Устройство для испытания трубопроводов на прочность Советский патент 1991 года по МПК G01N3/18 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на прочность.

Цель изобретения - приближение испытаний к условиям эксплуатации путем создания заданного температурного режима котельных труб.

На фиг. 1 схематично изображена предлагаемая установка: на фиг. 2 и 3 - промежуточное и рабочее положение заслонки в нагревательной секции.

Стендовая установка содержит первую 1, вторую 2, третью 3, четвертую 4 и пятую

5нагревательные секции трубчатой формы, последовательно расположенные в корпусе

6в вертикальной плоскости заслонки 7, установленные в секциях 1-4, перегородку 8, изолирующую секции 4 от секции 5, первую 9 и вторую 10 испытуемые трубы, заполненные конденсатом и установленные в секциях 4 и 5, сварные швы 11 на трубах 9 и 10, датчики 12 температуры в нагревательных секциях, установленные в секциях 1-3 водо- охлэждаемые экраны 13-15 бака 16, покрытого тепловой изоляцией 17 и заполненного конденсатом, датчики 18 и 19 температуры и давления среды в баке 16, коллектор охладитель 20, накопитель 21 дренажа с наружным слоем тепловой изоляции, первый 22 опускной и второй 23 пароотводящии трубопроводы соединяющие бак 16 с коллектором-охладителем 20, перфорированный коллектор-родоприемник 24 на трубопроводе 22 в баке 1 б, пароприемник 25 ни трубопроводе 23, датчики 26 и 27 температуры и давления среды в коллекторе 20, датчики 28 и 29 температуры и давления среды в охладителе дренажа, третий 3 трубопровод в секции 4, четвертый 31 трубопровод в секции 5, установленный между трубопровода- ми 30 и 31 шиберный затвор 32, соединяющие охладитель 20 с накопителем дренажа 21 пятый перепускной трубопровод 33 с установленным на нем отсечным клапаном 34 шестой 35 сбросной трубопровод с установленным на нем предо- хра читальным клапаном 36 теплоизолирующий диск 37, связанный с испытуемой трубой 10, крышку 38 секции 5, раму

39,установленный на ней электродвигатель

40,привод осевого перемещения несущего диска, включающий первую муфту 41 сцепления, шестерню 42, зубчатое колесо 43 с резьбовой втулкой 44, в которой расположен ходовой винт 45 с несущим диском 46, кронштейн 47 с направляющим штоком 48, установленным во втулке 49 на раме 33, привод перемещения заслонок, включающий вторую муфту 50 сцепления, шестерню 51, зубчатое колесо 52, установленный во

втулках 53 и 54 на раме 39 валик 55 с зубчатыми колесами 56 и установленные в закрепленных на корпусе 1 направляющих обоймах 57 зубчатые рейки 58, жестко связанные с заслонками 7, в которых выполнены пазы 59. Корпус 6 с нагревательными секциями установлен в теплозащитном кольце 60 и жестко закреплен на раме 39, на которой расположена панель 61 со светоди0 одными указателями 62, кнопками 63 включения электродвигателя 40, кнопкой 64 реверса электродвигателя, концевой выключатель 65, расположенный на раме 39, и контакт 66 на диске 46 Водоохлаждаемый

5 экран 13 составляет около 30% площади нагревательной секции, экран 14 - около 15% и экран 15- около 10%. Экраны расположены в нагревательных секциях с одной стороны и служат для имитации обмуровки,

0 от которой трубы получают небольшое количество тепла.

В исходном положении испытуемая труба 9 установлена в нагревательной секции 5, труба 10 на проставке 37 установлена в

5 секции 1 (показано пунктиром), заслонки находятся в рабочем положении как показано на фиг. 3 и отделяют одну секцию от другой. Шиберный затвор 32 закрыт. Трубопроводы 30 и 31 отделены один от друго0 го. Отсечной клапан 33 закрыт.

Несущий диск 46 отведен из секции 1 в крайнее нижнее положение до соприкосновения контакта 66 с концевым выключателем 65. Коллектор-охладитель 20 и

5 накопитель дренажа 21 наполовину заполнены конденсатом.

Стендовая установка работает следующим образом.

Включают нагревательную секцию 1 и 0 нагревают испытуемую трубу 10, при этом из секции 1 происходит непрерывный отвод тепла водоохлаждаемым экраном 13. Соотношение площади нагрева и охлаждения выбрано с учетом реализации режима не- 45 равномерного теплового нагружения, соответствующего одному из режимов топки котла. При нагреве тепловая нагрузка распределяется неравномерно по периметру трубы. Около 70% поверхности испытуемой 50 трубы со стороны секции подвергается интенсивному нагреву и около 30% поверхности трубы со стороны водоохлаждаемого экрана нагревается незначительно. Температура поверхности трубы со стороны сек- 55 ции превышает температуру трубы со стороны водоохлаждаемого экрана.

Разность температур на поверхности трубы вызывает термические напряжения, вли-ощие на прочность металла.

В процессе нагрева часть тепла из секции 1 отводится через заслонку 7 в секцию 2, в которой происходит подогрев образующейся в результате сгорания трубы газовоздушной среды, а теплоизолирующий диск 37 препятствует отводу тепла из секции через нижнюю заслонку. Контроль температуры среды в секции 1 осуществляют с помощью датчика 12.

При нагреве испытуемой трубы в секции 1 загорается светодиодный указатель 62, расположенный на панели 61. Одновременно включают нагревательную секцию 5 и нагревают испытуемую трубу 9.

Испытания трубы 9 ведут в режиме постоянно нарастающей равномерной нагрузки, а затем при заданной температуре, контролируемой датчиком 12. Перегородка 8 и крышка 38 обеспечивают защиту нагревательной секции 5 от воздействия внешней среды. С выдержкой заданного интервала времени отключают секцию 1, в которой происходит медленное понижение температуры среды и испытуемой трубы 10. Включают электродвигатель 40 и муфту сцепления 50, в результате чего получают вращательное движение шестерни 51, находящееся в зацеплении с ней зубчатое колесо 52 и валик 55, который вращается во втулках 52 и 54. При вращении валика 55 получают вращение зубчатые колеса 56, находящиеся в зацеплении с зубчатыми ; ей- ками 58, которые получают поступательное движение в направляющих обоймах 57. Вместе с рейками 58 поступательно движутся заслонки 7 в секциях 1-4 и открывают секции для поступательного перемещения в них испытуемой трубы 10. Для того, чтобы испытуемая труба 10 могла удерживаться в секции, заслонки 7 вначале приоткрывают, как показано на фиг. 2, и останавливают в положении, при котором несущий диск 46 может свободно войти в паз 59 заслонки 7, при этом отключают муфту 50 сцепления от электродвигателя 40. Шестерня 51, колесо 52, валик 55, колесо 56 и зубчатая рейка 58 привода перемещения заслонки останавливаются.

Включают муфту 41 сцепления, при этом получают вращение шестерни 42, колесо 43 и резьбовая втулка 44.

Ходовой винт 45 и направляющий шток 48 на кронштейне 47 получают поступательное движение в вертикальной плоскости.

Несущий диск 46 перемещается, входит в паз 59 заслонки 7 и соприкасается с теплоизолирующим диском 37 трубы 10, после чего муфта сцепления 41 отключается, шестерня 42, колесо 43, ходовой винт 45 и несущий диск 46 привода осевого

перемещения останавливаются. При перемещении ходового винта 45 контакт 66 отрывается от концевого выключателя 65. При соприкосновении несущего диска

46с диском 37 включается муфта 50 привода перемещения заслонок 7, которые перемещаются и полностью выходят из секции, в результате чего обеспечивается возможность свободного перемещения испытуе0 мой трубы 10 из одной секции в другую.

При выводе заслонок 7 из секций 1-4 муфта 50 выключается и привод перемещения заслонок останавливается. Включается муфта 41 привода осевого перемещения не5 сущего диска 46, который перемещается в секции 1, несет на себе диск 37, испытуемую трубу 10 и входит в секцию 2.

При установке трубы 10 в секции 2 муфта 41 отключается и привод перемещения

0 несущего диска останавливается. Включают реверс электродвигателя 40. Включают муфту 50 привода перемещения заслонок 7, которые движутся в обратном направлении. Паз 59 заслонки 7 во второй секции подхо5 дит к несущему диску 46, муфта 50 выключается и привод перемещения заслонок останавливается. Заслонки перекрывают часть сечения секции, в связи с чем заслонка в секции 2 удерживает диск 37 и трубу 10 в

0 заданном положении.

Включается муфта 41 привода перемещения несущего диска 46, который движется в обратном направлении, выходит из соприкосновения с диском 37, выводится из

5 паза 59 заслонки 7, затем из секции 2 и 1 до соприкосновения контакта 66 с концевым выключателем 65, в результате чего муфта 41 выключается и привод перемещения несущего диска 46 останавливается, после че0 го в описанном порядке заслонки 7 полностью закрываются. Испытуемая труба 10 и диск 37 устанавливаются в секции 2 для продолжения нагрева. Включается секция 2, в которой происходит нагрев испыту5 емой трубы 10. Нагрев трубы 10 в секции 2, а затем в секции 3 ведется аналогично режиму нагрева трубы в секции 1 но так как площади водоохлаждаемых экранов 14 и 15 меньше площади экрана 13, в секциях 2 и 3

0 происходит более интенсивный нагрев трубы по периметру и по высоте. Неравномерный нагрев в секциях 2 и 3 вы зывает дополнительные напряжения в трубе.

Таким образом, последовательный ха5 рактер испытаний трубы в секциях 1-3 на различных режимах теплового нагружения, неравномерное распределение температуры по поверхности трубы и возникающие в металле напряжения оказывают влияние на сварной шов, который по прочности может

отличаться от сварного шва 11 трубы 9, нагреваемой равномерно в секции 5.

После проведения нагрева в секциях 1- 3 трубу 10 в указанном порядке перемещают и устанавливают в секции 4, в которой ведут нагрев трубы при повышенной температуре в условиях равномерного нагрева. С выдержкой интервала времени выравнивают температуру в секциях 4 и 5 и открывают шиберный затвор 32 при этом трубопроводы 30 и 31 сообщаются между собой.

Нагревательная секция 4 через трубопроводы 30 и 31 соединяется с секцией 5. По трубопроводам 30 и 31 происходит перетекание образуемой в результате обгорания труб газовоздушной среды из одной секции в другую и сближение градиента температур в этих секциях. Достигнутое равенство температур в секциях 4 и 5 является началом отсчета времени испытаний котельных труб на длительную прочность. При разрушении одной из труб под действием температуры и внутреннего давления испытания заканчиваются.

При нагреве испытуемой трубы 10 в секциях 1-3 экраны 13-15 отводят тепло из секций в бак 16, заполненный холодным конденсатом. Для уменьшения теплообмена бака с внешней средой его наружные стенки покрыты тепловой изоляцией 17. Температура и давление среды в баке 16 контролируются датчиками 18 и 19.

В процессе нагрева температуры конденсата повышается, в баке образуется па- росодержащая среда, давление которой повышается.

При интенсивном парообразовании пар поступает в пароприемник 25 и по пароот- водящему трубопроводу 23 в коллектор-о - ладитель 20, наполовину заполненный конденсатор. Пар, поступающий в охладитель 20, соприкасается со стенками коллектора, охлаждается, конденсируется и смешивается с конденсатом, находящимся в коллекторе. Одновременно по опускному трубопроводу 22 из охладителя 20 конденсат поступает в бак 16 через перфорированный коллектор-водоприемник 24, улучшающий процесс смешивания холодной и горячей жидкости. При длительной работе нагревательных секций 13-15 интенсивность парообразования в баке 16 возрастает, выходящий из трубопровода 23 пар не успевает конденсироваться в охладителе 20, в котором повышается температура и давление среды. При повышении давления в охладителе 20 срабатывает предохранительный клапан 36, и пароотводящая смесь из коллектора 20 через открытый клапан 36

по трубопроводу 35 поступает в накопитель дренажа 21, также наполовину заполненный холодным конденсатом, где охлаждается, конденсируется и смешивается с конденсатом.

В результате частых срабатываний клапана 36 и выхлопа паросодержащей среды в охладитель 21 дренажа количество конденсата в коллекторе 20 уменьшается, а в коллекторе 21 увеличивается, при этом уровень жидкости в коллекторах 20 и 21 изменяется.

При открытом клапане 34 конденсат из

коллектора 21 по трубопроводу 33 перетекает в коллектор 20 и уровень жидкости в них выравнивается. Температура и давление среды в коллекторах 20 и 21 контролируется датчиками 26-29. Оснащение бака 16 и коллекторов 20 и 21 датчиками температуры и давления обеспечивает надежный контроль за состоянием среды, а наличие коллекторов-охладителей, один из которых соединен с баком, обеспечивает надежную

циркуляцию жидкости и пара в замкнутом технологическом цикле, охлаждение паросодержащей среды, постоянную подпитку бака холодным конденсатом, саморегулирование температуры и давления охлаждающей жидкости в баке 16, в результате чего снижается вероятность разрушения бака и создаются условия для безопасного ведения работ на стендовой установке.

Формула изобретения

1. Устройство для испытания трубопроводов на прочность, содержащее нагревательную камеру для размещения испытуемой и эталонной труб, коллекторохладитель, накопитель дренажа, блок управления и регистрирующую аппаратуру, отличающееся тем, что, с целью приближения испытаний к условиям эксплуатации путем создания неравномерного

распределения температурных напряжений в стенках испытуемой трубы при сравнительных испытаниях, камера выполнена в виде набора секций, одна из которых предназначена для размещения эталонной тру0 бы и теплоизолирована от других секций, а другие предназначены для размещения испытуемой трубы и выполнены с возможностью периодической их изоляции одна от другой, установка снабжена баком с охлаж5 дающей жидкостью одна из стенок которого контактирует с секциями так, что площадь контакта последовательно убывает, приводом перемещения испытуемой трубы из одной секции в другую, последняя секция для испытуемой трубы выполнена с возможностью периодического сообщения с секцией для эталонной трубы посредством затвора, бак сообщен с коллектором-охладителем посредством трубопроводов для подвода и отвода жидкости.

2. Устройство поп.1.отличающее- с я тем. что, с целью повышения безопасности, коллектор-охладитель сообщен с накопителем дренажа посредством отсечного и предохранительного клапанов.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на прочность. Цель изобретения - приближение испытаний к условиям эксплуатации путем создания неравномерного распределения температурных напряжений в стенках испытуемой трубы при сравнительных испытаниях. Эталонная труба 9 размещена в нагревательной секции 5, а испытуемая труба 10 последовательно в соответствии с режимом нагрева размещается в секциях 6, 7, 8. Имеется бак 16, одна из стенок которого образует в секциях 6, 7, 8 охлаждаемые экраны 13, 14, 15 неравной площади. Бак 16 сообщен с коллектором-охладителем 20, который сообщен с накопителем дренажа 21. Испытуемая труба 10 выдерживается в каждой секции заданный промежуток времени. Затем секция 4 сообщается с секцией 5 для выравнивания температур. Испытания ведут до разрушения одной из труб, после чего производят оценку длительной прочности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1-4

Фм.Ъ