СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ШАРНИРНОГО СОЕДИНЕНИЯ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ ШАРНИРНОГО СОЕДИНЕНИЯ
SWIVEL JOINT TEST BENCH AND SWIVEL TEST CONTROL SYSTEM

Область техники
Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, в частности к стендам для испытаний шарнирного соединения, являющегося составной частью стендера для перекачки сжиженного природного газа, и может применяться для проведения аттестационных динамических испытаний.
Уровень техники
Из уровня техники известно устройство для проведения испытаний шарнирного соединения на долговечность (патент US 5753799А, опубл. 19.05.1998). В изобретении раскрыт способ проведения аттестационных динамических испытаний шарнирного соединения. Устройство для испытаний содержит испытательный стенд, имеющий горизонтальную платформу, опору для испытательной компоновки на одном конце и гидравлический домкрат на втором конце платформы, систему подачи текучей среды, рычаги нагрузки (соединенные шарнирным соединением), причем первый нагрузочный рычаг неподвижен, а второй рычаг выполнен с возможностью реверсивного вращения. Недостатком этого устройства является сложность конструктивного исполнения, ограниченные возможности, в частности:
- использование ручного режима, практически все манипуляции с гидравликой производятся в ручном режиме (при использовании ручных насосов и гидроцилиндров);
- наличие дополнительного шарнирного соединения, что уменьшает надежность конструкции;
- использование реверсивного двигателя, что значительно увеличивает массу и габариты конструкции.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является устройство для испытания на долговечность, содержащее систему фиксации испытательной компоновки, приводы для обеспечения усилия и систему подачи газожидкостной среды (патент KR 101983227 В1, опубл. 28.05.2019).
Недостатком этого устройства является наличие цепного механизма с электродвигателем и передаточным валом, которое снижает достоверность получаемых выходных экспериментальных данных, ввиду подвижности соединений; наличие большего числа соединений, которые усложняют конструкцию; расположение устройства для задания нагрузки, которое может привести к повреждению компоновки испытательной.
Задача предлагаемого стенда для испытаний шарнирного соединения заключается в упрощении работы и повышении безопасности проведения испытаний, а также в создании более универсального устройства.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в автоматизации процесса испытания шарнирных соединений за счет работы системы управления испытаниями шарнирного соединения с приводами, что позволяет значительно упростить как саму конструкцию, так и управление стендом, что влечет за собой повышение точности результатов и высокую безопасность из-за замены ручного управления автоматическим. Возможность проводить испытания для различных типоразмеров испытательных компоновок (универсальность) обеспечивается конструктивной особенностью регулировки расположения рычагов привода.
Раскрытие сущности изобретения
Решение технической задачи достигается тем, что стенд для испытаний шарнирного соединения, представляющий собой рамную конструкцию с системой подачи текучей среды, в которую устанавливается компоновка испытательная в сборе с шарнирным соединением и фиксируется снизу и сверху, согласно изобретению, на сторонах рамной конструкции содержит два привода, позволяющих задавать осевую нагрузку, изгибающий момент и радиальную нагрузку, а на основании -привод, позволяющий задавать поворотные нагрузки (вращение).
Стенд для испытаний шарнирного соединения позволяет провести необходимый объем динамических испытаний для аттестации изделий и подтверждения их работоспособности (проводится в соответствии с ISO 16904:2016 «Нефтяная и газовая промышленность. Проектирование и испытание рукавов для перекачивания сжиженного природного газа на обычных береговых причалах»).
Система управления испытаниями шарнирного соединения стенда состоит из двух блоков: блока управления приводами и блока обвязки испытательной компоновки шарнирного соединения, выполненная с возможностью управления подачей и выпуском текучей среды из полости испытательной компоновки и контроля параметров (например, термодинамических) в испытательной полости, параметров вращения испытательной компоновки, а также контроля радиальных и осевых нагрузок, действующих на испытательную установку. При этом система управления испытаниями шарнирного соединения стенда выполнена с возможностью подачи сигналов на систему приводов, предназначенную для испытания шарнирного соединения, с целью обеспечения осевой и радиальной нагрузки на испытательную компоновку и обеспечения вращения испытательной компоновки; и с возможностью подачи сигналов на подачу текучей среды в полость испытательной компоновки и выпуск текучей среды из полости испытательной компоновки.
Блок управления приводами включает в себя гидробак, подсоединенные через фильтры к гидробаку регулируемые насосы, распределители с напорной и разгрузочной магистралями для подключения к поршневым и штоковым полостям гидроцилиндров, обеспечивающих функционирование стенда для испытаний шарнирного соединения, предохранительные клапаны, позволяющие сбросить избыточное давление в системе обратно в гидробак, вентили и манометры. Распределители соединены с поршневыми и штоковыми полостями гидроцилиндров и установлены между регулируемыми насосами и гидроцилиндрами. Манометры, вентили и предохранительные клапаны подключены к общей системе и расположены на сливной магистрали.
Блок обвязки испытательной компоновки шарнирного соединения включает в себя две подсистемы, выполняющие различные функции:
а) подсистема питания испытательной компоновки испытательной жидкостью состоит из гидробака, регулируемого насоса, охладителя, обратных клапанов и вентилей, расположенных на напорной и разгрузочной магистралях. Датчики температуры располагаются на напорной и разгрузочной магистралях, манометр для контроля за давлением испытательной жидкости находится на напорной магистрали. Предохранительный клапан подключен к общей системе и расположен на сливной магистрали;
б) подсистема продувки испытательной компоновки газом состоит из аккумулятора, фильтра, компрессора, развивающего необходимое давление в напорной магистрали, расходомеров, обеспечивающих мониторинг параметров расхода, распределителя, а также датчиков температуры и манометров с вентилями, находящихся на напорной и разгрузочной магистралях. Предохранительный клапан подключен к общей системе и расположен на сливной магистрали.
Блоки связаны между собой испытательной компоновкой и являются частью системы управления испытаниями шарнирного соединения. В испытательной компоновке предусмотрен датчик температуры и вентиль для выпуска испытательной среды после проведения испытаний.
Одним из основных преимуществ предлагаемого изобретения является автоматизация его управлением (все манипуляции со стендом после его настройки автоматизированы): вращение испытательной компоновки осуществляется приводом, установленным на основании, а задание необходимого усилия и момента для испытаний - приводами, установленными на сторонах установки.
Высокая точность работы гидроцилиндров обеспечена установлением четких параметров их эксплуатации. Этим же обеспечивается гарантированное исполнение необходимого угла поворота, заданного количества необходимых циклов, а также величины усилий и моментов для испытаний. Регулирование данных параметров осуществляется изменением хода гидроцилиндра.
Подобная система приводов дает возможность применять предлагаемый стенд для испытаний шарнирного соединения для проведения динамических испытаний и на другие типоразмеры шарнирного соединения с заменой минимального количества оборудования, входящего в состав стенда. Для этого необходимо передвинуть опору с приводом, установленную на основании, и заменить обойму с подшипником на больший/меньший типоразмер в зависимости от размера испытательной компоновки. Опора крепится к основанию посредством болтового соединения. В испытательном стенде также предусмотрены карманы для подъема вилочным погрузчиком (карманами служат профили квадратного сечения опорной конструкции испытательного стенда). Таким образом обеспечивается универсальность проведения изменений в части размеров испытательных компоновок.
Система управления испытаниями шарнирного соединения помимо перечисленных преимуществ позволяет упростить конструкцию, исключая необходимость использования электродвигателя с редуктором и цепь, имеющего высокие массогабаритные характеристики.
Краткое описание чертежей.
Стенд для испытаний шарнирного соединения и система управления испытаниями шарнирного соединения поясняются следующими чертежами:
на фиг. 1 изображен стенд для испытаний шарнирного соединения;
на фиг. 2 представлена гидравлическая схема системы гидроприводов;
на фиг. 3 представлена гидравлическая схема обвязки испытательной компоновки шарнирного соединения;
на фиг. 4 изображен общий вид стенда для испытаний шарнирного соединения с карманами для вилочного погрузчика.
Осуществление изобретения
Данный стенд для испытаний шарнирного соединения, как и схема, необходимы для проведения аттестационных динамических испытаний согласно ISO16904:2016.
Компоновка испытательная в сборе с шарнирным соединением 1 устанавливается в раму испытательного стенда 2, которая содержит гидропривод для задания радиальной нагрузки 3, гидропривод для задания осевой нагрузки и изгибающего момента 4 и гидропривод поворотный 5 (фиг. 1). Компоновка испытательная устанавливается в обойму с подшипником 6 и фиксируется сверху с помощью фланца плеча приварного 7. Гидропривод для задания радиальной нагрузки 3 и гидропривод для задания осевой нагрузки и изгибающего момента 4 располагаются на вертикальных сторонах рамы 2. Тогда как гидропривод поворотный установлен на креплении для привода 8. Стенд для испытаний шарнирного соединения включает в себя систему подачи текучей среды, которая условно на чертеже не показана.
Устройство работает следующим образом.
Для вращения испытательной компоновки в блоке гидравлической схемы системы гидроприводов (фиг. 2) используется гидроцилиндр двухстороннего действия 9, который в свою очередь приводится в движение давлением, создаваемым насосом 10 через фильтр 11 и распределитель 12. При необходимости смены направления движения гидроцилиндра 9 распределитель 12 меняет свое положение. При росте давления выше запланированного для испытаний уровня срабатывает предохранительный клапан 13, который сбрасывает давление обратно в бак 14. Давление контролируется манометром 15, соединенным с основной линией через вентиль 16.
Для задания необходимой нагрузки во время испытания в блоке гидравлической схемы системы гидроприводов (фиг.2) используются гидроцилиндры 17 и 18 (для создания осевой и радиальной нагрузок, а также изгибающего момента в соответствии с ISO 16904:2016), которые приводятся в движение давлением, создаваемым насосом 19 через фильтр 20 и распределитель 21 (при управлении гидроцилиндром 17 распределитель 21 должен находиться в положении работы распределителя 22, при управлении гидроцилиндром 18 распределитель 21 должен находиться в положении работы распределителя 23, как показано на рисунке 1). При необходимости смены направления движения гидроцилиндров 17 и 18 распределители 22 и 23 меняют свое положение. При росте давления выше запланированного для испытаний уровня срабатывают предохранительные клапаны 24 и 25 соответственно, которые сбрасывают давление обратно в бак 14. Давление контролируется манометрами 26 и 27, соединенными с основными линиями через вентили 28 и 29.
Гидроприводы блока системы приводов воздействуют механически на компоновку испытательную, тогда как вся обвязка блока гидравлическая схема обвязки испытательной компоновки шарнирного соединения встраивается в нее посредством герметичного соединения.
В блоке гидравлической схемы обвязки испытательной компоновки шарнирного соединения (фиг. 3) насосом 30 через охладитель 31, обратный клапан 32 и вентиль 33 во внутреннюю полость испытательной компоновки 1 подается жидкий азот. На входе в компоновку температура контролируется датчиком температуры 34, а давление - манометром 35, соединенным с основной линией через вентиль 36. Для контроля температуры в полости самой испытательной компоновки предусмотрен датчик температуры 37. На выходе температура флюида, проходящего через вентиль 38 и обратный клапан 39 в бак 40, контролируется датчиком температуры 41. При возможном росте давления срабатывает предохранительный клапан 42, который сбрасывает давление обратно в бак 40, а обратный клапан 39 предотвращает попадание флюида обратно в полость испытательной компоновки. Слив флюида после проведения испытания можно осуществить с помощью вентиля 43.
В это же время во внутреннюю камеру с шариками шарнирного соединения необходимо подавать сухой азот компрессором 44 через фильтр 45, вентиль 46 и расходомер 47, а температура и давление контролируются датчиком температуры 48 и манометром 49, соединенным с основной линией через вентиль 50. На выходе расход газа контролируется расходомерами 51, 52 и 53, а температура и давление контролируются датчиком температуры 54 и манометром 55, соединенным с основной линией через вентиль 56, после чего газ поступает в аккумулятор 57 через вентиль 58 и распределитель 59 (должен находиться в положении открыто). При росте давления выше запланированного для испытаний уровня срабатывает предохранительный клапан 60, который сбрасывает давление обратно в аккумулятор 57 (распределитель 59 должен быть закрыт, как показано на фиг. 3).
Для наглядности на фиг. 4 приведено объемное изображение предлагаемого стенд для испытаний шарнирного соединения, содержащего в рамной конструкции карманы для вилочного погрузчика.
Несмотря на раскрытый в описании вариант выполнения объекта изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что система управления испытаниями шарнирного соединения с использованием гидроприводов может быть также реализована с помощью пневмо- или электроприводов.