СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ И ПРОВЕРКИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ГЛУБОКОВОДНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ГЛУБИНАХ ДО 11,5 КМ, ВНЕШНИМ ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ ДАВЛЕНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PERFORMANCE OF STRENGTH TESTS AND TESTING OF TIGHTNESS OF DEEP-WATER TECHNICAL FACILITY INTENDED FOR OPERATION AT DEPTHS OF UP TO 11,5 km, EXTERNAL HYDROSTATIC PRESSURE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к способам испытаний технических объектов внешним гидростатическим давлением для определения их физических параметров, и может быть использовано в областях техники, где используются объекты, работающие или эксплуатирующиеся при воздействии высокого внешнего гидростатического давления, например, подводные технические средства, преимущественно глубоководные аппараты.
Известен способ испытания оболочек внешним гидростатическим давлением, по которому с целью предотвращения возникновения гидравлического удара при разрушении пустотелой оболочки, она вначале помещается в заполненный жидкостью разъемный сосуд, имеющий калиброванное отверстие и являющийся негерметичным, а затем разъемный сосуд с упомянутой оболочкой устанавливается в камеру высокого давления (Авторское свидетельство СССР 1456827 07.02.1989 г. Бюл. №5).
Способ обладает недостатком, заключающимся в том, что максимальная величина испытательного внешнего гидростатического давления, действующего на испытуемую оболочку, не может превысить допустимой рабочей нагрузки в камере высокого давления или давления, соответствующего глубине места погружения на акватории.
Известен также другой способ испытания оболочек внешним гидростатическим давлением, обеспечивающий создание условий, при которых величина испытательного внешнего гидростатического давления, действующего на испытываемую оболочку, автоматически увеличивается по сравнению с гидростатическим давлением, создаваемым в камере высокого давления, или на углублении (Патент RU 2636812 от 28.11.2017 г.) - прототип. Способ заключается в размещении изделия в компрессионном контейнере, который устроен по принципу гидравлического мультипликатора и установке уже этого контейнера с испытуемым объектом на углублении на акватории, в котором при этом обеспечивается автоматическое увеличение давления по сравнению с давлением во внешней среде, в которой этот контейнер находится.
Однако, для известного способа характерны такие недостатки, как:
- отсутствует возможность раздельного и произвольного изменения давления в испытательной камере по сравнению с давлением снаружи от нее, то есть изменение нагрузки на испытуемый объект может осуществляться только кратно изменению давления во внешней среде, определяемому отношением площади поршня снаружи (с большим диаметром) к его площади изнутри (с меньшим диаметром);
- проведение испытаний крупногабаритных объектов и на больших глубинах - при больших гидростатических давлениях связано с необходимостью использования для изготовления испытываемой камеры высокопрочного материала в больших объемах и толщинах, а также со значительными материальными затратами и большой трудоемкостью при ее изготовлении и при организации и проведении испытаний;
- при больших глубинах погружения испытательной камеры с испытуемым объектом не обеспечивается качество регистрации измеряемых параметров испытуемого объекта из-за потерь в протяженных линиях связи.
Известно устройство для проведения испытаний оболочек внешним гидростатическим давлением (Авторское свидетельство СССР 1456827 07.02.1989 г. Бюл. №5), включающее внешнюю испытательную камеру и размещенный в ее внутреннем пространстве полый разъемный сосуд с калиброванным отверстием для сообщения его полости с полостью внешней камеры, являющийся негерметичным. Внутри полого разъемного сосуда расположена испытуемая оболочка. Полость внешней камеры сообщена трубопроводной магистралью с источником высокого гидростатического давления, при этом внутренние пространства внешней камеры и полого разъемного сосуда заполнены жидкостью под давлением - прототип.
Однако, известное устройство также не обеспечивает возможности для создания и регулировки гидростатического давления в каждой из полостей порознь, из-за сообщения их полостей калиброванным отверстием в разъемном сосуде. Вследствие чего максимальная величина испытательного внешнего гидростатического давления, действующего на испытуемую оболочку в полости полого разъемного сосуда, не может превысить допустимой рабочей нагрузки во внешней камере высокого давления или глубины места погружения на акватории.
Задачей предполагаемого изобретения является обеспечение возможности создания высокого гидростатического давления в испытательной камере с испытуемым объектом и во внешней среде, в которой размещена испытательная камера, и выполнения регулировки параметров указанных давлений в каждой камере в отдельности при проведении прочностных испытаний глубоководного технического объекта, а также проверке его герметичности.
2
Для этого в способе проведения прочностных испытаний и проверки герметичности глубоководного технического объекта, предназначенного для эксплуатации на глубинах до 11,5 км, внешним гидростатическим давлением, согласно которому исследование прочностных параметров и герметичности испытываемого объекта осуществляют в герметично закрываемой гидробарической испытательной камере высокого давления, которую размещают вместе с испытуемым объектом во внешней гидросреде с высоким гидростатическим давлением, и, создавая в испытательной камере высокое гидростатическое давление, измеряют и регистрируют значения прочностных параметров испытываемого объекта, по изобретению испытание глубоководного технического объекта проводят путем помещения испытательной гидробарической камеры высокого давления с испытуемым объектом, служащей в качестве вторичной испытательной камеры высокого давления, в полость герметично закрываемого гидробарического стенда высокого давления, служащего в качестве первичной камеры высокого давления. При этом вторичную испытательную камеру высокого давления с находящимся в ней испытуемым объектом, выполненную в виде разъемной оболочечной капсулы, предварительно доводят до полного заполнения свободной части ее объема, оставшегося после введения в нее испытываемого объекта, жидкостью или жидкостью совместно с практически несжимаемыми телами. Причем максимальный объем жидкости во вторичной испытательной камере высокого давления до начала подъема в ней давления не должен превышать величины V, определяемой из соотношения:
где:
2
V - максимальный объем жидкости во вторичной испытательной камере высокого давления до начала подъема в ней давления, равный внутреннему объему вторичной камеры за вычетом наружного объема испытываемого объекта и объема загруженных в нее практически несжимаемых тел;
1
V - внутренний объем первичной камеры высокого давления за вычетом наружного объема вторичной испытательной камеры высокого давления;
k - коэффициент безопасности, (k<1);
- максимальное спецификационное испытательное давление для первичной камеры высокого давления в статическом режиме нагружения;
1
Р - испытательное давление внутри первичной камеры высокого давления при проведении испытаний с использованием вторичной испытательной камеры высокого давления,
2
Р - требуемое максимальное испытательное давление внутри вторичной испытательной камеры высокого давления,
1
2
1
2
F(P), F(P) - значения относительного увеличения плотности жидкости при давлениях  Р и Р соответственно,
1
2
при этом указанный безопасный объем вводимой во вторичную испытательную камеру высокого давления жидкости обеспечивают путем загрузки в ее полость соответствующего объема практически несжимаемых тел, а уже затем в герметично закрытые вторичную испытательную и первичную камеры высокого давления закачивают жидкость под давлением, повышая в них гидростатическое давление, причем указанное повышение давления во вторичной испытательной камере осуществляют таким образом, чтобы давление внутри нее было равно или больше, чем действующее на нее внешнее давление в первичной камере высокого давления, и, доведя гидростатическое давление в первичной и во вторичной камерах высокого давления до расчетного значения Р, затем повышают гидростатическое давление в полости вторичной испытательной камеры высокого давления с испытуемым объектом до требуемого значения Р и регистрируют значения прочностных параметров испытуемого объекта и показаний датчиков, фиксирующих нарушение его герметичности.
2
В устройстве для проведения прочностных испытаний и проверки герметичности глубоководного технического объекта, предназначенного для эксплуатации на глубинах до 11,5 км, внешним гидростатическим давлением, включающем заполненные жидкостью внутреннюю гидробарическую разъемную камеру высокого давления, в которой располагается испытуемый объект, внешнюю гидробарическую камеру высокого давления, в которой размещена внутренняя гидробарическая камера высокого давления с испытуемым объектом, полости которых сообщены с источниками высокого гидростатического давления для подачи жидкости и изменения в них гидростатического давления, и размещенную в упомянутых внешней и внутренней камерах высокого давления измерительные средства, соединенные линиями связи с регистрирующей аппаратурой, по изобретению внешняя гидробарическая камера высокого давления, представляющая собой первичную камеру высокого давления, выполнена в виде герметично закрываемого гидробарического стенда высокого давления, имеющего размещенный в ее верхней части герметично закрываемый крышкой проем для введения в указанную камеру внутренней гидробарической камеры высокого давления с испытуемым объектом и проникновения в нее обслуживающего персонала. Внутренняя гидробарическая камера высокого давления, представляющая собой вторичную испытательную камеру высокого давления, выполнена в виде прочной разъемной оболочечной капсулы высокого давления, имеющей форму цилиндра с торцами сферообразной формы, и с наружными поперечными габаритами, обеспечивающими при ее загрузке в первичную камеру высокого давления зазоры не менее требуемых для безопасной загрузки и выгрузки, в том числе, с учетом вероятного повреждения вторичной испытательной камеры в процессе испытаний, расположена внутри первичной камеры высокого давления и установлена на опорном основании. Она содержит разъемные герметично соединяемые нижнюю часть и верхнюю часть, имеющую герметично закрываемый крышкой проем, предназначенный для проникновения в ее полость обслуживающего персонала. Причем сообщение полостей первичной камеры высокого давления и вторичной испытательной камеры высокого давления с соответствующими источниками высокого давления осуществлено с помощью трубопроводных магистралей. При этом внутренняя испытательная камера высокого давления с размещенным в ней испытуемым объектом содержит свободный объем, заполняемый жидкостью или жидкостью совместно с практически несжимаемыми телами. Причем максимальный объем жидкости во внутренней испытательной камере высокого давления до начала подъема в ней давления не должен превышать величины V, определяемой из соотношения:
где:
2
V - максимальный объем жидкости во вторичной испытательной камере высокого давления до начала подъема в ней давления, равный внутреннему объему вторичной испытательной камеры за вычетом наружного объема испытываемого объекта и объема загруженных в нее практически несжимаемых тел;
1
V - внутренний объем первичной камеры высокого давления за вычетом наружного объема вторичной камеры высокого давления;
k - коэффициент безопасности, (k<1);
- максимальное спецификационное испытательное давление для первичной камеры высокого давления в статическом режиме нагружения;
1
Р - испытательное давление внутри первичной камеры высокого давления при проведении испытаний с использованием внутренней камеры,
2
Р - требуемое максимальное испытательное давление внутри вторичной испытательной камеры,
1
2
1
2
F(P), F(P) - значения относительного увеличения плотности жидкости при давлениях  Р и Р соответственно,
при этом для обеспечения указанного безопасного объема вводимой во вторичную испытательную камеру высокого давления жидкости, ее свободный объем загружен соответствующим объемом практически несжимаемых тел.
Кроме того, герметичное соединение нижней и верхней частей прочной разъемной оболочечной капсулы вторичной испытательной камеры высокого давления осуществлено с использованием замкового устройства.
Помещение испытательной гидробарической камеры высокого давления с испытуемым объектом, выполненной в виде оболочечной капсулы, служащей в качестве вторичной испытательной камеры высокого давления, в полость герметично закрываемого гидробарического стенда высокого давления, служащего в качестве первичной камеры высокого давления, обеспечивает возможность создания во вторичной испытательной камере с испытуемым объектом давления, соответствующего гидростатическому давлению на глубинах до 11,5 км, с одновременным повышением давления в первичной камере высокого давления и возможностью осуществления соответствующей регулировки давлений в упомянутых камерах, и благодаря этому возможность проведения прочностных испытаний глубоководного технического объекта, предназначенного для эксплуатации на указанных глубинах, и проверки его герметичности.
2
Доведение до полного заполнения свободной части объема вторичной испытательной камеры высокого давления, оставшегося после введения в нее испытываемого объекта, жидкостью или жидкостью совместно с практически несжимаемыми телами, при котором максимальный объем жидкости во вторичной испытательной камере до подъема в ней давления не должен превышать величины V, определяемой из соотношения (1), позволяет исключить возможность разрушения первичной камеры высокого давления в случае разрыва вторичной испытательной камеры высокого давления или разгерметизации ее стенок.
Выполнение вторичной испытательной камеры высокого давления в виде цилиндрической оболочечной камеры с массо-габаритными характеристиками, близкими к оптимальным, и с торцами, имеющими сферообразную форму, позволяет создавать в ее полости высокое гидростатическое давление, достаточное, с учетом создаваемого давления в первичной камере, для проведения прочностных испытаний глубоководного технического объекта и проверки его герметичности.
Сущность проведения прочностных испытаний и проверки герметичности глубоководного технического объекта, предназначенного для эксплуатации на глубинах до 11,5 км, внешним гидростатическим давлением по предлагаемому способу поясняется рисунком, на котором схематически представлено предлагаемое устройство для осуществления предлагаемого способа проведения указанных испытаний.
2
Предлагаемое устройство включает заполненные жидкостью внутреннюю испытательную гидробарическую разъемную камеру высокого давления 1, в которой располагается испытуемый объект 2, и внешнюю гидробарическую камеру высокого давления 3, представляющую собой первичную камеру высокого давления, в которой размещена внутренняя гидробарическая камера высокого давления 1 с испытуемым объектом 2. Первичная камера высокого давления 3 выполнена в виде герметично закрываемого гидробарического стенда высокого давления, имеющего размещенный в ее верхней части герметично закрываемый крышкой 4 проем 5 для введения в указанную камеру внутренней гидробарической испытательной камеры высокого давления 1 с испытуемым объектом 2 и проникновения в нее обслуживающего персонала. Внутренняя гидробарическая камера высокого давления 1, представляющая собой вторичную испытательную камеру высокого давления, и выполнена в виде прочной разъемной оболочечной капсулы высокого давления, имеющей форму цилиндра с торцами сферообразной формы 6 и с наружными поперечными габаритами, обеспечивающими при ее загрузке в первичную камеру высокого давления зазоры не менее требуемых для безопасной загрузки и выгрузки, в том числе, с учетом вероятного повреждения вторичной испытательной камеры в процессе испытаний. Вторичная испытательная камера высокого давления 1 установлена внутри первичной камеры высокого давления 3 на опорном основании 7. Упомянутая испытательная камера 1 состоит из разъемных герметично соединяемых замковым устройством 8 нижней части 9 и верхней части 10, которая имеет герметично закрываемый крышкой 11 проем 12 для проникновения обслуживающего персонала в полость вторичной испытательной камеры высокого давления 1. Полость первичной камеры высокого давления 3 и полость вторичной испытательной камеры высокого давления 1 сообщены с соответствующими источниками высокого давления 13 и 14 трубопроводными магистралями 15 и 16. Вторичная испытательная камера высокого давления 1 с размещенным в ней испытуемым объектом 2 содержит свободный объем, заполненный жидкостью или жидкостью совместно с практически несжимаемыми телами 17. Причем максимальный объем жидкости во вторичной испытательной камере высокого давления 1, до начала подъема в ней давления, не должен превышать величины V, определяемой из соотношения (1). Во вторичной испытательной камере высокого давления 1 и в первичной камере высокого давления 3 размещены измерительные средства и датчики потери герметичности (на рисунке не показаны) испытуемого объекта 2, соединенные линиями связи 18 с регистрирующей аппаратурой 19.
Предлагаемый способ осуществляется с помощью предлагаемого устройства следующим образом.
2
2
1
2
Для проведения испытаний глубоководного технического объекта внешним гидростатическим давлением, подготовленный к испытаниям объект 2 размещают в полости вторичной гидробарической испытательной камеры высокого давления 1, в полость которой также вводят практически несжимаемые тела 17. Причем вводят их в таком объеме, чтобы максимальный объем вводимой после этого в упомянутую камеру 1 жидкости до начала подъема в ней давления не превышал величины V, определяемой из соотношения (1). После чего, герметично закрыв вторичную испытательную камеру высокого давления 1 замковым устройством 8 и ее проем 12 крышкой 11, подсоединяет к ее разъемам (на рисунке не показаны) трубопровод 16 для подачи в ее полость жидкости и линии связи 18, соединяющие измерительные средства и датчики потери герметичности (на рисунке не показаны) на испытуемом объекте 2 с регистрирующей аппаратурой 19. Затем вторичную испытательную камеру высокого давления 1 полностью заполняют жидкостью, максимальный объем которой внутри испытательной камеры 1, до начала подъема в ней давления не должен превышать упомянутой выше величины V, и помещают подготовленную вторичную испытательную камеру 1 в первичную камеру высокого давления 3, устанавливая ее на опорное основание 7. Далее, предварительно подсоединив линии связи 18 на крышке 4 к кабельным разъемам (на рисунке не показаны) первичной камеры высокого давления 3 и трубопроводы 16 и 15, связанные с источниками высокого давления 14, 13 для подачи жидкости соответственно в полость вторичной испытательной камеры высокого давления 1 и в полость первичной камеры высокого давления 3, герметично закрывают крышкой 4 первичную камеру 3. После этого подсоединяют к ее разъемам (на рисунке не показаны) линии связи 18, соединенные с регистрирующей аппаратурой 19, и в герметично закрытые вторичную испытательную камеру высокого давления 1 и в первичную камеру высокого давления 3 закачивают по трубопроводам 16 и 15 жидкость, повышая в них гидростатическое давление. Причем указанное повышение давления во вторичной испытательной камере высокого давления 1 осуществляют таким образом, чтобы давление в ней было равно или больше, чем действующее на нее внешнее давление в первичной камере высокого давления 3. Затем, доведя гидростатическое давление в первичной камере высокого давления 3 до расчетного значения Р, потом повышают гидростатическое давление в полости вторичной испытательной камеры высокого давления 1 с испытуемым объектом 2 до требуемого значения Р. При этом регистрируют значения прочностных параметров и показаний датчиков (на рисунке не показаны), фиксирующих нарушение герметичности испытуемого объекта 2. Сброс давления в камерах высокого давления 1 и 3 осуществляют таким образом, чтобы в процессе его сброса давление в испытательной камере высокого давления 1 было больше или равно давлению в первичной камере высокого давления 3.
Предлагаемые способ и устройство позволяют проводить прочностные испытания глубоководного технического объекта путем обеспечения возможности создания высокого гидростатического давления в испытательной камере с испытуемым объектом и во внешней среде, в которой размещена испытательная камера, и выполнения регулировки параметров указанных давлений в каждой камере в отдельности, а также испытания, связанные с нарушением герметичности испытуемого объекта, что его выгодно отличает от прототипа.