СТЕНД ДЛЯ МАЛОЦИКЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИОННО-СИЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ МОДЕЛЕЙ НАТУРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СОСУДОВ
BENCH FOR LOW-CYCLE DEFORMATION-FORCE TESTS OF MODELS OF FULL-SIZE VESSEL STRUCTURES

Изобретение относится к диагностированию сосудов, работающих под действием статических и малоцикловых нагрузок от внутреннего избыточного давления, и может быть использовано для оценки прочности сосудов при диагностировании с учетом фактических параметров нагруженности их конструктивных узлов и элементов.
Известен стенд для испытаний механических свойств материалов в газовом потоке (Патент РФ №2367923, опубл. 20.09.2009 г.), содержащий корпус с водяной рубашкой охлаждения, снабженный крышкой и смотровыми люками, захваты, штоки, каретку, наружный экран, внутренний экран, регулирующие гайки, штанги, верхнюю и нижнюю опоры, силоизмеритель, нагружающий механизм, упоры, и газовоздушный тракт, он снабжен патрубками подвода воздуха для охлаждения внутреннего и наружного экранов и захватов, при этом экраны выполнены в виде кольцевого коллектора со средней частью, захваты шарнирно связаны со штоками, выполненными полыми, в каждом из которых размещена трубка, наружный диаметр которой меньше, чем диаметр отверстия в штоке, а на шток со стороны, противоположной захвату, установлен коллектор подвода/отвода охлаждающей жидкости, шток, коллектор и трубка выполнены в виде контура водяного охлаждения штока, и каждый шток независимо соединен с кареткой нагружающего устройства, которая снабжена стопорами, при этом нагружающее устройство с соединенным соосно силоизмерителем расположены между штангами верхней и нижней опор, жестко установленных на корпусе посредством упоров, причем корпус установлен на фундаменте на качающихся опорах.
Недостатком данного технического решения является невозможность проведения испытаний моделей и натурных конструкций сосудов при малоцикловых деформационно-силовых нагружений.
Техническим результатом изобретения является достоверная оценка фактической нагруженности оборудования, а так же уменьшение погрешности оценки прочности и ресурса сосудов и аппаратов, непосредственное испытание которых затруднительно или даже не возможно в виду того, что они находятся в эксплуатации и (или) испытание их натурных конструкций имеют высокую трудоемкость.
Техническая задача решается тем, что в стенде для испытаний моделей натурных конструкций сосудов, включающем корпус, нижнюю опору, патрубки, механизм нагружения, корпусом служит уменьшенная модель исследуемого сосуда со штуцерным узлом, состоящим из патрубка и обечайки, а механизмом нагружения является насос, связанный с патрубком подвода жидкости через поршневой гидроцилиндр, причем штуцерный узел снабжен тремя тензорезисторами, соединенными с тензостанцией, и установленными: один на наружную поверхность обечайки на расстоянии 3-5 мм от сварного шва, второй - на внутренней поверхности патрубка, в точке пересечения образующих внутренних поверхностей обечайки и патрубка, а третий - на внутреннем торце патрубка, при этом на корпусе и насосе установлены манометры.
На фиг.1 показана схема стенда для малоцикловых деформационно-силовых испытаний модели натурной конструкции сосуда, на фиг.2 - стенд для малоцикловых деформационно-силовых испытаний модели натурной конструкции сосуда, на фиг 3 - схема установки тензорезисторов на штуцерном узле исследуемой модели.
Стенд для малоцикловых деформационно-силовых испытаний моделей натурных конструкций сосудов, включает корпус 1, с вваренным в него штуцерным узлом 2 и является уменьшенной моделью исследуемого сосуда со штуцерным узлом, состоящим из патрубка 3 и обечайки 4, и расположенным на нижней опоре 5. В корпус 1 вварены патрубок 6 для подвода жидкости и патрубок 7, с установленным на нем манометром 8. Механизмом нагружения является насос 9, на выходе которого установлен манометр 10, связанный с патрубком 6 подвода жидкости через поршневой гидроцилиндр 11. На наружную поверхность обечайки 4 (фиг.3) на расстоянии 3-5 мм от сварного шва установлен тензорезистор 12. На внутренней поверхности патрубка 3, в точке пересечения образующих внутренних поверхностей обечайки 4 и патрубка 3, установлен тензорезистор 13, а на внутреннем торце патрубка 2 - тензорезистор 14, причем тензорезисторы 12, 13 и 14 соединенными с тензостанцией. Для удаления воздуха из корпуса 1, на штуцерном узле расположена бобышка-воздушник 15. Штуцерный узел имеет плоскость симметрии 16, относительно которой устанавливаются тензорезисторы 12, 13 и 14
Стенд для малоцикловых деформационно-силовых испытаний моделей натурных конструкций сосудов работает следующим образом.
Перед изготовлением корпуса 1, являющегося уменьшенной моделью исследуемого сосуда со штуцерным узлом, выполняется входной контроль основных конструктивных элементов модели (обечайки и патрубка штуцера) и подтверждается их материальное исполнение. Сборка уменьшенной модели исследуемого сосуда выполняется в соответствии с разработанными технологическими операциями. В случае необходимости в обечайку корпуса модели, патрубок и сварной шов штуцера могут быть внесены искусственные дефекты и повреждения, идентичные выявленным при диагностировании натурных конструкций сосудов. После сборки уменьшенной модели исследуемого сосуда, состоящим из корпуса 1 и штуцерного узла 2, выполняется неразрушающий контроль (ультразвуковую толщинометрию, ультразвуковой контроль сплошности металла и сварных швов, цветную дефектоскопию, измерения твердости) с целью выявления возможных дефектов изготовления и определения соответствия уменьшенной модели исследуемого сосуда требованиям рабочего чертежа.
Гидравлические испытания уменьшенной модели исследуемого сосуда проводят пробным давлением. По результатам неразрушающего контроля составляется паспорт на уменьшенную модель исследуемого сосуда.
Для проведения экспериментального нагружения с применением тензометрии используется следующее оборудование: ручной гидравлический насос ENERPAC Р-392; тензостанция SMD-10A, зав.№КА052005; тензорезисторы проволочные марки 3/120LY41; вентили игольчатые Т-106 (Ду 6, Ру 400), зав. №2081, 2537; манометры (Ру 400 мод. 11203), зав. №61369, 1091.
С помощью насоса 9, например, ручной гидравлический насос ENERPAC Р-392, в соответствии с графиком нагружения, поднимается давление в корпусе 1 уменьшенной модели исследуемого сосуда, до давления гидроиспытания. Скорость подъема давления составляет не более 0,5 МПа в минуту. На наружную поверхность обечайки 4 на расстоянии 3-5 мм от сварного шва, установливается (наклеивается) тензорезистор 12, чтобы направление измерения напряжений было поперек образующей обечайки 4. На внутренней поверхности патрубка 3, в точке пересечения образующих внутренних поверхностей обечайки 4 и патрубка 3, установливается тензорезистор 14, чтобы направление измерения напряжений было поперек образующей патрубка 2, а на внутреннем торце патрубка 3 - тензорезистор 13, так, чтобы направление измерения по кольцу срединной поверхности. Все датчики устанавливают симметрично плоскости симметрии 16 штуцерного узла, состоящего из патрубка 3 и обечайки 4, совпадающей с плоскостью симметрии корпуса 1. Причем тензорезисторы 12, 13 и 14 соединены с тензостанцией. После наклейки тензорезисторов 12, 13 и 14 стенд собираем и герметизируем. После герметизации корпус 1 заполняется водой. При этом заполнение корпуса 1 водой осуществляется через патрубок 6, а контроль давления - по манометру 8, например, (Ру 400 мод. 11203), зав. №61369, 1091, установленному в патрубке 7. Для удаления воздуха из корпуса 1, по мере заполнения его водой, используют бобышку-воздушник 15, расположенную на штуцерном узле 2.
Для кабельного соединения тензорезисторов 12, 13 и 14 с тензостанцией используют разработанный и изготовленный узел (гермовывод), располагаемый в днище патрубка 2 (фиг3)
После герметизации выполняются замеры электрических характеристик цепи «тензорезистор - соединительные кабели - тензостанция». По результатам замеров установлено, что активные, индуктивные и емкостные параметры тензорезисторов 12, 13, 14, например, проволочных марки 3/120LY41, в состояниях: «до нанесения герметика», «с нанесенным герметиком в воздушной среде» и «с нанесенным герметиком в заполненном водой сосуде», различаются несущественно.
Таким образом, реализованные схемы герметизации тензорезисторов 12, 13, 14 и кабельные соединения их с тензостанцией, например, SMD-10A, зав. № KA 052005, не вносят существенной погрешности в регистрируемые показания механических напряжений.
Расчет и анализ НДС корпуса 1, являющегося уменьшенной моделью исследуемого сосуда со штуцерным узлом, состоящим из патрубка 3 и обечайки 4, нагруженной внутренним давлением позволяют сделать вывод, что зона металла на внутренней поверхности патрубка 3 является практически равнонагруженной с зонами максимальных напряжений металла исследуемого сосуда.
Таким образом, по сравнению с прототипом, стенд для малоцикловых деформационно-силовых испытаний моделей натурных конструкций сосудов позволяет осуществить достоверную оценку фактической нагруженности оборудования, а так же уменьшить погрешность оценки прочности и ресурса сосудов и аппаратов, непосредственное испытание которых затруднительно или даже не возможно в виду того, что они находятся в эксплуатации и (или) испытание их натурных конструкций имеют высокую трудоемкость.