СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК F15B19/00 F16J3/04 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к пневматическим способам испытаний на прочность изделий, работающих под внутренним избыточным давлением от 0,001 до 100 МПа, режим работы которых подразумевает возможность мгновенного (до 5 секунд) падения давления внутренней среды с рабочего до вакуума, например сильфонные компенсаторы (СК).

Современные сильфонные компенсаторы предназначены для обеспечения гибкой, герметичной связи нефтепроводов, газопроводов, трубопроводов и агрегатов гидравлических, газовых, воздушных, топливных и масляных систем аппаратов наземного оборудования. СК изготавливаются с номинальными диаметрами от 15 до 5000 мм, работают при температурах среды от минус 250 до плюс 550°С и выше при применении нестандартных материалов и конструкций, и при давлениях среды от 0,001 до 10 МПа, а также при вакууме.

Существует программа и методика испытаний СК ГОСТ 28697-90, описывающая испытания на прочность. Однако способ испытания при мгновенном изменении давления с избыточного на вакуумметрическое пока не использовался.

В настоящее время известны различные способы испытаний, в частности, сильфонных компенсаторов.

Так, из описания к патенту РФ № 2156392 (опубл. 20.09.2000) известен способ испытания сильфонных компенсаторов, в котором используют устройство, содержащее сильфон, подвижную и неподвижную опоры-фланцы, жестко связанные с силонагружателем-гидроприводом, состоящим из гидроцилиндра, поршня, штока. По каналам осуществляется подвод и слив рабочей жидкости в верхнюю и нижнюю полости гидроцилиндра. Осуществляется регулировка хода на растяжение и сжатие. Проверка герметичности сильфона осуществляется подводом воздуха через канал в подвижной опоре-фланце внутрь сильфона.

Наиболее близким аналогом к патентуемому изобретению является способ испытания сильфонных компенсаторов, который заключается в том, что два сильфонных компенсатора устанавливают соосно один внутри другого, оба сильфонных компенсатора торцевыми поверхностями устанавливают между подвижной и неподвижной нагрузочными плитами испытательного стенда, обеспечивают жесткое герметичное соединение торцевых поверхностей сильфонных компенсаторов с нагрузочными плитами и создают давление испытательной среды в полости между сильфонными компенсаторами. Затем к сильфонным компенсаторам прикладывают циклическую нагрузку путем заданного многократного перемещения подвижной нагрузочной плиты (патент РФ № 2367829, опубл. 20.09.2009).

Основным недостатком известных решений является отсутствие возможности проведения испытаний на резкое падение давление с рабочего до вакуума. Также сложностями в реализации потребных испытаний являются трудоемкость проведения испытаний, нецелесообразность, с экономической точки зрения, создания реальных условий эксплуатации на стенде в масштабе 1 к 1 для подтверждения работоспособности изделия при мгновенном падении давления с рабочего до вакуума (рабочие агрегаты/аппараты/установки и обвязки трубопроводов).

Задачей патентуемого решения является устранение указанных недостатков, а также подтверждение работоспособности изделия при мгновенном изменении давления среды с избыточного на вакуумметрическое.

Техническим результатом изобретения является расширение арсенала технических средств для проведения испытаний, сокращение трудозатрат за счет упрощения способа проведения испытаний, снижение материалоемкости стенда, обеспечение имитации реальных условий работы и универсальности проведения испытаний для всех типов изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, в том числе для любых диаметров.

Заявленный технический результат достигается за счет осуществления способа проведения испытаний изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, заключающегося в том, что на испытуемое изделие устанавливают торцевые заглушки, помещают изделие в камеру, нагревают внутреннюю полость изделия до температуры от 20 до 550°С и одновременно создают перепад давления между внутренней полостью испытуемого изделия и полостью камеры в 0,1 МПа за счет создания избыточного давления во внутренней полости изделия и в камере и выдерживают перепад давления в течение 2-10 минут, далее в течение 3-5 секунд производят сброс давления из внутренней полости изделия до значения избыточного давления равного 0 МПа, сохраняя при этом давление в полости камеры равным 0,1 МПа, выдерживают испытуемое изделие при этом в течение 2-10 минут, обеспечивая при этом перепад давления между внутренней полостью изделия и полостью камеры, соответствующий вакууму -0,1 МПа.

При этом значение температуры внутренней полости изделия испытания выбирается согласно условиям эксплуатации изделия в зависимости от технологии транспортировки среды - нефтепродукты, газ, кислоты и прочее.

После чего испытуемое изделие извлекают из камеры, осуществляют визуально измерительный контроль и испытание на герметичность любым известным способом, который зависит от изделия и устанавливается изготовителем. Например, для сильфонных компенсаторов проводят испытание на герметичность пузырьковым методом, испытательная среда - воздух.

Испытание считается успешно пройденным в случае, если испытуемый образец герметичен и при мгновенном изменении давления не наблюдались механические повреждения, признаки разрыва в металле и сварных соединениях, потеря осевой устойчивости изделия (если применимо для конкретного вида изделий).

В качестве испытуемого изделия может быть взят сильфонный компенсатор.

Заявленный технический результат достигается тем, что опытный образец (сильфонный компенсатор) подвергается воздействию на него эквивалентной нагрузки на испытательном стенде, которая находится в соответствии с реальными условиями эксплуатации, которая создается за счет быстрого изменения давления, что соответствует нагрузке при мгновенном (до 5 секунд) изменении давления с максимально расчетного до вакуума за счет аналогичного перепада давления.

Установка для проведения испытаний достаточно проста, мобильна, проведение испытаний не занимает много времени и не требует специальной подготовки.

Данное изобретение позволяет испытывать компенсаторы разных габаритных размеров за счёт создания камеры размерами больше, чем размеры изделий.

Далее решение поясняется фигурой 1, на которой представлена схема стенда для проведения испытаний.

Стенд представляет собой камеру 1, коллектор 2 и компрессор 3 для создания избыточного давления. Корпус камеры выполнен из низколегированной стали, цилиндрической формы и необходимой толщиной, обеспечивающей прочность конструкции под давлением. Внутри камеры установлен сильфонный компенсатор 4, герметично закрытый с торцевых сторон заглушками (плитами из углеродистой стали) с штуцерами (не показаны). Сильфонный компенсатор 4 опоясан электронагревателем 5 ленточного типа. Внутренняя полость камеры 1 через коллектор 2 соединена с компрессором 3, при этом на трубопроводе подачи воздуха в камеру установлен отсечной клапан V1. Также компрессор 3 через коллектор 2 и трубопровод 6 соединен с внутренней полостью испытуемого изделия (сильфонного компенсатора 4), на трубопроводе 6 установлен отсечной клапан V2. Также внутренние полости камеры 1 и сильфонного компенсатора 4 соединены с трубопроводами 7 сброса давления, оснащенными отсечными клапанами V3 и V4. На линии нагнетания воздуха, сброса давления из внутренней полости сильфонного компенсатора 4 и на камере 1 установлены манометры Р1, Р2 и Р3, соответственно. Кроме этого, на камере установлен предохранительный клапан VS1.

Способ осуществляют следующим образом.

Условия испытаний: изделие - сдвиговый сильфонный компенсатор LRR 06.0500.040.3 (455194); метод - пневматический, испытательная среда - воздух; проектные данные: температура испытательной среды (внутри изделия), согласно рабочим параметрам при эксплуатации - 210±20°C, давление среды, согласно рабочим параметрам при эксплуатации - 0,5 МПа. Режим работы при вакуумировании - перепад внутреннего давления с 0,5 МПа до вакуума за 5 секунд.

Камера 1 включает в себя специальные торцевые заглушки для герметизации изделия с необходимыми штуцерами для соединения с линией нагнетания воздуха и линией сброса давления. К торцевым заглушкам через элементы жёсткости (патрубки, уголки, каркасные элементы) приваривается сильфонный компенсатор 4 так, чтобы компенсатор 4 находился в середине камеры и объем второго контура был одинаковый со всех сторон. Производят подключение всех необходимых подсоединений для подачи давления и герметизируют внутреннюю полость камеры 1. После закрытия полости камеры производят запуск компрессора 3 и подачу сжатого воздуха во внешний (камера) и внутренний (испытуемое изделие, сильфонный компенсатор) контуры, одновременно производят нагрев внутренней полости изделия с помощью ленточного электронагревателя 5 до температуры 210±20°С. По достижению давления 0,6 МПа подачу сжатого воздуха прекращают, закрывают клапаны V1, V2, компрессор выключают. При достижении необходимой температуры производят сброс давления из внутренней полости изделия 4 с помощью клапана V4. Таким образом, при сбросе давления имитируются реальные условия эксплуатации - достигается перепад давлений между наружным и внутренним контуром с нагрузками эквивалентными реальным условиям при вакууме. Выдерживается в течение 2-10 минут, для оценки работоспособности изделия. Затем выполняют сброс давления из внешнего контура 1 с помощью клапана V3. После сброса давления открывают камеру 1 для отключения вспомогательных патрубков и изъятия изделия. После чего изделие 4 осматривают и проводят испытания на герметичность.

Таким образом, способ натурного испытания можно разделить на следующие фазы во внутреннем и внешнем контурах:

1 фаза: нагнетают давление P изб. до 0,6 МПа во внутренний контур, P изб. до 0,1 МПа во внешний контур, выдерживают не менее 2-х минут. Благодаря чему обеспечивается перепад давления/нагрузки между внутренним и внешним контуром: 0,6-0,1=0,5 МПа.

2 фаза: в течение 5 секунд, не более выпускают давление из внутреннего контура до P изб.= 0 МПа. Давление внешнего контура P изб.= 0,1 МПа остается неизменным. Возникает эквивалентная нагрузка из-за перепада давлений при резком стравливании давления до вакуума за короткое время.

3 фаза: во внутреннем контуре сохраняют давление до 0 МПа, во внешнем контуре сохраняют давление до 0,1 МПа, выдерживают не менее двух минут.

Таким образом, обеспечивают перепад давления/нагрузки между внутренним и внешним контуром, соответствующий состоянию вакуума: 0-0,1=-0,1 МПа.

В итоге получается нагрузка эквивалентная нагрузке, возникающей при перепаде давления с максимального расчетного 0,5 МПа (расчетное давление согласно рабочей документации) до вакуума (принимается условно за P избыточное равное 0 Мпа).

Далее проводится визуально измерительный контроль и испытание компенсатора на герметичность (способ испытания устанавливается РКД на изделие, как правило, пузырьковый, испытательная среда - воздух).

Использование предлагаемого способа даёт возможность проведения данного вида испытания с любыми изделиями, работа которых подразумевает возможность мгновенного падения давления внутренней среды с рабочего до вакуума, на стенде без воссоздания реальных условий эксплуатации в масштабе 1 к 1.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к пневматическим способам испытаний на прочность изделий, работающих под внутренним избыточным давлением от 0,001 до 100 МПа, режим работы которых подразумевает возможность мгновенного (до 5 секунд) падения давления внутренней среды с рабочего до вакуума, например, сильфонные компенсаторы (СК). Техническим результатом изобретения является расширение арсенала технических средств для проведения испытаний, сокращение трудозатрат за счет упрощения способа проведения испытаний, снижение материалоемкости стенда, обеспечение имитации реальных условий работы и универсальности проведения испытаний для всех типов изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, в том числе для любых диаметров. Заявленный технический результат достигается за счет осуществления способа проведения испытаний изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, заключающегося в том, что на испытуемое изделие устанавливают торцевые заглушки, помещают изделие в камеру, нагревают внутреннюю полость изделия до температуры 210±20°С и одновременно создают перепад давления между внутренней полостью испытуемого изделия и полостью камеры до 0,5 МПа за счет создания избыточного давления внутри испытуемого изделия до 0,6 МПа, а в полости камеры до 0,1 МПа, выдерживают перепад давления в течение, по меньшей мере, двух минут, открывается клапан и в течение 5 секунд, не более, производят сброс давления из внутренней полости испытуемого изделия до значения избыточного давления, равного 0 МПа, сохраняя при этом давление в полости камеры равным 0,1 МПа, выдерживают испытуемое изделие при этом в течение 2-10 минут, обеспечивая при этом перепад давления между внутренней полостью испытуемого изделия и полостью камеры, соответствующий вакууму -0,1 МПа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ проведения испытаний изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, характеризующийся тем, что на испытуемое изделие устанавливают торцевые заглушки, помещают изделие в камеру, нагревают внутреннюю полость изделия до 20÷550°С и одновременно создают перепад давления между внутренней полостью испытуемого изделия и полостью камеры в 0,1 МПа, за счет создания избыточного давления во внутренней полости изделия и в камере, и выдерживают перепад давления в течение 2-10 минут, далее в течение 3-5 секунд производят сброс давления из внутренней полости изделия до значения избыточного давления, равного 0 МПа, сохраняя при этом давление в полости камеры равным 0,1 МПа, выдерживают испытуемое изделие при этом в течение 2-10 минут, обеспечивая при этом перепад давления между внутренней полостью изделия и полостью камеры, соответствующий вакууму -0,1 МПа.

2. Способ проведения испытаний изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, по п. 1, характеризующийся тем, что испытуемым изделием является сильфонный компенсатор.