Изобретения относятся к измерениям в ракетно-космической, авиационной, нефтегазовой, атомно-энергетической, химической и других областей техники, где применяются длительно нагружаемые конструкции, в частности, сосуды давления и трубопроводы, балки и плиты, подвергающиеся периодическим контрольным проверкам в процессе и после их длительной эксплуатации, а также в процессах проведения контрольных (опрессовочных) и статических испытаний.
Известен способ определения и периодического контроля величин деформаций частей конструкций, и частности деформаций ползучести сосудов давления, по изменениям величин их диаметров, измеряемым по перемещениям реперных узлов, привариваемых к стенкам этих сосудов (см., например, Справочник "Эксплуатационная надежность объектов котлонадзора", П.П. Антикайн и А.К. Зыков, изд. "Металлургия", 1985 г., стр. 99) - прототип к вариантам 1 и 2 способа.
Недостатками этого способа являются сложность его применения при проведении массовых контрольных проверок и введение местных ослаблений стенок от приварки узлов.
Известен способ определения и периодического контроля величин деформаций частей конструкций - труб паронагревательных котлов (прототип к варианту 3 способа), заключающийся в измерении их геометрических отклонений от начальной формы (изменений величин их диаметров) и использовании результатов измерений для вычисления величин деформаций ползучести по математическим зависимостям (см. патент РФ 2029224, кл. G 01 В 5/08, 17.07.91 г.)
Недостатками известного способа являются невозможность его применения к сосудам и трубопроводам больших диаметров, сложность используемых измерительных средств и самого способа измерений при проведении массовых контрольных проверок.
Известно устройство для контроля неровности поверхности частей конструкций, выполненное в виде прямолинейной штанги постоянной высоты сечения с перпендикулярными к ней измерительными рейками, прикладываемыми к поверхности конструкции, с возможностью измерения зазора между штангой и поверхностью (см. заявку РФ 94016434, кл. G 01 В 5/28, от 10.05.94 г.) - прототип к вариантам 1 и 2 устройства.
Недостатками этого устройства являются его недостаточная точность и невозможность его применения для контроля криволинейных поверхностей конструкций больших размеров.
Из патентной литературы известно устройство для определения и периодического контроля величин деформаций частей конструкций, выполненное в виде рейки постоянной высоты сечения с двумя опорами, прикладываемой к обмеряемой части конструкции с возможностью измерения зазора механическими измерительными средствами между рейкой и ее поверхностью (см. патент Англии 2165946, кл. G 01 B 5/28, опубликованный 23.04.86 г.) - прототип к вариантам 3 и 4 устройства.
Недостатками этого устройства являются его сложность и невозможность его применения при проведении измерений на криволинейных поверхностях, особенно со стороны внутренних поверхностей частей конструкций.
Задачей данных изобретений является создание способов и устройств для их осуществления с достижением при этом технического результата в виде простоты и быстроты определения величин деформаций с достаточной точностью широкого круга объектов любого размера и конфигурации непосредственно в условиях эксплуатации и испытаний этих объектов.
Эта задача решается тем, что в способе определения и периодического контроля величин деформаций частей конструкций, заключающемся в измерении их геометрических отклонений от начальной формы и использовании результатов измерений для вычисления величин деформаций по математическим зависимостям, в соответствии с изобретением, при определении деформаций частей конструкций в виде оболочек на участке, начинающемся от места ее соединения со смежной оболочкой и заканчивающемся на расстоянии где Rо- номинальный радиус поперечного сечения внешней поверхности оболочки, а δ - номинальная толщина ее стенки, измерения проводят с помощью измерительных механических средств и рейки, прижимаемой к поверхности оболочки вдоль ее образующей на участке длины lпр=(0,8-1,2)lк, начинающемся в конце участка lк, измеряют величины зазоров Wi между внутренней гранью рейки и поверхностью оболочки в 3-5 точках на длине lк, определяют величину равномерной деформации растяжения оболочки как ε = [Wmax]/R0, где [Wmax] - среднее значение максимального зазора Wmax пo измерениям вдоль 4-8 образующих, и величину изгибной деформации в данной точке стенки оболочки как εизг= (d2W/dx2)(δ/z), где первый множитель является второй производной средней упругой линии изгибания оболочки на участке lк, построенной по средним величинам измерения зазоров вдоль линий измерения в соответствующих точках, в которых проводились измерения.
При определении величин местных деформаций возле конструктивных узлов на оболочках сосудов давления в виде ввариваемых в их стенки окантовок вырезов измерения проводятся вдоль линий на оболочке, выходящих в радиальных направлениях из центра окантовки, измеряют величины зазоров Wi между внутренней гранью рейки и поверхностью оболочки в 3-5 точках на длине участка где Rо - номинальный радиус поперечного сечения внешней поверхности оболочки, а δ - номинанальная толщина ее стенки, начинающегося от сварного шва соединения окантовки с оболочкой, с помощью измерительных механических средств и рейки, прижимаемой к поверхности оболочки на участке длины lпр=(0.8-1.2)lк, начинающемся в конце участка lк, определяют величину равномерной деформации и растяжения оболочки, как ε = [Wmax]/R0, где [Wmax] - среднее значение максимального зазора Wmax по измерениям вдоль 4-6 линий измерений, и величину изгибной деформации в данной точке стенки оболочки как εизг= (d2W/dx2)(δ/z), где первый множитель является второй производной средней упругой линии деформации оболочки на участке lк, построенной по средним величинам измерений зазоров вдоль линий измерения в соответствующих точках.
При определении деформаций частей конструкций в виде длинномерных оболочек типа трубопроводов, балок и плит измерения проводят на участке длины части конструкции, где номинальная толщина стенки и соответственно высота сечения постоянны, с помощью рейки с прямолинейной осью длиной L, не превышающей половины длины номинального радиуса Rо поперечного сечения внешней поверхности этой части конструкции, имеющей опоры одинаковой высоты, расположенные от середины длины рейки на расстояних l/2, причем l=(0,5-0,7)L предварительно устанавливают начальные показания измерительных средств на гладкой плоскости относительно внутренней грани рейки в точках по середине длины рейки и по ее концам, и после прижатия рейки к деформированной поверхности конструкции измеряют разницу показаний измерительных средств в этих же точках W0 и WL/2 соответственно, а величину равномерной деформации растяжения-сжатия в направлении дуги проверяемого сечения оболочки определяют как εp= (Ri-Ro)/Ro, где Ri - радиус кривизны, определяемый как среднее значение по измерениям на базах l и L по формуле Ri=0.5(l2/8W0+L2/8(W0+WL/2)), при этом величину деформации изгиба частей конструкции в виде оболочек определяют как εизг= (l/Ri-l/Ro)(δ/2), где δ - номинальная толщина стенки оболочки, а частей конструкции в виде балок и плит определяют как εизг= (l/Ri)(H/2), где Н - высота сечения этой части конструкции.
Данная задача решается также тем, что в устройстве для определения и периодического контроля величин деформаций частей конструкций, выполненном в виде рейки с постоянной высотой сечения, прикладываемой к поверхности части конструкции с возможностью измерения зазора механическими измерительными средствами между рейкой и деформированной поверхностью части конструкции, в соответствии с изобретением, в случае проведения измерении со стороны внешней поверхности конструкции в виде оболочки с помощью клиновидного щупа с разметкой по его длине, рейка имеет сечение равнобедренного треугольника на длине участка ее длины , где Rо - номинальный радиус поперечного сечения и δ - толщина стенки оболочки, на участке прижатия рейки к оболочке lпр= (0.8-1.2)lк она имеет прямоугольное сечение, причем верхняя грань рейки, ее внутреннее ребро на участке lк и внутренняя грань на участке lпр выполнены строго эквидистантными образующей внешней поверхности обмеряемой оболочки.
При проведении измерений со стороны внешней поверхности части конструкции в виде оболочки сосуда давления с помощью штангенциркуля или индикатора рейка имеет сечение прямоугольной формы с поверхностями граней, эквидистантными дуге сечения внешней номинальной поверхности оболочки по ее образующей, и имеет длину L= lк+lпр, где lк- длина участка, вдоль которого проводят измерения, определяемая выражением где Rо - номинальный радиус поперечного сечения и δ - номинальная толщина стенки оболочки, lпр=(0.8-1.2)lк - длина участка прижатия рейки к поверхности оболочки.
При проведении измерений со стороны внутренней поверхности части конструкции в виде оболочки и определения по ним деформаций рейка выполнена с двумя опорами одинаковой высоты по отношению к внутренней грани рейки, поверхность которой так же, как и поверхность ее наружной грани, эквидистантна дуге сечений внутренней номинальной поверхности оболочки в сечении по ее образующей, вдоль которой проводят измерения, и имеет длину L=lк+lпр где lк - длина участка, вдоль которого проводят измерения, определяемая как где Rо и δ - номинальный радиус поперечного сечения внутренней поверхности оболочки и номинальная толщина ее стенки соответственно, lпр= (0.8-1.2)lк - расстояние между опорами прижатия рейки к поверхности оболочки, имеющими одинаковую высоту, не меньшую, чем ожидаемое максимальное приращение радиуса нормального сечения оболочки, ΔR = Ro(εo+εп), где εo и εп - найденные по предварительному расчету максимальная величина деформации равномерного растяжения оболочки от внутреннего давления и накопленнная деформация ползучести от постоянного действия этого давления за заданное время эксплуатации соответственно, т.е. деформация стенки оболочки от напряжения растяжения при рабочем давлении и накопленная за время эксплуатации при этом напряжении деформация ползучести соответственно.
При измерении изменений величин радиусов кривизны нормальных поперечных сечений оболочек трубопроводов и сосудов давления от деформаций ползучести и местных изменений формы сечений, а также при измерении изменений кривизны балок и плит, работающих на изгиб, рейка длиной L выполнена прямолинейной, ее опоры размещены на одинаковых расстояниях l/2 от середины ее длины при l= (0.5-0.7)L и имеют одинаковую высоту hоп относительно внутренней грани рейки (или внутреннего ребра при измерениях с помощью щупа), не меньшую, чем hоп= L2/8Rо, где Rо - номинальный радиус поперечного сечения оболочки, причем величина L не превышает величины 0,5 Rо при измерениях вдоль дуг поперечных сечений оболочек, а при измерениях радиусов кривизны балок и плит длина базы между опорами рейки l не менее пятикратной высоты Н их постоянного сечения, а высота hоп опор рейки не более (0,05-0,1)L.
Сущность изобретений поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлено устройство в виде рейки треугольного сечения для определения и контроля величин деформаций частей конструкций с помощью клиновидных щупов с разметкой по их длине;
на фиг. 2 - вариант устройства - рейка прямоугольного сечения при измерениях с помощью штангенциркуля или индикаторов;
на фиг. 3 - вариант устройства - рейка для определения и контроля деформаций оболочек сосудов со стороны их внутренней поверхности;
на фиг. 4 - вариант устройства - рейка для определения и контроля деформаций по изменениям величин радиусов кривизны нормальных сечений оболочек трубопроводов, сосудов давления, балок и плит;
на фиг. 5 - схема измерения зазоров между рейкой и внешней поверхностью сосуда;
на фиг. 6 - схема измерения зазоров между рейкой и внутренней поверхностью сосуда;
на фиг. 7 - схемы измерений с помощью щупа, штангенциркуля и индикатора;
на фиг. 8 - схема измерений при определении величин деформаций конструкций в виде длинномерных цилиндрических оболочек типа трубопроводов, сосудов давления, балок и плит - по изменениям радиусов кривизны их сечений;
на фиг. 9 - схемы сечений при измерениях возле окантовок люков (на цилиндрических (обечайках) и на сферических (днищах)) оболочек сосудов давления.
Устройство для определения и периодического контроля величин деформаций частей конструкций выполнено в виде рейки постоянной высоты сечения Н. Рейка имеет два участка. Первый участок с длиной lк, равной длине участка образующей контролируемой поверхности оболочки, вдоль которой проводят измерения, определяемой выражением где Rо и δ - номинальные величины радиуса поперечного сечения внешней поверхности оболочки и толщина ее стенки соответственно. Рейка на участке lк может иметь сечение в виде равнобедренного треугольника с вершиной по ее внутреннему краю (фиг. 1) или прямоугольное сечение (фиг. 2). Второй участок lпр прижатия рейки к поверхности контролируемой оболочки определяется выражением lпр=(0,8-1,2)lк. Рейка выполняется с поверхностями (наружной и внутренней) граней (внутреннего ребра - в варианте ее треугольного сечения), эквидистантными дуге сечения внешней номинальной поверхности оболочки по ее образующей. Рейка может иметь две опоры одинаковой высоты относительно ее внутренней грани, размещенные на концах участка прижатия lпр рейки (фиг. 3) в случае ее прижатия со стороны внутренней поверхности оболочки в виде герметического корпуса обитаемой орбитальной станции (например), или на одинаковых расстояниях l/2 от ее длины (фиг. 4), где l - расстояние между опорами в случае проведения измерений изменений радиусов кривизны нормальных сечений трубопроводов, сосудов давления, балок и плит.
Способ определения и периодического контроля величин деформаций частей конструкций осуществляется следующим образом.
При определении и контроле деформаций частей конструкций ободочек сосудов давления в виде, например, обечаек и днищ герметических корпусов долговременно обитаемых орбитальных станций, на участке длины оболочки lк (фиг. 5), начинающемся от места соединения оболочки 1 со смежной оболочкой 2 или со стыковым шпангоутом сопряжения этих оболочек и заканчивающемся на расстоянии измерения проводят с помощью рейки 3 и механических измерительных средств - клиновидного щупа (поз.4 - фиг. 7,а) с разметкой по его длине, штангенциркуля 5 - фиг. 7,б, индикатора 6 - фиг. 7, в. При этом рейка прижимается к поверхности оболочки вдоль ее образующей на участке длины lпр=(0.8-1.2)lк, начинающемся в конце участка lк, измеряют величины зазоров Wi между внутренним ребром рейки в случае проведения измерений с помощью щупа 4 и поверхностью оболочки в 3-5 точках на длине lк (фиг. 7) и по полученным максимальным величинам измеренных вдоль 4-8 образующих зазоров Wmax определяют среднюю величину [Wmax], равномерную деформацию растяжения оболочки как εp= [Wmax]/Ro и величину изгибной деформации в данной точке стенки оболочки как εизг= (d2W/dx2)(δ/z),, где первый множитель является второй производной упругой линии изгибания образующей оболочки на длине участка измерений lк, построенной по средним величинам измерений по всем образующим в соответствующих точках. Измерение величин Wi можно проводить также с помощью штангенциркуля 5 (фиг. 7,б) или индикатора 6 (фиг. 7,в) с использованием рейки прямоугольного сечения (фиг. 2)
При измерении зазоров между рейкой 3 и внутренней поверхностью сосуда (фиг.6) используется рейка 3 с двумя опорами, размещенными на концах участка прижатия рейки lпр (фиг.3), имеющими одинаковую высоту, не меньшую, чем ожидаемое приращение радиуса нормального сечения оболочки.
При определении величин местных деформаций возле конструктивных узлов в виде ввариваемых в оболочки сосудов окантовок вырезов под люки (фиг.9) измерения величин зазоров проводят вдоль 4-6 линий на оболочке, выходящих из центра окантовки в ее радиальных направлениях, на длине
При определении и периодическом контроле величин деформаций частей конструкций в виде длинномерных цилиндрических оболочек в виде трубопроводов, сосудов давления, балок и плит измерения проводят на длине участка дуги оболочки постоянной толщины и длине участка балки (плиты) постоянного сечения с помощью прямолинейной рейки длиной L, не превышающей половины величины номинального радиуса поперечного сечения оболочки, имеющей опоры, расположенные на равных расстояниях l/2 от середины длины рейки, где база между опорами l= (0.5-0.7)L, предварительно снимают начальные показания измерительных средств в точках по концам рейки и в ее середине при прижатии опор рейки к гладкой плоскости и после ее прижатия к поверхности контролируемой части конструкции, находят разности этих показаний WL/2 и W0 определяют величину радиуса кривизны как среднее значение по измерениям на базах l и L по формуле Ri= (l2/8W0+L2/8(W0+Wl/2))/2 величину равномерной деформации растяжения стенки оболочки как εp= (Ri-Ro)/Ro, где Rо - начальный или при его отсутствии номинальный радиус кривизны поперечного сечения оболочки, определяют наличие эллипсности оболочки по измеренным величинам Ri в двух диаметрально противоположных местах сечения оболочки и деформацию местного изгиба стенки оболочки от возможной эллипсности как εизг= (l/Ri-l/Ro)(δ/2), где δ - номинальная толщина стенки оболочки, а для частей конструкции в виде балок и плит определяют где Н - высота сечения балки или плиты.
При проведении измерений зазоров между рейкой устройства и внутренней поверхностью сосудов давления вида корпусов долговременно обитаемых орбитальных станций и определении по ним деформаций их оболочек вида днищ и обечаек используют рейку с опорами, расположенными на концах участка прижатия рейки lпр имеющими одинаковую высоту hоп не меньшую, чем ожидаемое по предварительной оценке приращение радиуса ΔR = Ro(εo+εп) поперечного сечения контролируемой оболочки от деформации εo при рабочем уровне напряжения растяжения в стенке оболочки и от накопившейся деформации ползучести εп при этом напряжении за истекшее время эксплуатации.
При определении и периодическом контроле величин деформаций частей конструкций через измерение изменений величин радиусов кривизны (фиг. 8) поперечных сечений оболочек трубопроводов и сосудов давления, а также при измерении изменений кривизны балок и плит используется прямолинейная рейка длиной L с двумя опорами, размещенными на одинаковых расстояниях l/2 от с середины длины l базы опор рейки, равной (0,5-0,7)L, имеющими одинаковую высоту относительно внутренней грани (края), не меньшую hоп=L2/8Rо, при длине рейки L не более 0,5Rо в случае измерений на трубопроводах и сосудах давления, а при измерениях на балках и плитах hоп=(0.05-0.1)L и l не менее пятикратной высоты их постоянных сечений H.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Способ изготовления полых изделий | 2015 |
|
RU2684332C2 |
ОБЕЧАЙКА КРИОГЕННОГО БАКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 1999 |
|
RU2166148C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК С ЛОКАЛЬНЫМИ УТОЛЩЕНИЯМИ | 2011 |
|
RU2460605C1 |
БЛОК ТОПЛИВНЫХ БАКОВ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ | 1999 |
|
RU2151718C1 |
СПОСОБ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ | 2000 |
|
RU2184013C2 |
УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ СТУПЕНЕЙ РАКЕТЫ (ВАРИАНТЫ) | 1999 |
|
RU2153448C1 |
УЗЕЛ МОНТАЖА КРЫШКИ ЛЮКА СИСТЕМЫ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА | 1999 |
|
RU2158215C1 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ | 1999 |
|
RU2150344C1 |
УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ СТУПЕНЕЙ РАЗГОННОГО БЛОКА | 1999 |
|
RU2179942C2 |
ГИДРОЦИЛИНДР | 1999 |
|
RU2169863C1 |
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям деформаций частей конструкций. Способ определения деформаций частей конструкций заключается в следующем. Для определения деформации оболочки на заданном участке к ней прижимают рейку и измеряют зазоры Wi между внутренней гранью рейки и поверхностью оболочки. Определяют по математическим зависимостям величину εp равномерной деформации растяжения оболочки и величину изгибной деформации εизг. Для определения деформаций внутренних поверхностей используют рейку с опорами. Для определения деформаций возле конструктивных узлов в виде окантовок люков зазоры Wi и Wmax измеряют вдоль линий на оболочке, выходящих из центра этих окантовок в радиальных направлениях, и определяют по ним величины деформаций εp и εизг. Для длинномерных оболочек измерения проводят с помощью прямолинейной рейки длиной L при L<Rо/2, где Rо- радиус внешней поверхности длинномерной оболочки. Рейка имеет опоры, расположенные от середины длины рейки на равных расстояниях l/2. Устройство для реализации этого способа выполнено в виде рейки. Рейка имеет два участка: первый равен длине контролируемой поверхности, второй lпр= (0,8-1,2)lk равен длине прижатия рейки к контролируемой поверхности. Грани рейки эквидистантны образующей контролируемой оболочки, форма рейки варьируется в зависимости от вида контролируемой оболочки. Техническим результатом изобретения являются простота и быстрота определения величин деформации различных частей конструкций. 7 с.п. ф-лы, 9 ил.
АНТИКАЙН П.П., ЗЫКОВ А.К | |||
СПРАВОЧНИК | |||
Эксплуатационная надежность объектов котлонадзора | |||
- Металлургия, 1985 | |||
С | |||
Прибор, замыкающий сигнальную цепь при повышении температуры | 1918 |
|
SU99A1 |
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛЗУЧЕСТИ МАТЕРИАЛА ТРУБ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЕЙ КОТЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1991 |
|
RU2029224C1 |
RU 94016434 А1, 10.05.1994 | |||
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОЭМУЛЬСИОННОЙ ЭПОКСИДНОЙ КОМПОЗИЦИИ | 1999 |
|
RU2165946C2 |
БОРЗДЫКА А.М | |||
Методы горячих механических испытаний материалов | |||
- М.: Металлургиздат, 1962, с.50 | |||
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЙ ОТ ПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ ПРЯМЫХ В ПЛОСКОСТИ | 1995 |
|
RU2095747C1 |
Устройство для измерения отклонений от прямолинейности | 1986 |
|
SU1392337A1 |
Устройство для контроля отклонений от прямолинейности | 1990 |
|
SU1781533A1 |
SU 1546831 А1 28.02.1992 | |||
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ПРОКАТКОЙ ЖИДКОГО И ТВЕРДОГО РАЗНОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ | 2001 |
|
RU2274515C2 |
Авторы
Даты
2002-03-20—Публикация
1999-11-03—Подача