СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШПИЛЬКИ Российский патент 2005 года по МПК G01N3/40 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам контроля за техническим состоянием оборудования, в частности оценки технического состояния крепежных элементов с резьбой, и на базе этого оценки технического состояния оборудования, в котором используются эти крепежные элементы.

Известен способ оценки технического состояния стержневых резьбовых изделий, а именно контроля прочности резьбовых изделий механическим испытанием на растяжение до разрушения (Болты, винты и шпильки. Механические свойства и методы испытаний, ГОСТ 1759.4-87, М., Издательство стандартов, 1988, с.14-15).

Данный способ позволяет испытывать резьбовую часть изделия, а прочность определять по отношению разрушающей нагрузки к площади поперечного сечения резьбы, которое называют временным сопротивлением.

Однако данный способ требует большого количества разрушающих испытаний. Свои трудности накладывает на оценку влияние предварительного деформационного упрочнения и наклепа металла, что имеет место при накатке резьбы на стержневых элементах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ оценки технического состояния резьбы болтов, труб других подобных изделий, заключающийся в том, что устанавливают контролируемое изделие в узел базирования, проводят съем информации, ее обработку, анализ и представление, при этом средство для съема информации, выполненное в виде оптоэлектронной головки, включающей расположенные по разные стороны от контролируемого резьбового участка источник и приемник оптического излучения, перемещают вдоль продольной оси контролируемого изделия, при этом облучают контролируемый резьбовой участок световым потоком, с помощью приемника излучения принимают световой сигнал, прошедший через контролируемый резьбовой участок, который преобразуют в электрический, а затем в цифровой сигнал, передают и обрабатывают в ПЭВМ, причем по завершении движения по одному сечению резьбового участка средство для снятия информации и/или контролируемое изделие поворачивают в другое угловое положение и вновь осуществляют движение вдоль резьбового участка (RU 2151999, G 01 В 3/40, 27.06.2000).

Данный способ позволяет сканировать резьбовой участок изделия и затем обрабатывать полученную информацию с помощью компьютера. В результате представляется возможность получить достаточно полную информацию о текущем состоянии резьбового участка изделия. Однако данный способ не позволяет получить полную информацию о состоянии испытываемого изделия. В результате оценка технического состоянии по указанному способу не позволяет дать достаточный надежный прогноз о возможности дальнейшего использования оборудования с этими крепежными элементами.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности эксплуатации оборудования за счет получения достоверной информации о действительном техническом состоянии крепежного резьбового элемента, в частности шпильки, и на основании этой информации получить косвенную оценку технического состояния оборудования или узла этого оборудования, на котором эксплуатировалась исследуемая шпилька.

Указанная задача решается за счет того, что способ оценки технического состояния шпильки заключается в том, что вначале измеряют профиль резьбы шпильки и твердость материала шпильки, посредством

переводных таблиц определяют предел текучести, производят расчет предела прочности материала шпильки, запаса прочности шпильки и посредством расчета на базе измеренного значения твердости определяют усталостные свойства материала, а измерение профиля резьбы производят путем фотографирования цифровым фотоаппаратом резьбового участка шпильки с последующим вводом изображения резьбы в компьютер и получением изображения профиля резьбы на экране дисплея компьютера, например, посредством программы Word, или производят сканирование шпильки посредством планшетного сканера, вводят в компьютер полученное изображение резьбы с последующим получением профиля резьбы на экране дисплея компьютера, например посредством программы Word, после этого сопоставляют измеренный профиль резьбы с исходным стандартным профилем резьбы и на основании этого определяют скорость коррозии и величину износа или деформации резьбы, на основании полученных данных выявляют закономерность регрессионного процесса шпильки, а затем шпильку как представитель партии подвергают испытанию на разрыв и определяют реальную величину предела прочности шпильки с последующим сравнением полученного экспериментально запаса прочности с полученным расчетным путем запасом прочности шпильки и по усталостным характеристикам, полученным расчетным путем, произведенным на базе измеренных параметров резьбы и материала шпильки, проводят оценку технического состояния шпильки и косвенно оценивают техническое состояние оборудования или его узла, на котором эксплуатировалась шпилька.

Кроме того, запас прочности может быть определен расчетом с использованием программы Excel, а для разрыва шпильки может быть применено приспособление, содержащее насос и гидроцилиндр с двумя поршнями, в которые устанавливается испытуемая шпилька с гайками, и подачей давления между поршнями производят разрыв шпильки, фиксируя величину давления разрыва шпильки по манометру, а по нему величину нагрузки разрыва шпильки.

Анализ работы различного оборудования, в частности нефтегазового оборудования, в котором в качестве крепежного элемента широко используются резьбовые крепежные изделия, в частности шпильки, показал, что с помощью шпильки, как одного из наиболее нагружаемых в процессе эксплуатации элементов конструкции, представляется возможность получить достаточно достоверную прогнозную информацию о техническом состоянии этого оборудования. Важно правильно провести оценку технического состояния шпильки, а именно провести комплексные исследования шпильки, включающие как визуальную информацию о состоянии шпильки, так и информацию о прочностных характеристиках шпильки. Кроме того, очень важной информацией является оценка деградационных процессов в шпильке, выявление закономерности процесса регрессии шпильки, при этом принимается во внимание исходный стандартный профиль резьбы, что позволяет учесть влияние внешних факторов, например климатических условий эксплуатации, и факторов химической коррозии (имеется в виду коррозионная активность перекачиваемой среды). Не менее важное значение имеет организация самого процесса оценки технического состояния шпильки, а именно последовательность проводимых испытаний. В ходе этих исследований и была выявлена описанная выше совокупность существенных признаков, позволившая создать научно-обоснованный способ оценки технического состояния шпильки, который дает достоверную и всестороннюю информацию о реальном состоянии шпильки, что в конечном итоге позволяет дать достоверный прогноз по дальнейшей эксплуатации оборудования и позволяет составить график ремонта, который необходимо провести для безопасной и безаварийной эксплуатации оборудования.

В результате достигнуто выполнение поставленной в изобретении задачи - повышение надежности эксплуатации оборудования за счет получения достоверной информации о действительном техническом состоянии шпильки.

Способ оценки технического состояния шпильки заключается в том, что вначале измеряют профиль резьбы шпильки и твердость материала шпильки, посредством переводных таблиц определяют предел текучести, производят расчет предела прочности материала шпильки, запаса прочности шпильки и посредством расчета на базе измеренного значения твердости определяют усталостные свойства материала. При этом расчет на прочность может быть проведен по одной из известных методик, например по методике “Расчет резьбовых соединений на прочность”, которая описана в Справочнике машиностроителя. Т. 4, М., Машгиз, 1956, с.525-539, а соотношение между пределом прочности и пределом текучести может быть получен из табличных данных типа таких, как эти величины приведены в Справочнике машиностроителя. Т. 3, М., Машгиз, 1956, с.432. Далее проводят измерение профиля резьбы путем фотографирования цифровым фотоаппаратом резьбового участка шпильки с последующим вводом изображения резьбы в компьютер и получением изображения профиля резьбы на экране дисплея компьютера, например, посредством программы Word. Измерение профиля резьбы может быть произведено также путем сканирования шпильки посредством планшетного сканера, ввода в компьютер полученного изображение резьбы и последующего получения профиля резьбы на экране дисплея компьютера, например, посредством программы Word. Вместо программы Word может быть использована какая-либо другая программа (например, бесплатная программа Open Office или программа Corel Draw), которая позволяет получить изображение со сканера и вывести его на дисплей компьютера. После этого, например, на экране дисплея компьютера или путем распечатки полученного профиля резьбы сопоставляют измеренный профиль резьбы с исходным стандартным профилем резьбы, например, взятым из справочной литературы или из ГОСТов на резьбы. На основании этого сравнительного анализа определяют скорость коррозии и величину износа или деформации резьбы. Анализ полученных данных позволяет выявить закономерность регрессионного процесса шпильки. Затем шпильку как представитель партии подвергают испытанию на разрыв и определяют реальную величину предела прочности шпильки. Затем полученную таким образом экспериментально величину запаса прочности сравнивают с полученным расчетным путем запасом прочности шпильки. После этого по усталостным характеристикам, полученным расчетным путем и по произведенным на базе измеренных параметров резьбы и материала шпильки, проводят оценку технического состояния шпильки. Учитывая тот факт, что шпилька является неотъемлемой составной частью оборудования, на котором она была установлена, и поэтому эксплуатировалась в тех же условиях, что и остальное оборудование, представляется возможность косвенно оценить техническое состояние оборудования или его узла, на котором эксплуатировалась эта шпилька.

В зависимости от программного обеспечения компьютера запас прочности может быть определен расчетом с использованием программы Excel.

Для разрыва шпильки может быть применено приспособление, содержащее насос и гидроцилиндр с двумя поршнями, в которые устанавливается испытуемая шпилька с гайками, и подачей давления между поршнями производят разрыв шпильки, фиксируя величину давления разрыва шпильки по манометру, а по нему - величину нагрузки разрыва шпильки.

Настоящее изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности и в других отраслях промышленности, где необходимо произвести оценку технического состояния оборудования, и, в частности, шпилек, как одного из видов крепежных изделий.

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: измеряют профиль резьбы шпильки и твердость материала шпильки. Определяют предел текучести. Рассчитывают предел прочности материала шпильки, запас прочности шпильки и посредством расчета на базе измеренного значения твердости определяют усталостные свойства материала. Измерение профиля резьбы производят путем фотографирования цифровым фотоаппаратом резьбового участка шпильки или производят сканирование шпильки посредством планшетного сканера, вводят в компьютер полученное изображение резьбы с последующим получением профиля резьбы на экране дисплея компьютера, например, посредством программы Word. Сопоставляют измеренный профиль резьбы с исходным стандартным профилем резьбы и на основании этого определяют скорость коррозии и величину износа или деформации резьбы, на основании полученных данных выявляют закономерность регрессионного процесса шпильки, а затем шпильку как представитель партии подвергают испытанию на разрыв и определяют реальную величину предела прочности шпильки с последующим сравнением полученного экспериментально запаса прочности с полученным расчетным путем запасом прочности шпильки и по усталостным характеристикам, полученным расчетным путем, произведенным на базе измеренных параметров резьбы и материала шпильки, производят оценку технического состояния шпильки, и косвенно оценивают техническое состояние оборудования или его узла, на котором эксплуатировалась шпилька. Технический результат: повышение точности исследования. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ оценки технического состояния шпильки, заключающийся в том, что вначале измеряют профиль резьбы шпильки и твердость материала шпильки, посредством переводных таблиц определяют предел текучести, производят расчет предела прочности материала шпильки, запаса прочности шпильки и посредством расчета на базе измеренного значения твердости, определяют усталостные свойства материала, а измерение профиля резьбы производят путем фотографирования цифровым фотоаппаратом резьбового участка шпильки с последующим вводом изображения резьбы в компьютер и получением изображения профиля резьбы на экране дисплея компьютера, например, посредством программы Word или производят сканирование шпильки посредством планшетного сканера, вводят в компьютер полученное изображение резьбы с последующим получением профиля резьбы на экране дисплея компьютера, например, посредством программы Word, после этого сопоставляют измеренный профиль резьбы с исходным стандартным профилем резьбы и на основании этого определяют скорость коррозии и величину износа или деформации резьбы, на основании полученных данных выявляют закономерность регрессионного процесса шпильки, а затем шпильку как представителя партии подвергают испытанию на разрыв и определяют реальную величину предела прочности шпильки с последующим сравнением полученного экспериментально запаса прочности с полученным расчетным путем запасом прочности шпильки и по усталостным характеристикам, полученным расчетным путем, произведенным на базе измеренных параметров резьбы и материала шпильки, производят оценку технического состояния шпильки и косвенно оценивают техническое состояние оборудования или его узла, на котором эксплуатировалась шпилька.2. Способ по п.1, заключающийся в том, что запас прочности определяют расчетом с использованием программы Excel.3. Способ по п.1, заключающийся в том, что для разрыва шпильки применяют приспособление, содержащее насос и гидроцилиндр с двумя поршнями, в которые устанавливается испытуемая шпилька с гайками, и подачей давления между поршнями производят разрыв шпильки, фиксируя величину давления разрыва шпильки по манометру, а по нему величину нагрузки разрыва шпильки.