УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ШПИЛЕК ПАРОВЫХ ТУРБИН Российский патент 1996 года по МПК G01N3/42 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения твердости шпилек паровых турбин.

Известен переносной прибор для определения твердости по Бринеллю (Б.А. Авдеев, Техника определения механических свойств материалов.-М.Машиностроение, 1965,с.227,фиг. 139), содержащий скобу, на одном конце которой имеется винт для зажима образцов, на другом съемная головка механизма нагружения индикатор для косвенного измерения нагрузки, приложенной к образцу.

Недостаток известного прибора состоит в том, что винт на конце скобы не позволяет установить прибор на шпильку в корпусе турбины.

Прототипом принят прибор для определения твердости материалов по а.с. N 1224666, кл. G 01 N 3/42, содержащий корпус размещенный в нем индентор, узел нагружения индентора индикатор, шток, связывающий индентор со штоком индикатора, арретирующее устройство.

Недостаток известного прибора состоит в том, что его невозможно фиксировать на исследуемой поверхности и контролировать им величину прилагаемых усилий, в результате чего снижается надежность контроля твердости шпилек паровых турбин.

С целью повышения надежности контроля предлагаемое устройство для определения твердости шпилек паровых турбин, содержащее корпус, индентор, механизм нагружения индентора, датчик глубины внедрения индентора и арретирующий узел, снабжено закрепленной на корпусе обоймой,размещенной в ней эксцентрично относительно оси индентора гайкой, предназначенной для закрепления шпильки датчиков времени, датчиком нагрузки датчиком холостого хода индентора, входным трубопроводом с редукционным и отсечным электромагнитным клапанами, последний из них связан с датчиком времени,телескопически соединенным с входным трубопроводом уплотнительным патрубком системы подачи сжатого воздуха, ручным приводом перемещения индентора, выполненным в виде рычагов, шарнирно установленных на корпусе механизм нагружения индентора, выполнен в виде пневматического и двух гидравлических цилиндров, соединяющих штоки последних, шток поршни пневматического цилиндра связан с индентором, с входным трубопроводом и с датчиком глубины внедрения индентора, перепускных трубопроводов гидравлических цилиндров и расположенных в них дополнительных отсечных электромагнитных клапанов, штоки поршней гидравлических цилиндров связаны с рычагами и с датчиком холостого хода индентора, а арретирующий узел выполнен в виде закрепленного на траверсе и связанного с дополнительными отсечными электромагнитными клапанами датчика перемещения индентора с электрическими контактами.

На фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства; на фиг. 2 узел I на фиг. 1 в увеличенном масштабе.

Устройство содержит корпус 1, выполненный в виде стакана, на котором жестко закреплен механизм 2 нагружения индентора 3, выполненный в виде пневмогидравлического привода, включающего пневматический цилиндр 4, два гидравлических цилиндра 5, поршень 6 пневмогидроцилиндра 4, верхний полый шток 7, нижний шток 8, на котором размещены индентор 3 с шариком 9, поршни 10 гидроцилиндров 5, верхние штоки 11, нижние штоки 12, поршней 10 полости 13 над поршнями полости 14 под поршнями 6, 10, трубопроводы 15, соединяющие полости 13, 14 гидроцилиндров 5, отсечные электромагнитные клапаны 16 на трубопроводах 15, траверсу 17, жестко связывающую поршни 6, 10 и штоки 8, 12, фиксаторы 18, установленные на корпусе 1 с возможностью взаимодействия со штоками 12 и фиксирующие в исходном положении механизм 2 нагружения индентора 3, закрепленную на корпусе 1 обойму 19,в которой эксцентрично оси индентора 3 расположена накидная гайка 20, обойма 19 и корпус 1 установлены с возможностью поворота относительно накидной гайки 20, закрепленной на контролируемой шпильке 21,установленной в корпусе турбины 22, отверстия 23 для завинчивания гайки 20 на шпильку 21, пазы 24 в обойме 19 для ввода ключей в отверстия 23, буртик 25 на гайке 20, фиксатор 26 на обойме 19, фиксирующий корпус 1 относительно гайки входной трубопровод 27 с установленными на нем редукционным клапаном 28, отсечным электромагнитным клапаном 29, датчиком нагрузки 30, выполненным в виде манометра, нижний конец 31 трубопровода 27 жестко соединен с верхним полым штоком 7 поршня 6 пневмоцилиндра 4, в котором выполнены радиальные отверстия 32, верхний конец 33 трубопровода 27 телескопически соединен с неподвижно закрепленным на турбине уплотнительным патрубком 34 системы подачи сжатого воздуха и установлен в нем с возможностью осевого перемещения и поворота вокруг оси, отсечной электромагнитный клапан 35 на патрубке 34, выпускные трубопроводы 36, 37, соединенные с полостями 13, 14 пневмоцилиндра 4, снабженные отсечными электромагнитными клапанами 38, 39, трубопровод 40, соединяющий полость 14 пневмоцилиндра 4 с трубопроводом 27 с отсечным электромагнитным клапаном 41, датчик 42 регистрации глубины внедрения индентора, установленный на корпусе 1 с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и соединенный с верхним штоком 7 поршня 6 пневмоцилиндра 4, датчик 43 холостого хода индентора, выполненный в виде индикатора, с отметкой "0" на шкале, жестко закрепленный на корпусе 1 и соединенный с верхним штоком 11 поршня 10 гидроцилиндра 5, ручной привод 44 перемещения индентора, выполненный в виде рычагов, шарнирно установленных на корпусе 1, связанный с верхним штоком 11 поршня 10 гидроцилиндра 5, ручки 45 на корпусе 1, арретирующий узел 46, выполненный в виде установленного на траверсе 17 параллельно индентору 3 датчика перемещения индентора, включающего корпус 47, стакан 48, пружину 49, связанную одним концом с корпусом 47, другим концом- со стаканом 48, шток 50, пружину 51, связанную одним концом со штоком 50, другим концом с корпусом 47, электрические контакты 52, 53 на штоке 50 и стакане 48, светодиодные указатели 54, 55, при этом датчик перемещения индентора выполнен с возможностью взаимодействия с отсечными электромагнитными клапанами 16 и светодиодным указателем 54, клапан 29 с возможностью взаимодействия с датчиком времени (не показан), клапаном 39 и светодиодным указателем 55.

В исходном положении клапаны 35, 29, 38, 39, 40 закрыты, клапаны 16 открыты, механизм 2 нагружения индентора фиксирован относительно корпуса 1 фиксаторами 18, накидная гайка 20 завинчена до отказа до упора буртика 25 в торцевую поверхность шпильки 21. Корпус 1 фиксирован относительно гайки 20 фиксатором 26. Между шариком 9 индентора 3 и торцевой поверхностью шпильки 21 выставлен зазор, величина которого превышает размер зазора между штоком 50 арретирующего узла 46, индикатор 43 выставлен на нуль. Ручной привод 44 выставлен в нейтральном положении.

Устройство работает следующим образом.

Открывают клапан 35 и через открытый клапан соединяют уплотнительный патрубок 34 и трубопровод 27 с системой подачи сжатого воздуха. Открывают клапан 39 на трубопроводе 37 и соединяют полость 14 пневмоцилиндра 4 с атмосферой. Открывают клапан 29 на трубопроводе 27 и через открытый клапан 29 и редукционный клапан 28 соединяют полость 13 над поршнем 6 пневмоцилиндра 4 с системой подачи сжатого воздуха, при этом сжатый воздух на трубопровода 27 поступает в полый шток 7, из которого через радиальные отверстия 32 входит в полость 13 пневмоцилиндра 4. В результате давления сжатого воздуха, контролируемого манометром 30, создается усилие, действующее на поршень 6, который перемещается в пневмоцилиндре 4. Вместе с поршнем 6 получают поступательное движение штоки 7, 8, траверса 17, связанные с ней штоки 11, 12 и поршни 10 в гидроцилиндрах 5. В результате кратковременного открытия клапана 29 придают начальный импульс движения механизму 2 нагружения индентора с тем, чтобы вывести механизм из фиксированного положения, при этом фиксаторы 18 отодвигаются от штоков 12 и обеспечивают свободное перемещение штоков механизма нагружения в осевом направлении из исходного положения к контролируемой шпильке 21. Перемещение механизма нагружения контролируют индикатором 43.

При перемещении механизма 2 нагружения одновременно перемещаются рычаги ручного привода 44, связанного со штоком 11 гидроцилиндра 5, при этом ручной привод 44 выводится из нейтрального положения. Вместе с механизмом 2 перемещаются трубопровод 27, манометр 30, клапан 29, трубопровод 40, редукционный клапан 28, причем верхний конец 33 трубопровода 27 перемещается в уплотнительном патрубке 34, препятствующем утечке сжатого воздуха 43 трубопровода 27. После вывода механизма нагружения из фиксированного положения закрывают клапан 29 и открывают клапан 38 на трубопроводе 36, в результате чего прекращается подача сжатого воздуха в полость 13, которая одновременно через открытый клапан 38 и трубопровод 36 соединяется с атмосферой.

В результате падения давления воздуха в полости 13 снижается усиление на поршень 6, который останавливается. Одновременно останавливаются связанные с поршнем 6 штоки 7, 8, 12, 11, поршни 10, траверса 17, индентор 3. Последующее перемещение механизма нагружения индентора происходит с помощью ручного привода 44, обеспечивающего плавное перемещение механизма нагружения с индентором 3 к контролируемой шпильке 21, при этом отсечные электромагнитные клапаны 38 на трубопроводе 36 и 39 на трубопроводе 37 открыты, поршень 6 свободно перемещается в цилиндре 4, а поршень 10 под действием ручного привода 44 перемещается в цилиндрах 5. Поршни 10 вытесняют масло из полости 14. Масло по трубопроводу 15 через открытый клапан 16 перетекает из полости 14 под поршнем в полость 13 над поршнем 10 одновременно в обоих гидроцилиндрах 5. Клапаны 16 выполнены с возможностью дросселирования масла, поэтому в результате сужения сечения трубопровода 15 уменьшается количество жидкости, перетекающей в единицу времени по трубопроводу 15. Движение поршней 10 замедляется. В результате замедленного и плавного движения поршней 10 в гидроцилиндрах 5, выполняющих функции амортизаторов, осуществлено замедленное и плавное движение механизма 2 нагружения индентора к контролируемой шпильке 21. Введение в устройство двух амортизаторов обеспечивает симметричное равномерное распределение нагрузки на детали механизма 2 нагружения индентора, устраняет возможность перекоса осей индентора, облегчает перемещение механизма нагружения на холостом ходу.

При движении механизма нагружения к шпильке 21 первым с торцевой поверхностью шпильки 21 соприкасаются шток 50 датчика 46, который перемещается в осевом направлении до момента касания шарика 9 индентора 3 поверхности шпильки 21, при этом в момент касания шарика 9 поверхности шпильки замыкаются электрические контакты 52, 53 на штоке 50 и стакане 48, пружина 51 в стакане 48 под действием штока 50 сжимается. По сигналу с датчика 46 срабатывают отсечные электромагнитные клапаны 16, которые закрываются и прекращают переток масла по трубопроводу 15 из полости 14 под поршнем 10 в полость 13 над поршнем 10 в гидроцилиндрах 5, в результате чего поршни 10 садятся на слой оставшегося в полостях 14 масла, которое служит
гидравлической подушкой и останавливаются.

Одновременно загорается светодиодный указатель 54 и останавливается механизм 2 нагружения индентора 3, на который в этот момент нагрузка не действует. Момент касания шарика 9 шпильки 21 контролируют также индикатором 43, стрелка которого перемещается из исходного положения и устанавливается против штриховой отметки "О", в результате чего обеспечивается визуальный контроль холостого хода нагружающего механизма и достоверность шарика 9 торцевой поверхности шпильки 21.

После того, как шарик 9 индентора 3 соприкоснулся с торцевой поверхностью шпильки 21 датчик 42, связанный с верхним штоком 7 поршня 8 пневмоцилиндра 4 устанавливают на нуль и закрепляют на корпусе 1. Открывают клапан 39 на трубопроводе 37, закрывают клапан 38 на трубопроводе 36, открывают клапаны 16 на трубопроводах 15, клапан 29 на трубопроводе 27, при этом включается датчик времени (не показан) и светодиодный указатель 55, сжатый воздух из уплотнительного патрубка 34 по трубопроводу 27 через редукционный клапан 28 и открытый клапан 29 поступает в полый шток 7, из которого через радиальные отверстия 32 в полость 13 над поршнем 6 пневмоцилиндра 4. В результате давления сжатого воздуха создается усилие, действующее на поршень 6, связанный с ним шток 8, индентор 3 и шарик 9, который под действием усилия со стороны поршня 6 внедряется в торцевую поверхность шпильки 21 в течение заданного интервала времени, контролируемого датчиком времени и светодиодным указателем 55. Глубину внедрения индентора регистрируют датчиком 42. Величину нагрузки на индентор контролируют по показаниям манометра 30.

При определении твердости корпус 1 устройства становится жестко связанным через обойму 19 с навинченной на шпильку 21 гайкой 20, которая служит опорным звеном, поэтому в результате жесткой связи корпуса с опорным звеном обеспечивается внедрение в тело шпильки с постоянным усилием на шарике перпендикулярно торцевой поверхности шпильки. Так как глубина внедрения шарика индентора имеет малую величину, происходит незначительное перемещение поршня 6 и поршней 10 в гидроцилиндрах 5, в результате чего происходит медленное свободное перетекание малых количеств масла из полостей 14 в полости 13 гидроцилиндров по трубопроводам 15 через открытые клапаны 16, при этом гидроцилиндры 5 с поршнями 10 и штоками 11, 12 не выполняют функции амортизатора, поршни 10 свободно перемещаются в гидроцилиндрах и не создают дополнительных сопротивлений нагружающему усилию.

При внедрении шарика 9 индентора в тело шпильки 21 расстояние между шариком 9 и поверхностью шпильки 21 уменьшается, шток 50 датчика 46 перемещается, сжимает пружину 51 и перемещает в осевом направлении стакан 48, который поднимается и сжимает пружину 49, в результате чего датчик 46 не создает препятствий при перемещении индентора 3.

После выдержки индентора под нагрузкой и регистрации замера глубины внедрения индентора в тело шпильки 21 по сигналу с датчика времени закрывают клапан 29, открывают клапан 38 на трубопроводе 36, закрывают клапан 39 на трубопроводе 37. Прекращается свечение светодиодных указателей 55, 54. Открывают клапан 41 на трубопроводе 40 и соединяют полость 14 под поршнем 6 пневмоцилиндра 4 через трубопровод 27 с системой подачи сжатого воздуха. В результате созданного в полости 14 усилия поршень 6 благодаря гидравлическим амортизаторам плавно перемещается от шпильки 21 в исходное положение и фиксируется в исходном положении фиксаторами 18. Вместе с поршнем 6 перемещают в исходное положение связанные с ними узлы и детали устройства. Ручками 45, закрепленными на корпусе 1, поворачивают корпус 1 вместе с механизмом нагружения относительно гайки 20, при этом выводят обойму 19 корпуса 1 из фиксированного положения, устанавливают индентор 3 на следующую рабочую позицию, фиксируют корпус 1 относительно гайки 20 с помощью фиксатора 26 и производят определение твердости шпильки в очередной точке поверхности в изложенном выше порядке.

Предлагаемый в заявляемом устройстве механизм нагружения индентора с пневмогидравлическим приводом обеспечивает возможность его применения на тепловых электростанциях, имеющих разветвленные системы подачи сжатого воздуха, легко доступные для подключения любых потребителей, в том числе приборов контроля твердости металла, а установленный в устройстве редукционный клапан обеспечивает возможность поддержания постоянного давления воздуха в пневмоцилиндре.

Гидравлические амортизаторы обеспечивают плавное перемещение механизма нагружения. Арретирующий узел обеспечивает установку шарика индентора в нерабочем положении и предохраняет индентор от ударов при перемещении механизма нагружения из исходного положения к контролируемой шпильке.

Расположение индентора эксцентрично шпильки и наличие фиксатора обеспечивают возможность получения группы отпечатков шарика, отстоящих один от другого на заданных расстояниях.

В устройстве при перемещении механизма нагружения в вертикальной плоскости и при повороте вместе с корпусом в горизонтальной плоскости обеспечивается благодаря уплотнительному патрубку, непрерывная подача сжатого воздуха во входной трубопровод, в результате чего повышается быстродействие при включении в работу механизма нагружения индентора.

Устройство обеспечивает удобство в эксплуатации, исключает применение ручных операций при внедрении индентора в тело шпильки.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает контроль величины нагружающего усилия с помощью манометрического прибора, перемещение механизма нагружения индентора с помощью датчика холостого хода, момента касания шарика индентора с помощью арретирующего узла, индикатора и светодиодного указателя, момента включения нагрузки и времени действия нагрузки с помощью реле времени и второго светодиодного указателя, а также контроль глубины внедрения индентора в тело шпильки с помощью датчика регистрации глубины внедрения.

В результате расширения объема информации, получаемой на стадии предварительных операций и при внедpении индентора в шпильку,обеспечивается повышение надежности контроля, чем достигается повышение достоверности полученных данных, не требующих подтверждения дополнительными средствами контроля, снижение трудоемкости измерений.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к определению твердости материалов. Устройство содержит корпус, индентор, механизм нагружения индентора, датчик регистрации глубины внедрения индентора, арретирующий узел. Новым в устройстве является пневмогидравлический привод механизма нагружения индентора датчики нагрузки, холостого хода индентора времени, светодиодные указатели, а корпус снабжен обоймой, в которой эксцентрично оси индентора, закрепленного на штоке поршня пневмоцилиндра,расположены накидные гайки с возможностью крепления на контролируемой шпильке,закрепленной на турбине. Устройство может быть внедрено в теплоэнергетике на тепловых электростанциях при обследовании крепежных деталей паровых турбин. 2 ил.

Устройство для определения твердости шпилек паровых турбин, содержащее корпус, индентор, механизм нагружения индентора, датчик глубины внедрения индентора и арретирующий узел, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля, оно снабжено закрепленной на корпусе обоймой, размещенной в ней эксцентрично относительно оси индентора гайкой, предназначенной для закрепления шпильки, датчиком времени, датчиком нагрузки, датчиком холостого хода индентора, входным трубопроводом с редукционным и отсечным электромагнитным клапанами, последний из них связан с датчиком времени, телескопически соединенными с входным трубопроводом уплотнительным патрубком системы подачи сжатого воздуха, ручным приводом перемещения индентора, выполненным в виде рычагов, шарнирно установленных на корпусе, механизм нагружения индентора выполнен в виде пневматического и двух гидравлических цилиндров, соединяющей штоки последних траверсы, шток поршня пневматического цилиндра связан с индентором, с входным трубопроводом и с датчиком глубины внедрения индентора, перепускных трубопроводов гидравлических цилиндров и расположенных в них дополнительных отсечных электромагнитных клапанов, штоки поршней гидравлических цилиндров связаны с рычагами и с датчиком холостого хода индентора, а арретирующий узел выполнен в виде закрепленного на траверсе и связанного с дополнительными отсечными электромагнитными клапанами датчика перемещения индентора с электрическими контактами.