом сжимающие усилия до величины ΔF (на графике фиг. 2 точка «С»), которая должна быть достаточной для обеспечения герметичности - отсутствие утечек Qcp между поверхностями 16, 17 и функциональными поверхностями 18, 19 заглушек или падения давления Рисп. В кольцевой канавке на заглушке 6 расположено уплотнительное эластичное кольцо, которое отмечено на фиг. 1 как Dупл.к.
Стенд 1 для испытания трубопроводной арматуры на прочность, плотность и герметичность работает следующим образом. Устанавливают арматуру 2 (корпус задвижки) на опору стенда 1 таким образом, чтобы ее привалочные поверхности 16, 17 находились между функциональными поверхностями 18, 19 заглушек 4, 6. В этом состоянии осевая сжимающая нагрузка Fсж отсутствует, чему соответствует точка «А» на графике (см. фиг. 2). Под действием гидроцилиндра 7 подвижная траверса 5 с заглушкой 6 перемещается по направлению к привал очной поверхности 16 арматуры 2, прижимается к ней функциональной поверхностью 19 заглушки 6, создавая осевое усилие сжатия Fсж корпуса арматуры 2 между подвижной 5 и неподвижной 3 траверсами через привалочные поверхности 16, 17 корпуса арматуры 2 и функциональными поверхностями 18, 19 заглушек 4, 6. С увеличением давления в гидроцилиндре 7 осевое усилие сжатия Fсж растет, достигает максимального или управляемого значения (фиг. 2, точка «В» или «С» на графике), обеспечивая герметичность соединений привалочных поверхностей 16, 17 арматуры 2 и функциональных поверхностей заглушек 4, 6.
После этого заполняют внутреннюю полость арматуры 2 испытательной средой, давление которой достигает значения Рисп. В полости арматуры 2 возникают усилия Fcp, направленные на отжим заглушек 4, 6 от привалочных поверхностей 16, 17 арматуры 2, уменьшая при этом максимальное сжимающие усилия до величины ΔF (фиг. 2, точка «С»). Величина ΔF должна быть достаточной для обеспечения герметичности (отсутствие утечек или падения давления Рисп) между привалочными поверхностями 16, 17 арматуры 2 и функциональными поверхностями 18, 19 заглушек 4, 6. В таком напряжено-деформированном состоянии арматура 2 находится регламентированное время (фиг. 2, точка «С» и «D»), в течение которого осуществляется визуальная и инструментальная оценка ее показателей качества (целостность конструкции и сварных швов и т.д.).
Способ снижения осевого усилия зажима корпуса трубопроводной арматуры при ее испытании на прочность, плотность, герметичность начинают с установки арматуры 2 (корпуса задвижки) на опору стенда 1 таким образом, чтобы ее привалочные поверхности 16, 17 находились (см. фиг. 1) между функциональными поверхностями 18, 19 заглушек 4, 6. В этом состоянии осевая сжимающая нагрузка Fсж отсутствует, чему соответствует точка «А» на графике (см. фиг. 2). Под действием гидроцилиндра 7 подвижная траверса 5 с заглушкой 6 перемещаются по направлению к привалочной поверхности 17 арматуры 2, прижимается к ней функциональной поверхностью 19 заглушки 6, создавая осевое усилие сжатия Fсж корпуса арматуры 2.
С увеличением давления масла в гидроцилиндре 7 осевое усилие сжатия Fсж растет, достигает максимального (точка «В») или управляемого значения (точка «С» на графике) (см. фиг. 2), обеспечивая герметичность соединений привалочных поверхностей 16, 17 арматуры 2 и функциональных поверхностей 18, 19 заглушек 4, 6. После этого заполняется внутренняя полость арматуры 2 испытательной средой, давление которой достигает значения Рисп.
В процессе заполнения полости арматуры 2 испытательной средой и роста ее давления возникают усилия Fcp, уменьшая при этом максимальное сжимающее усилие (точка «В») до величины ΔF (точка «С» на графике, фиг. 2), которая должна быть достаточной для обеспечения герметичности (отсутствие утечек или падения давления Рисп) в испытываемом корпусе арматуры 2. В таком напряженно-деформированном состоянии арматура 2 находится регламентированное время (точки «С», «Д», фиг. 2), в течение которого осуществляется визуальная и инструментальная оценка ее показателей качества (целостность конструкции и сварных швов, герметичность материала корпусных деталей, сварных швов, подвижных и неподвижных соединений по отношению к окружающей среде и внутренняя герметичность в затворе).
В течение подготовительного «tn» и основного «tо» циклов испытания (см. фиг. 2) все текущие значения силовых параметров процесса - давления масла и испытательной среды - фиксируются, по ним рассчитываются сжимающие, распорные и результирующие усилия, последнее минимизируется управлением давления в силовом гидроцилиндре, визуализируются на экране управляющего компьютера устройства регистрации 15 параметров испытательного процесса.
После завершения контроля состояния испытываемой арматуры 2 по указанным выше показателям качества сбрасывают давление в гидроцилиндре 7, одновременно сбрасывается давление во внутренней полости арматуры 2 и процесс испытания считается завершенным.
По типу заявленного стенда изготовлен и испытан в заводских условиях стенд для испытания трубопроводной арматуры (корпусов задвижек) на прочность, плотность, герметичность.
Стенд отвечает поставленным задачам, которые были решены в предлагаемой заявке на изобретение (стенд), т.е. снизить усилие зажима, действующее на арматуру по ее оси магистральных патрубков через заглушки, повысить информативность процесса испытания и улучшить его визуальность.
Перечень позиций
1 - стенд
2 - корпус испытываемой арматуры (задвижки)
3 - траверса
4 - заглушка неподвижная
5 - траверса подвижная
6 - заглушка подвижная
7 - гидроцилиндр
8 - шток (гидроцилиндра)
9 - поршень (гидроцилиндра)
10 - насосная станция (пневмоуправляемая)
11, 12 - трубопроводная система
13 - датчик давления воды
14 - датчик давления масла
15 - устройство регистрации
16, 17 - поверхности привалочные
18, 19 - функциональные поверхности (заглушек 4, 6)
Рзаж - давление зажима
Рисп - испытательное давление (среды)
Fcp - усилия внутри корпуса испытательной арматуры, создаваемые испытательной средой
Qcp - утечка среды (испытательной)
Dупл.к. - диаметр уплотнительного эластичного кольца в кольцевой канавке на заглушке 6.