Устройство для испытания усталостной прочности трубопроводов на вибростенде
DEVICE FOR TESTING THE FATIGUE STRENGTH OF PIPELINES ON A VIBRATION STAND

Изобретение относится к конструированию оснастки стендов для испытания трубопроводов на усталостную прочность, а именно, приспособлений для закрепления трубопроводов на вибростенде, в частности трубопроводов турбомашин.
Наиболее близким аналогом является стенд для испытания трубопроводов на усталостную прочность (заявка в ФИПС №2020143560 от 29.12.2020 г., патент RU 2760354, 24.11.2021), содержащее корпус с кольцевым фланцем, при этом наружная боковая поверхность корпуса выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, на каждой грани которого выполнены отверстия, на, по меньшей мере, одной из указанных граней, в отверстии, посредством разъемного соединения установлен штуцер крепления трубопровода.
Основным недостатком известного технического решения является нагрев элементов устройства при усталостных испытаниях трубопроводов при температурах испытаний выше комнатной, что снижает жесткость элементов устройства в процессе испытаний, то есть меняет собственные частоты объекта испытаний и требует дополнительной настройки вибростенда, при этом элементы устройства, подверженные тепловому воздействию, необходимо выполнять из жаропрочных материалов.
Технической проблемой заявленного изобретения является снижение влияния температуры испытаний на жесткость устройства и расширение номенклатуры применяемых материалов для производства его элементов.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного устройства, является снижение температуры элементов устройства в процессе усталостных испытаний трубопроводов, что, как следствие, обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что устройство для испытания трубопроводов на усталостную прочность, содержащее корпус с кольцевым фланцем, при этом наружная боковая поверхность корпуса выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, на каждой грани которого выполнены отверстия, на, по меньшей мере, одной из указанных граней, в отверстии, посредством разъемного соединения установлен штуцер крепления трубопровода, корпус выполнен в виде стакана, донышко которого расположено с противоположной стороны от кольцевого фланца, дополнительно содержит кольцевое уплотнение и крышку, габарит которой больше диаметра кольцевого фланца, при этом в отверстии на противоположной от штуцера крепления трубопровода грани стакана дополнительно установлен штуцер подвода в полость стакана охлаждающего воздуха, при этом в штуцере крепления трубопровода со стороны полости стакана выполнено глухое осевое отверстие и выполнены сквозные отверстия от боковой части штуцера крепления трубопровода до глухого осевого отверстия, кроме того в остальных отверстиях граней корпуса установлены герметичные заглушки, корме того крышка расположена между корпусом и вибростендом и соединена посредством разъемных соединений, при этом в торце корпуса со стороны крышки выполнена кольцевая проточка, в которой установлено кольцевое уплотнение.
Крышка выполнена цилиндрической.
Внутренняя полость стакана выполнена цилиндрической.
Отверстия в каждой грани стакана выполнены разного диаметра.
Сквозные отверстия выполнены равномерно по боковой части штуцера крепления трубопровода.
Оси сквозных отверстий, выполненных на гранях стакана, лежат в одной плоскости.
Выполнение корпуса в виде стакана, донышко которого расположено с противоположной стороны от кольцевого фланца, и снабжение устройства кольцевым уплотнением и крышкой, габарит которой больше диаметра кольцевого фланца, позволяет реализовать закрытую полость в корпусе под охлаждающий воздух для его подачи в область элементов устройства, подверженных воздействию температуры в испытании. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.
Установка в отверстии на противоположной от штуцера крепления трубопровода грани стакана дополнительно штуцера подвода в полость стакана охлаждающего воздуха позволяет обеспечить его подачу в область элементов устройства, подверженных воздействию температуры в испытании. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.
Выполнение в штуцере крепления трубопровода со стороны полости стакана глухого осевого отверстия и сквозных отверстий от боковой части штуцера крепления трубопровода до глухого осевого отверстия позволяет осуществлять выдув охлаждающего воздуха из полости корпуса в области элементов устройства, подверженных воздействию температуры в испытании. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.
Установка в остальные отверстия граней корпуса герметичных заглушек, а также расположение крышки между корпусом и вибростендом и соединение ее посредством разъемных соединений, при этом выполнение в торце корпуса со стороны крышки кольцевой проточки, в которой установлено кольцевое уплотнение, позволяет исключить паразитные утечки охлаждающего воздуха из полости корпуса для более эффективного выдува охлаждающего воздуха через штуцер крепления трубопровода. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.
Кроме того, выполнение крышки и внутренней полости стакана цилиндрической упрощает их производство, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.
Кроме того, выполнение отверстий в каждой грани стакана разного диаметра позволяет испытывать большую номенклатуру трубопроводов по их диаметру с сохранением надежности их крепления в приспособлении.
Кроме того, выполнение сквозных отверстий равномерно по боковой части штуцера крепления трубопровода позволяет более равномерно и эффективно охлаждать элементы устройства, подверженных воздействию температуры в испытании. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.
Кроме того, расположение осей сквозных отверстий, выполненных на гранях стакана, в одной плоскости упрощает производство стакана, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.
Сущность настоящего изобретения поясняется эскизами, на которых представлен продольный разрез заявленного устройства (фиг.1) и изометрический вид на корпус с установленным на нем трубопроводом посредством штуцера (Фиг. 2).
В частном случае реализации устройство для испытания усталостной прочности трубопроводов на вибростенде содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндрического стакана с цилиндрическим фланцем 2, выполненным с противоположной стороны относительно донышка 3. Внешняя боковая поверхность корпуса 1 выполнена в виде восьмигранника, причем в центре каждой грани 4 выполнено сквозное резьбовое отверстие 5 (Фиг. 2). На фланце 2 также выполнены отверстия 6 под винтовой крепеж корпуса 1 к смежной детали, а именно, к цилиндрической крышке 7. Последняя в свою очередь крепится к вибростолу 8 вибростенда аналогичным крепежом. Устройство также снабжено набором штуцеров 9 крепления трубопроводов 10 различного диаметра, которые могут быть установлены в соответствующие резьбовые отверстия 5. В каждом штуцере 9 крепления трубопровода выполнено одно глухое осевое отверстие 11, а также ряд сквозных отверстий от боковой поверхности штуцера 9 крепления трубопровода 10 до глухого осевого отверстия 11. В частном случае реализации сквозные отверстия 12 выполнены равномерно по штуцеру 9 крепления трубопровода 10. На противоположной грани 4 от штуцера 9 крепления трубопровода 10 установлен один из штуцеров 13 подвода охлаждающего воздуха с сквозным осевым отверстием 14, набором которых снабжено заявленное устройство. Каждый штуцер 13 подвода охлаждающего воздуха выполнен с возможностью соединения с гибким рукавом 15, посредством которого через сквозное осевое отверстие 14 в полость корпуса 1 подается охлаждающий воздух в процессе испытаний на усталость трубопровода 10 в условиях повышенной температуры. Полость корпуса 1 со стороны вибростола 8 вибростенда ограничена крышкой 7. Для предотвращения паразитных утечек охлаждающего воздуха в оставшихся отверстиях 5 граней 4 установлены заглушки в виде винтов (на фиг. не показаны). Также для уплотнения стыка крышки 7 с корпусом 1 в последнем выполнена кольцевая торцевая проточка 16, в которую установлено кольцевое уплотнение 17.
При испытаниях на усталостную прочность вибростенд настраивают на резонансный режим испытаний с определенной амплитудой вибронапряжений в трубопроводе 10 с учетом нагрева последнего. Для минимизации нагрева элементов устройства и влияния этого на результат испытаний в гибкий рукав 15 подают охлаждающий воздух под давлением. Откуда он посредством сквозного осевого отверстия 1 попадает в полость корпуса 1. Далее через глухое отверстие И он выдувается из сквозных отверстий 12, тем самым уменьшая нагрев элементов устройства. Испытания проводят до получения требуемого результата: нагружения детали требуемым количеством резонансных колебаний или до разрушения.
Исполнение заявленной конструкции, состоящей из нескольких соединяемых и жестко фиксируемых между собой сборных\разборных частей и подвода охлаждения к требуемым элементам устройства при испытании, позволяет получить требуемую универсальность, повысить точность полученных данных в результате испытаний, надежность фиксации объекта испытаний, снижение времени на монтаж/демонтаж установки для испытания трубопровода на усталостную прочность, что упрощает подготовку и проведение испытаний, повышает точность замеряемых параметров, что повышает качество и снижает стоимость испытаний в целом.