СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕПАДОВ ДАВЛЕНИЯ В ГИДРОПРИВОДЕ С ГИБКИМ ТРУБОПРОВОДОМ ПРИ ОЦЕНКЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГИДРОСИСТЕМЫ
MEASUREMENT OF PRESSURE DIFFERENCES IN HYDRAULIC DRIVE WITH FLEXIBLE PIPE AT ESTIMATION OF HYDRAULIC SYSTEM STATE

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения давления в гидроприводе или пневмоприводе.
Известен способ измерения давления в гидроприводе с помощью манометров, предусматривающий отбор давления из какой-либо точки гидропривода. Исакович Р.Я. Контрольно-измерительные приборы в добыче нефти. - М., 1954, с.107.
Основным недостатком известного способа является то, что для его реализации необходимо разгерметизировать гидросистему, чтобы подключить в нее манометр.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является способ измерения давления, заключающийся в том, что на наружную поверхность металлического трубопровода устанавливают измерительный элемент, определяющий изменения усилия, действующие со стороны трубопровода, подводят среду измеряемого давления, наблюдают показания, по которым судят о значении давления. Изобретение РФ, заявка №2005106189 от 05.03.2005 года, публикация 10.08.2006 года, бюллетень №22.
Для этого способа характерна большая трудоемкость подготовительных работ и сложность монтажа устройства на трубопроводе.
Технической задачей изобретения является обеспечение измерения давления в гидроприводе без нарушения целостности трубопровода, а также без нарушения герметичности гидросистемы и одновременном сокращении трудоемкости процесса измерения при диагностировании их технического состояния.
Поставленная задача достигается тем, что в способе измерения перепадов давления в гидроприводе с гибким трубопроводом при оценке технического состояния гидросистемы, на наружную поверхность гибкого трубопровода, представляющего собой рукав высокого давления, способную деформироваться под действием давления рабочей среды, устанавливают измерительный элемент, определяющий изменения усилия, действующего со стороны гибкого трубопровода, подводят среду измеряемого давления, наблюдают показания, по которым судят о значении давления, в качестве измерительного элемента используют датчик усилий или датчик перемещения, измерительный элемент закрепляют на поверхности рукава высокого давления с предварительным натягом величиной 300-400 Н, обеспечивающим совместные радиальные деформации наружной стенки гибкого трубопровода и измерительного элемента при всех перепадах рабочего давления в гидроприводе, в процессе прохождения по трубопроводу среды измеряемого давления в течение 5-10 секунд на измерительном элементе фиксируют значения измеряемой величины в виде увеличения или уменьшения усилия или перемещения на поверхности рукава высокого давления, соответствующего изменению давления в рукаве на выбранный шаг его нарастания, полученные показания тарируют, затем, фиксируя изменения усилия или перемещения, действующего со стороны предварительно сжатого гибкого трубопровода на измерительный элемент, судят о значении давления в гидроприводе.
Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена общая схема процесса измерения, на фиг.2, фиг.3 - схема процесса измерения для примера 1 реализации способа, на фиг.4 - графические результаты испытаний (пример 1), на фиг.5 - схема процесса измерения для примера 2 реализации способа.
Предложенный способ осуществляют следующим образом.
Измерительный элемент 1 с предварительным натягом величиной 300-400 Н устанавливают на наружную поверхность 2 гибкого трубопровода 3 (фиг.1). В качестве измерительного элемента 1 могут быть использованы как датчик усилий, например, (тензометрические датчики сжатия ДВТ-100, ДВТ-500), так и датчик перемещения, например, (индикатор часового типа ИЧ01, ИЧ02).
Установку измерительного элемента 1 на поверхность 2 гибкого трубопровода 3 осуществляют с помощью прижимного устройства 4, обеспечивающего совместные радиальные деформации наружной поверхности 2 гибкого трубопровода 3 и измерительного элемента 1 при всех перепадах рабочего давления в гидроприводе.
Измерение давления в гибком трубопроводе 3 осуществляется определением усилия, действующего со стороны, предварительно сжатого гибкого трубопровода 3, на измерительный элемент 1.
По величине измеряемого усилия судят о значении давления в гидроприводе.
Пример 1.
Реализация способа с измерительным элементом - датчиком сжатия (например, датчик сжатия ДВТ-100 (фиг.2) или датчик сжатия ДВТ-500 (фиг.3).
Измерительный элемент 5 (фиг.2, фиг.3) устанавливают на поверхности 6 рукава высокого давления 7 (РВД 2-16-16.5-У) с усилием 300 Н, обеспечивающим совместные радиальные деформации наружной стенки РВД и измерительного элемента 5 при всех перепадах рабочего давления.
Величина усилия при установке датчика выбирается из условия плотного контакта измерительного элемента 5 и наружной поверхности 6 РВД 7 при всех перепадах рабочего давления в гидроприводе.
Плотный контакт датчиков с поверхностью рукава высокого давления обеспечивается прижимным устройством, которое может иметь для разных датчиков разное конструктивное исполнение.
Например.
Для датчика сжатия ДВТ-100 (фиг.2) плотный контакт обеспечивается с помощью прижимного устройства 8, одним из конструктивных исполнений которого является кронштейн 9, представляющий собой сварную конструкцию из трех пластин (опоры, стойки и крышки). Конструкция кронштейна 9 обеспечивает возможность регулировки усилия при помощи передачи винт-гайка 10, которым измерительный элемент 1 прижимается к поверхности 6 рукава высокого давления 7.
Для датчика сжатия ДВТ - 500 (фиг.3) натяг обеспечивается с помощью прижимного устройства 11, одним из конструктивных исполнений которого является цилиндрический кронштейн 12, представляющий собой сварную конструкцию из трубы и крепежных пластин. Конструкция кронштейна обеспечивает возможность регулировки натяга при помощи передачи винт-гайка 13, с которым измерительный элемент 5 прижимается к поверхности 6 рукава высокого давления 7.
Далее к РВД 7 подводится среда измеряемого давления. По величине выходного сигнала измерительного элемента 5 (выходного напряжения датчика) можно судить о величине давления в РВД.
При изменении давления в РВД 7 происходит увеличение его диаметра, которое ведет к сжатию измерительного элемента 5 и изменению его выходного напряжения.
При градуировке на поверхности 6 РВД 7 закрепляют измерительный элемент 5, способный воспринимать изменение усилия на поверхности 6 РВД 7 при всех перепадах давления.
Давление в РВД 7 изменяется ступенчато: шаг увеличения давления 10 секунд, величина шага 1МПа, интервал шага от 0 до 16 МПа. Величина давления в рукаве регулируется контрольным манометром (например, испытательный стенд КИ-0816).
При этом регистрируют выходные значения измерительного элемента 5 (выходное напряжения датчика) в течение 10 секунд на каждом шаге изменения давления, результаты измерений заносят в таблицу.
Полученную характеристику используют в дальнейшем в процессе настройки параметров работы комплекта для диагностики гидропривода (например, КДГ-01).
По результатам испытаний составляют градуировочную таблицу, например:
Датчик ДВТ-500 устанавливается на поверхность рукава 2-16-16.5 У ГОСТ 6286-76 и для данного РВД снимается тарировочная характеристика от 0 до 16 МПа с шагом измерения 1 МПа. Интервал каждого измерения равняется 10 секундам.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1
Выходное напряжение на датчике ДВТ-500, мВ
№ измерения
Показания контрольного манометра, МПа
Интервал измерения, сек
1
0
800
10
2
1
850
10
3
2
900
10
4
3
950
10
5
4
1000
10
6
5
1075
10
7
6
1150
10
8
7
1200
10
9
8
1250
10
10
9
1300
10
11
10
1354
10
12
11
1405
10
13
12
1455
10
14
13
1500
10
15
14
1555
10
16
15
1610
10
17
16
1660
10
На фиг.4 показана зависимость выходного напряжения датчика ДВТ-500 от давления в рукаве 2-16-16.5 У ГОСТ 6286-76.
Анализируя полученную зависимость, можно отметить, что увеличение выходного напряжения датчика сжатия ДВТ-500 прямо пропорционально увеличению давления в РВД и эти величины имеют линейную связь, что упрощает дальнейшую реализацию предлагаемого способа на практике.
Пример 2.
Реализация способа с измерительным элементом - датчиком перемещения (индикатор часового типа, например, ИЧ01, ИЧ02 (фиг.5).
Измерительный элемент 14 (преобразователь перемещения) - индикатор часового типа ИЧ01 - устанавливают на поверхности 15 рукава высокого давления 16 (РВД 2-16-16.5-У) с усилием 350 Н, обеспечивающим совместные радиальные деформации наружной стенки РВД 16 и преобразователя перемещения 14 (индикатор часового типа ИЧ01) при всех перепадах рабочего давления.
Величина усилия натяга выбирается из условия плотного контакта преобразователя перемещения 14 и наружной поверхности 15 РВД 16 при всех перепадах рабочего давления в нем.
Контакт обеспечивается с помощью прижимного устройства 17, одним из конструктивных исполнений которого является кронштейн 18, представляющий собой сварную конструкцию из трех пластин (опоры, стойки и крышки). Конструкция кронштейна 18 обеспечивает возможность регулировки усилия при помощи передачи винт-гайка 19, с которым преобразователь перемещения 14 прижимается к поверхности 16 РВД 17.
Далее к РВД 17 подводится среда измеряемого давления.
По величине выходного сигнала измерительного элемента 14 (перемещение стрелки на циферблате, мкм) можно судить о величине давления в РВД 17.
При изменении давления в РВД 17 происходит увеличение его диаметра, которое ведет к сжатию измерительного элемента на индикаторе часового типа 14 и изменению положения стрелки на его циферблате, соответствующее увеличению наружного диаметра РВД, измеряемого в микрометрах.
При градуировке, на поверхности 15 РВД 16 закрепляют измерительный элемент 14, способный воспринимать изменение перемещения наружной поверхности 15 РВД 16 при всех перепадах давления.
Давление в РВД 16 изменяется ступенчато: шаг увеличения давления 10 секунд, величина шага 1 МПа, интервал шага от 0 до 16 МПа. Величина давления в рукаве регулируется контрольным манометром (например, испытательный стенд КИ-0816).
При этом регистрируются выходные значения измерительного элемента 14 (положение стрелки на циферблате соответствует увеличению наружного диаметра РВД в микрометрах) в течение 10 секунд на каждом шаге изменения давления. Далее составляют градуировочную таблицу (по примеру 1)
Полученная характеристика используется в дальнейшем в процессе эксплуатации для определения рабочего давления в РВД по показаниям преобразователя перемещения (индикатор часового типа ИЧ01).
Небольшая трудоемкость и простота реализации предлагаемого способа измерения давления (перепадов давления) позволит простыми средствами измерять давление (перепад давления) в действующем гидроприводе без нарушения его герметичности при оценке его технического состояния.
В таблице 2 приведен сравнительный анализ признаков предлагаемого способа измерения и известных способов измерения давления в гидроприводе.
Таким образом, предлагаемое техническое решение полностью решает поставленную техническую задачу.
Таблица 2
№ пр
Предлагаемый способ измерения давления в гидроприводе в соответствии с признаками формулы изобретения
Признаки сравнения
Способ измерения давления в действующем трубопроводе Патент RU 2098782 С1
Существующий способ измерения давления в гидроприводе с помощью манометров
Контроль, измерение давления в гидроприводе гидрофицированных машин (сельскохозяйственные, строительные, дорожные, подъемные, транспортные машины и оборудование).
Контроль, измерение давления в гидроприводе гидрофицированных машин (сельскохозяйственные, строительные, дорожные, подъемные, транспортные машины и оборудование).
1
Область применения
Контроль давления в трубопроводном транспорте (нефте-, газопроводы).
Преобразователь деформации закрепляют на стальных сварных прямошовных и спирально-шовных трубах
Преобразователь деформации закрепляют на резиновых рукавах высокого давления (диаметры от 10 мм до 50 мм). Модуль упругости резины
2
Закрепление преобразователя деформации
Не требуется
Таблица 2 (продолжение)
диаметром 114-1420 мм (ГОСТ Р 52079-2003). Модуль упругости стали Е=2·10<sup>11</sup> Па [12, стр. 332]. Необходимость предварительной очистки трубы и нанесения на нее изолирующего слоя.
E=1·10<sup>4</sup> Па. [12, стр332]. Предварительная подготовка поверхности РВД не требуется.
Шнуровая полиспастная стяжка с медными перемычками, уложенная по спирали. Контакт измерительной обмотки тензометрического чувствительного элемента по всему периметру трубопровода.
Кронштейн с винтовым(ими) зажимом(ами), стяжка, корпусные элементы, обеспечивающие контакт измерительного преобразователя и резинового рукава высокого давления в точке (пятно контакта).
Конструкция прижимного устройства
3
Не требуется