Стенд для статических и циклических испытаний кольцеобразных образцов труб Российский патент 2025 года по МПК G01M3/08 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установкам для статических и циклических испытаний рабочей средой полноразмерных кольцеобразных образцов, вырезанных из труб, на прочность и остаточный ресурс.

Известен стенд для испытаний труб внутренним давлением и на изгиб (патент РФ №2691271, G01M 10/00, опубл. 11.06.2019), содержащий основание в виде силовой плиты с Т-образными продольными пазами, опорные узлы для трубы с нижними опорными хомутами для опоры трубы, узлы нагружения испытуемой трубы изгибом (порталы) с гидроцилиндрами нагружения, с нагрузочной траверсой с верхними нагружающими хомутами для труб, установленные с возможностью перемещения в Т-образных пазах вдоль трубы, при этом гидроцилиндры шарнирно связаны с нагрузочной траверсой, а проушины гидроцилиндров снабжены сферическими шарнирами, систему управления узлами нагружения испытываемой трубы изгибом, гидравлическую систему стенда, измерительно-вычислительный комплекс. Узлы нагружения испытуемой трубы изгибом выполнены в виде двух порталов рамной конструкции, расположенных на четырех колесных узлах, снабженных приводами, непосредственно на портале установлены два гидроцилиндра нагружения. Опорная конструкция гидроцилиндров портала имеет два шарнира, обеспечивающих свободу вращения гидроцилиндра нагружения в двух плоскостях. На проушинах гидроцилиндров нагружения, снабженных сферическими шарнирами, подвешен верхний нагружающий хомут для труб для передачи усилия от гидроцилиндров нагружения на испытываемую трубу. Для ограничения угла поворота верхнего нагружающего хомута и установки его вертикального положения предусмотрен привод, фиксирующий верхний нагружающий хомут относительно проушин гидроцилиндра нагружения. Порталы оснащены механизмом подъема и фиксации портала на позиции испытаний или в другом положении. Нижние опорные хомуты для опоры трубы шарнирно установлены на опорных узлах. Порталы и опорные узлы для нижних опорных хомутов установлены с возможностью перемещения по рельсам, установленным на силовые плиты с Т-образными пазами. Известный стенд обеспечивает повышение функциональных возможностей и ресурса стенда, и уменьшение времени подготовки стенда к работе.

Однако известное устройство не позволяет, в силу конструктивного исполнения, воссоздать одноосное напряженное состояние в кольцевом направлении, так как требует приварки заглушек, приводящих к двухосному напряженному состоянию в кольцевом и продольных направлениях и, кроме того, требует операций по сварке труб и использования полногабаритных труб.

Известен стенд для испытания труб внутренним давлением и на изгиб и гидравлическая система стенда (патент РФ №2222800, G01N 3/10, опубл. 27.01.2004), состоящий из устройства нагружения испытуемой трубы изгибом и гидравлической системы, причем устройство нагружения испытуемой трубы изгибом содержит плиту с опорами, гидроцилиндры, тяги, опорные и нагрузочные траверсы с профилированными ложементами, контактирующими с испытуемой трубой, гидроцилиндры шарнирно закреплены на плите и при помощи тяг шарнирно соединены с нагрузочными траверсами, а опоры соединены с опорными траверсами посредством упругих тяг для обеспечения беспрепятственного изгиба испытываемой трубы в процессе ее нагружения внутренним давлением и изгибающим моментом. Гидравлическая система стенда для испытания труб внутренним давлением и на изгиб содержит двухконтурный преобразователь давления, один из контуров которого заполнен водой для создания внутреннего давления в испытываемой трубе, а другой - гидравлическим маслом для управления преобразователем давления совместно с гидроцилиндрами устройства нагружения испытываемой трубы изгибом, водяной насос низкого давления для заполнения водой испытываемой трубы и первого контура двухконтурного преобразователя давления и насос высокого давления для подачи гидравлического масла через блок распределительных клапанов к гидроцилиндрам устройства нагружения испытываемой трубы изгибом и второму контуру двухконтурного преобразователя давления. Указанный стенд обеспечивает возможность проведения совместных испытаний на чистый изгиб и воздействие внутреннего давления при минимальных технических и временных затратах труб разных диаметров.

К недостаткам данного стенда относится то, что оно не позволяет в силу конструктивного исполнения воссоздать одноосное напряженное состояние в кольцевом направлении, так как требует приварки заглушек, приводящих к двухосному напряженному состоянию в кольцевом и продольных направлениях, а также требует операций по сварке труб и использования полногабаритных труб.

Наиболее близким к предлагаемому устройству (прототипом) является стенд для гидравлических испытаний труб (патент RU №2750363, G01M 3/08, опубл. 28.06.2021), содержащий раму, технологическую трубу, снабженную герметизирующими заглушками на торцах технологической трубы, регулируемые опоры, обеспечивающие соосность испытуемой и технологической труб, а также систему привода и систему создания испытательного давления жидкости в межтрубной полости. Герметизирующие заглушки снабжены механизмами прижима, выполненными с возможностью поджатая фланцев заглушек к обработанным под сварку торцам испытуемой трубы, а технологическая труба снабжена механизированными упорами, размещенными внутри трубы с обоих ее концов и исключающими смещение механизма прижима и указанных труб в осевом направлении при испытаниях. Известный стенд обеспечивает повышение достоверности результатов гидравлических испытаний труб путем обеспечения необходимой герметичности элементов стенда при проведении испытаний труб с коррозионными, механическими повреждениями наружной поверхности и «косиной реза».

Недостатком данного стенда является то, что он:

- характеризируется высокой металлоемкостью за счет использования полноразмерных труб;

- характеризируется высокой трудоемкостью при подготовке к испытаниям за счет необходимости подгонки торцов испытываемой трубы к устройству прижима;

- требует герметизации колесных опор технологической трубы;

- может привести нарушению герметичности стенда из-за продольных сжимающих деформаций испытываемой трубы, шпилек прижимного устройства, а также растягивающих деформаций технологической трубы, возникающих от внутреннего давления.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка малогабаритного стенда для статических и циклических испытаний кольцеобразных образцов стальных труб на прочность, долговечность и ресурс с сохранением состояния поверхности и геометрии в сечении трубы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является снижение металлоемкости испытаний стальных труб за счет использования кольцеобразных образцов вместо полноразмерных труб, а также повышение достоверности результатов испытаний за счет исключения влияния краевых эффектов от кольцевых сварных соединений из конструкции испытываемых образцов стальных труб и воссоздания одноосного напряженного состояния в теле трубы.

Указанный технический результат достигается за счет того, что стенд для испытаний труб включает соединительные трубопроводы, запорную арматуру, контрольно-измерительные приборы, насосную станцию, станцию оборота рабочей среды, испытательную камеру, во внутренней полости которой выполнена обечайка. Испытательная камера содержит раму, закрепленное на раме неподвижное основание, съемную крышку, оснащенную рым-болтами, закрепленную на неподвижном основании с помощью разъемного соединения, герметизирующее уплотнение, выполненное из эластичного материала, входной коллектор, выходной коллектор.

На фиг. 1 показан схематично общий вид стенда для испытаний труб.

На фиг. 2 - испытательная камера в продольном сечении.

Стенд включает насосную станцию 1, содержащую насос высокого давления, станцию оборота рабочей среды 2, испытательную камеру 3, соединительные трубопроводы (на чертеже не показаны), запорную арматуру и контрольно-измерительные приборы.

Испытательная камера 3 предназначена для размещения кольцеобразного образца трубы 4 для испытаний рабочей средой и содержит раму 5, неподвижное основание 6, закрепленное на раме 5, съемную крышку 7, снабженную рым-болтами 8 для поднятия съемной крышки 7, закрепленную на неподвижном основании 6 посредством шпилек 9 с гайками 10 таким образом, чтобы не допустить жесткого закрепления (защемления) кольцеобразного образца трубы 4, герметизирующее уплотнение 11, выполненное из эластичного материала (например, резиновая камера с типоразмером, соответствующим внутреннему диаметру кольцеобразного образца трубы) для герметизации внутренней полости 12 испытательной камеры 3, входной коллектор 13 с запорной арматурой для подвода и сброса рабочей среды, выходной коллектор 14 с запорной арматурой и манометром 15 для контроля избыточного давления рабочей среды. Во внутренней полости 12 выполнена обечайка 16, заполненная бетоном 17, предназначенная для уменьшения объема используемой рабочей среды.

Насосная станция 1 предназначена для подачи во внутреннюю полость 12 испытательной камеры 3 рабочей среды и создания в ней избыточного давления заданной величины по заданному режиму.

Станция оборота рабочей среды 2 предназначена для сбора и накопления требуемого для проведения испытаний объема рабочей среды, например, водопроводной воды.

Соединительные трубопроводы соединяют станцию оборота рабочей среды 2 с запорной арматурой, насосной станцией 1 и испытательной камерой 3.

Предлагаемый стенд для испытаний труб работает следующим образом.

Для проведения испытаний кольцеобразный образец трубы 4 размещают на неподвижном основании 6. Во внутренней полости 12 испытательной камеры 3 по внутренней поверхности кольцеобразного образца трубы 4 устанавливают герметизирующее уплотнение 11. Съемную крышку 7 размещают над кольцеобразным образцом трубы 4 и закрепляют на неподвижном основании 6 посредством шпилек 9 и гаек 10 таким образом, чтобы обеспечить отсутствие жесткого защемления кольцеобразного образца трубы 4 между неподвижным основанием 6 и съемной крышкой 7. К испытательной камере 3 подключают насосную станцию 1 и станцию оборота рабочей среды 2 с помощью соединительных трубопроводов, оснащенных запорной арматурой. На кольцеобразном образце трубы 4, при необходимости, размещают системы мониторинга деформаций и коррозионные ячейки.

Выполняют опрессовку подготовленного к испытаниям кольцеобразного образца трубы 4 путем ступенчатого подъема давления в испытательной камере 3 до давления, необходимого для проведения испытаний, выдерживают при указанном давлении не менее 10 минут, при этом фиксируют отсутствие признаков разрыва герметизирующего уплотнения 11, течи в разъемных соединениях и падения давления по манометру 15 более чем на 0,1 МПа за время выдержки. Далее давление сбрасывают до нуля.

После опрессовки во внутреннюю полость 12 испытательной камеры 3, из станции оборота рабочей среды 2 нагнетают рабочую среду для достижения избыточного давления до 30 МПа. В процессе испытания во внутренней полости 12 обеспечивают давление на кольцеобразный образец трубы 4 в циклическом и/или статическом режиме избыточным давлением, величина которого соответствует реальным режимам эксплуатации трубопровода и/или программе испытаний.

После проведения испытаний избыточное давление во внутренней полости 12 испытательной камеры 3 сбрасывают до нуля. Съемную крышку 7 испытательной камеры 3 отсоединяют от неподвижного основания 6. Кольцеобразный образец трубы 4 снимают с неподвижного основания 6 испытательной камеры 3. При необходимости, из кольцеобразного образца трубы 4 вырезают металлографические шлифы для проведения дальнейших металлофизических исследований.

В предлагаемом стенде для испытаний труб используют кольцеобразный образец, являющийся частью трубы, а для его нагружения используют статические и циклические нагрузки, характерные для условий эксплуатации испытуемого трубопровода, что обеспечивает сохранение исходного состояния поверхности и остаточных напряжений трубы и обусловливает повышение достоверности результатов испытаний.

Изобретение относится к испытательной технике. Устройство включает соединительные трубопроводы, запорную арматуру, контрольно-измерительные приборы, насосную станцию, станцию оборота рабочей среды, испытательную камеру, во внутренней полости которой выполнена обечайка. Испытательная камера содержит раму, закрепленное на раме неподвижное основание, съемную крышку, оснащенную рым-болтами, закрепленную на неподвижном основании с помощью разъемного соединения, герметизирующее уплотнение, входной коллектор, выходной коллектор. Технический результат заключается в снижении металлоемкости испытаний стальных труб, а также повышении достоверности результатов испытаний. 2 ил.

Стенд для статических и циклических испытаний кольцеобразных образцов труб, включающий соединительные трубопроводы, запорную арматуру, контрольно-измерительные приборы, насосную станцию, станцию оборота рабочей среды, испытательную камеру, во внутренней полости которой выполнена обечайка, содержащую раму, закрепленное на раме неподвижное основание, съемную крышку, оснащенную рым-болтами, закрепленную на неподвижном основании с помощью разъемного соединения, герметизирующее уплотнение с типоразмером, соответствующим внутреннему диаметру кольцеобразного образца трубы, входной коллектор, выходной коллектор.