RU2497095C1

RU2497095C1 - Bench for low-cycle deformation-force tests of models of full-size vessel structures

Info

Publication number: RU2497095C1
Application number: RU2012114506/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Валентинович Митрофанов; Сергей Николаевич Барышов; Виктор Анатольевич Ломанцов; Сергей Петрович Воронин; Анатолий Борисович Меньшин; Геннадий Сергеевич Левченко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Техдиагностика"
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-27

Abstract

FIELD: testing equipment.

SUBSTANCE: bench comprises a body, a lower support, nozzles, a loading mechanism. The body is a reduced mode of an investigated vessel with a nozzle unit made of a socket and a shell, and the loading mechanism is a pump connected to the nozzle of liquid supply via a piston hydraulic cylinder. The nozzle unit is equipped with three resistive strain sensors connected to a strain station and installed one onto the outer surface of the shell at the distance of 3-5 mm from a welded joint, the second one - on the inner surface of the nozzle, in the point of crossing of generating inner surfaces of the shell and the socket, and the third one - on the inner end of the nozzle. There are pressure gauges installed on the body and on the pump.

EFFECT: valid assessment of actual load of equipment, reduced error of strength and resource assessment of vessels and devices, direct testing of which is difficult or even impossible since they are in operation, and testing of their full-size structures has high labour intensiveness.

3 dwg

Description

Изобретение относится к диагностированию сосудов, работающих под действием статических и малоцикловых нагрузок от внутреннего избыточного давления, и может быть использовано для оценки прочности сосудов при диагностировании с учетом фактических параметров нагруженности их конструктивных узлов и элементов.The invention relates to the diagnosis of vessels operating under the influence of static and low-cycle loads from internal overpressure, and can be used to assess the strength of vessels during diagnosis, taking into account the actual load parameters of their structural units and elements.

Известен стенд для испытаний механических свойств материалов в газовом потоке (Патент РФ №2367923, опубл. 20.09.2009 г.), содержащий корпус с водяной рубашкой охлаждения, снабженный крышкой и смотровыми люками, захваты, штоки, каретку, наружный экран, внутренний экран, регулирующие гайки, штанги, верхнюю и нижнюю опоры, силоизмеритель, нагружающий механизм, упоры, и газовоздушный тракт, он снабжен патрубками подвода воздуха для охлаждения внутреннего и наружного экранов и захватов, при этом экраны выполнены в виде кольцевого коллектора со средней частью, захваты шарнирно связаны со штоками, выполненными полыми, в каждом из которых размещена трубка, наружный диаметр которой меньше, чем диаметр отверстия в штоке, а на шток со стороны, противоположной захвату, установлен коллектор подвода/отвода охлаждающей жидкости, шток, коллектор и трубка выполнены в виде контура водяного охлаждения штока, и каждый шток независимо соединен с кареткой нагружающего устройства, которая снабжена стопорами, при этом нагружающее устройство с соединенным соосно силоизмерителем расположены между штангами верхней и нижней опор, жестко установленных на корпусе посредством упоров, причем корпус установлен на фундаменте на качающихся опорах.A known bench for testing the mechanical properties of materials in a gas stream (RF Patent No. 2367923, publ. September 20, 2009), comprising a housing with a water cooling jacket, equipped with a cover and inspection hatches, grips, rods, carriage, outer screen, inner screen, adjusting nuts, rods, upper and lower supports, force meter, loading mechanism, stops, and gas-air duct, it is equipped with air supply pipes for cooling the inner and outer screens and grips, while the screens are made in the form of an annular collector with an average h In fact, the grips are pivotally connected to hollow rods, each of which contains a tube whose outer diameter is smaller than the diameter of the hole in the rod, and a coolant supply / drain manifold, a rod, a collector, and the tube is made in the form of a rod water cooling circuit, and each rod is independently connected to the carriage of the loading device, which is equipped with stoppers, while the loading device with the coaxially connected force meter are located between the rods and upper and lower supports rigidly mounted on the housing by means of stops, the housing being mounted on a foundation on swinging supports.

Недостатком данного технического решения является невозможность проведения испытаний моделей и натурных конструкций сосудов при малоцикловых деформационно-силовых нагружений.The disadvantage of this technical solution is the impossibility of testing models and full-scale structures of vessels with low-cycle deformation-force loads.

Техническим результатом изобретения является достоверная оценка фактической нагруженности оборудования, а так же уменьшение погрешности оценки прочности и ресурса сосудов и аппаратов, непосредственное испытание которых затруднительно или даже не возможно в виду того, что они находятся в эксплуатации и (или) испытание их натурных конструкций имеют высокую трудоемкость.The technical result of the invention is a reliable assessment of the actual load of the equipment, as well as a decrease in the error in assessing the strength and life of vessels and apparatuses, the direct testing of which is difficult or even not possible due to the fact that they are in operation and (or) testing of their full-scale structures is of high labor input.

Техническая задача решается тем, что в стенде для испытаний моделей натурных конструкций сосудов, включающем корпус, нижнюю опору, патрубки, механизм нагружения, корпусом служит уменьшенная модель исследуемого сосуда со штуцерным узлом, состоящим из патрубка и обечайки, а механизмом нагружения является насос, связанный с патрубком подвода жидкости через поршневой гидроцилиндр, причем штуцерный узел снабжен тремя тензорезисторами, соединенными с тензостанцией, и установленными: один на наружную поверхность обечайки на расстоянии 3-5 мм от сварного шва, второй - на внутренней поверхности патрубка, в точке пересечения образующих внутренних поверхностей обечайки и патрубка, а третий - на внутреннем торце патрубка, при этом на корпусе и насосе установлены манометры.The technical problem is solved by the fact that in the test bench for models of full-scale vessel structures, including the body, lower support, nozzles, loading mechanism, the housing is a reduced model of the vessel under investigation with a fitting assembly consisting of a nozzle and a shell, and the loading mechanism is a pump associated with a fluid supply pipe through a piston hydraulic cylinder, the fitting unit being equipped with three strain gauges connected to a strain gauge station and installed: one on the outer surface of the shell at a distance of 3-5 mm m weld, the second - on the inner tube surface, forming a point of intersection of internal surfaces of the sleeve and nozzle, and the third - on the inner end of the nozzle, wherein the housing and the pump pressure gauges installed.

На фиг.1 показана схема стенда для малоцикловых деформационно-силовых испытаний модели натурной конструкции сосуда, на фиг.2 - стенд для малоцикловых деформационно-силовых испытаний модели натурной конструкции сосуда, на фиг 3 - схема установки тензорезисторов на штуцерном узле исследуемой модели.In Fig.1 shows a diagram of the stand for low-cycle strain-force tests of the model of the full-size design of the vessel, Fig.2 - stand for low-cycle strain-force tests of the model of the full-size design of the vessel, Fig.3 is a diagram of the installation of strain gauges on the fitting unit of the investigated model.

Стенд для малоцикловых деформационно-силовых испытаний моделей натурных конструкций сосудов, включает корпус 1, с вваренным в него штуцерным узлом 2 и является уменьшенной моделью исследуемого сосуда со штуцерным узлом, состоящим из патрубка 3 и обечайки 4, и расположенным на нижней опоре 5. В корпус 1 вварены патрубок 6 для подвода жидкости и патрубок 7, с установленным на нем манометром 8. Механизмом нагружения является насос 9, на выходе которого установлен манометр 10, связанный с патрубком 6 подвода жидкости через поршневой гидроцилиндр 11. На наружную поверхность обечайки 4 (фиг.3) на расстоянии 3-5 мм от сварного шва установлен тензорезистор 12. На внутренней поверхности патрубка 3, в точке пересечения образующих внутренних поверхностей обечайки 4 и патрубка 3, установлен тензорезистор 13, а на внутреннем торце патрубка 2 - тензорезистор 14, причем тензорезисторы 12, 13 и 14 соединенными с тензостанцией. Для удаления воздуха из корпуса 1, на штуцерном узле расположена бобышка-воздушник 15. Штуцерный узел имеет плоскость симметрии 16, относительно которой устанавливаются тензорезисторы 12, 13 и 14The bench for low-cycle deformation-force tests of models of full-scale vessel structures includes a housing 1, with a fitting assembly 2 welded into it and is a reduced model of the test vessel with a fitting assembly consisting of a pipe 3 and a shell 4, and located on the lower support 5. In the housing 1 a pipe 6 for fluid supply and a pipe 7 are welded in, with a pressure gauge 8 installed on it. The loading mechanism is a pump 9, the outlet of which is a pressure gauge 10 connected to the pipe 6 for supplying fluid through a piston cylinder 11. N and the outer surface of the shell 4 (figure 3) at a distance of 3-5 mm from the weld is installed strain gauge 12. On the inner surface of the pipe 3, at the intersection of the generatrices of the inner surfaces of the shell 4 and pipe 3, a strain gauge 13 is installed, and on the inner end of the pipe 2 - strain gauge 14, and strain gauges 12, 13 and 14 connected to the strain gauge. To remove air from the housing 1, a boss-air vent is located on the choke assembly 15. The choke assembly has a plane of symmetry 16, relative to which strain gages 12, 13 and 14 are installed

Стенд для малоцикловых деформационно-силовых испытаний моделей натурных конструкций сосудов работает следующим образом.The stand for low-cycle deformation-force tests of models of full-scale vessel structures works as follows.

Перед изготовлением корпуса 1, являющегося уменьшенной моделью исследуемого сосуда со штуцерным узлом, выполняется входной контроль основных конструктивных элементов модели (обечайки и патрубка штуцера) и подтверждается их материальное исполнение. Сборка уменьшенной модели исследуемого сосуда выполняется в соответствии с разработанными технологическими операциями. В случае необходимости в обечайку корпуса модели, патрубок и сварной шов штуцера могут быть внесены искусственные дефекты и повреждения, идентичные выявленным при диагностировании натурных конструкций сосудов. После сборки уменьшенной модели исследуемого сосуда, состоящим из корпуса 1 и штуцерного узла 2, выполняется неразрушающий контроль (ультразвуковую толщинометрию, ультразвуковой контроль сплошности металла и сварных швов, цветную дефектоскопию, измерения твердости) с целью выявления возможных дефектов изготовления и определения соответствия уменьшенной модели исследуемого сосуда требованиям рабочего чертежа.Before the manufacture of the casing 1, which is a reduced model of the test vessel with the fitting unit, an input control of the main structural elements of the model (shell and nozzle pipe) is performed and their material performance is confirmed. The assembly of the reduced model of the investigated vessel is carried out in accordance with the developed technological operations. If necessary, artificial defects and damages identical to those revealed during the diagnosis of full-scale vessel structures can be introduced into the shell of the model body, nozzle, and weld joint of the nozzle. After assembling a reduced model of the test vessel, consisting of a housing 1 and fitting 2, non-destructive testing (ultrasonic thickness measurement, ultrasonic testing of metal and welds, color flaw detection, hardness measurements) is performed to identify possible manufacturing defects and determine the suitability of the reduced model of the test vessel requirements of the working drawing.

Гидравлические испытания уменьшенной модели исследуемого сосуда проводят пробным давлением. По результатам неразрушающего контроля составляется паспорт на уменьшенную модель исследуемого сосуда.Hydraulic tests of a reduced model of the test vessel are carried out with test pressure. Based on the results of non-destructive testing, a passport for a reduced model of the test vessel is compiled.

Для проведения экспериментального нагружения с применением тензометрии используется следующее оборудование: ручной гидравлический насос ENERPAC Р-392; тензостанция SMD-10A, зав.№КА052005; тензорезисторы проволочные марки 3/120LY41; вентили игольчатые Т-106 (Ду 6, Ру 400), зав. №2081, 2537; манометры (Ру 400 мод. 11203), зав. №61369, 1091.The following equipment is used to conduct experimental loading using strain gauge: a manual hydraulic pump ENERPAC P-392; strain gauge station SMD-10A, head No.KA052005; strain gauges wire grade 3 / 120LY41; needle valves T-106 (Du 6, Ru 400), head. No. 2081, 2537; manometers (Ru 400 mod. 11203), head. No. 61369, 1091.

С помощью насоса 9, например, ручной гидравлический насос ENERPAC Р-392, в соответствии с графиком нагружения, поднимается давление в корпусе 1 уменьшенной модели исследуемого сосуда, до давления гидроиспытания. Скорость подъема давления составляет не более 0,5 МПа в минуту. На наружную поверхность обечайки 4 на расстоянии 3-5 мм от сварного шва, установливается (наклеивается) тензорезистор 12, чтобы направление измерения напряжений было поперек образующей обечайки 4. На внутренней поверхности патрубка 3, в точке пересечения образующих внутренних поверхностей обечайки 4 и патрубка 3, установливается тензорезистор 14, чтобы направление измерения напряжений было поперек образующей патрубка 2, а на внутреннем торце патрубка 3 - тензорезистор 13, так, чтобы направление измерения по кольцу срединной поверхности. Все датчики устанавливают симметрично плоскости симметрии 16 штуцерного узла, состоящего из патрубка 3 и обечайки 4, совпадающей с плоскостью симметрии корпуса 1. Причем тензорезисторы 12, 13 и 14 соединены с тензостанцией. После наклейки тензорезисторов 12, 13 и 14 стенд собираем и герметизируем. После герметизации корпус 1 заполняется водой. При этом заполнение корпуса 1 водой осуществляется через патрубок 6, а контроль давления - по манометру 8, например, (Ру 400 мод. 11203), зав. №61369, 1091, установленному в патрубке 7. Для удаления воздуха из корпуса 1, по мере заполнения его водой, используют бобышку-воздушник 15, расположенную на штуцерном узле 2.Using pump 9, for example, the ENERPAC P-392 hand-held hydraulic pump, in accordance with the loading schedule, the pressure in the housing 1 of the reduced model of the vessel under investigation rises to the pressure of the hydraulic test. The rate of pressure rise is not more than 0.5 MPa per minute. On the outer surface of the shell 4 at a distance of 3-5 mm from the weld, a strain gauge 12 is installed (glued) so that the direction of stress measurement is across the generatrix of the shell 4. On the inner surface of the pipe 3, at the intersection of the generatrices of the inner surfaces of the shell 4 and the pipe 3, a strain gauge 14 is installed so that the direction of the voltage measurement is transverse to the generatrix of the pipe 2, and at the inner end of the pipe 3, the strain gauge 13, so that the measurement direction along the ring of the middle surface. All sensors are installed symmetrically to the symmetry plane 16 of the nozzle assembly, consisting of a pipe 3 and a shell 4, which coincides with the plane of symmetry of the housing 1. Moreover, the strain gauges 12, 13 and 14 are connected to the strain gauge. After sticking the strain gages 12, 13 and 14, we assemble and seal the stand. After sealing, the housing 1 is filled with water. In this case, the housing 1 is filled with water through the nozzle 6, and the pressure is monitored by a pressure gauge 8, for example (PN 400 mod. 11203), head. No. 61369, 1091 installed in the nozzle 7. To remove air from the housing 1, as it is filled with water, use the boss-air vent 15 located on the fitting unit 2.

Для кабельного соединения тензорезисторов 12, 13 и 14 с тензостанцией используют разработанный и изготовленный узел (гермовывод), располагаемый в днище патрубка 2 (фиг3)For cable connection of strain gauges 12, 13 and 14 with a strain gauge station, a designed and manufactured assembly (pressure lead) is used, located in the bottom of the pipe 2 (FIG. 3)

После герметизации выполняются замеры электрических характеристик цепи «тензорезистор - соединительные кабели - тензостанция». По результатам замеров установлено, что активные, индуктивные и емкостные параметры тензорезисторов 12, 13, 14, например, проволочных марки 3/120LY41, в состояниях: «до нанесения герметика», «с нанесенным герметиком в воздушной среде» и «с нанесенным герметиком в заполненном водой сосуде», различаются несущественно.After sealing, measurements are made of the electrical characteristics of the circuit "strain gauge - connecting cables - strain gauge". According to the measurement results, it was found that the active, inductive and capacitive parameters of the strain gauges 12, 13, 14, for example, wire grades 3 / 120LY41, in the states: “before applying the sealant”, “with the sealant applied in the air” and “with the sealant in a vessel filled with water, ”they differ insignificantly.

Таким образом, реализованные схемы герметизации тензорезисторов 12, 13, 14 и кабельные соединения их с тензостанцией, например, SMD-10A, зав. № KA 052005, не вносят существенной погрешности в регистрируемые показания механических напряжений.Thus, the implemented sealing schemes of the strain gauges 12, 13, 14 and their cable connections with the strain gauge, for example, SMD-10A, head. No. KA 052005, do not introduce a significant error in the recorded readings of mechanical stresses.

Расчет и анализ НДС корпуса 1, являющегося уменьшенной моделью исследуемого сосуда со штуцерным узлом, состоящим из патрубка 3 и обечайки 4, нагруженной внутренним давлением позволяют сделать вывод, что зона металла на внутренней поверхности патрубка 3 является практически равнонагруженной с зонами максимальных напряжений металла исследуемого сосуда.Calculation and analysis of the VAT of the housing 1, which is a reduced model of the test vessel with a fitting assembly, consisting of a pipe 3 and a shell 4 loaded with internal pressure, allows us to conclude that the metal zone on the inner surface of the pipe 3 is almost equally loaded with the zones of maximum metal stresses of the studied vessel.

Таким образом, по сравнению с прототипом, стенд для малоцикловых деформационно-силовых испытаний моделей натурных конструкций сосудов позволяет осуществить достоверную оценку фактической нагруженности оборудования, а так же уменьшить погрешность оценки прочности и ресурса сосудов и аппаратов, непосредственное испытание которых затруднительно или даже не возможно в виду того, что они находятся в эксплуатации и (или) испытание их натурных конструкций имеют высокую трудоемкость.Thus, in comparison with the prototype, a stand for low-cycle deformation-force tests of models of full-scale vessel designs allows a reliable assessment of the actual loading of equipment, as well as to reduce the error in estimating the strength and resource of vessels and apparatuses, the direct testing of which is difficult or even not possible in mind the fact that they are in operation and (or) testing their full-scale structures have a high complexity.

Claims

A stand for low-cycle deformation-force tests of models of full-scale vessel structures, including a housing, a lower support, nozzles, a loading mechanism, characterized in that the housing is a reduced model of the vessel under investigation with a fitting assembly consisting of a nozzle and a shell, and the loading mechanism is a pump connected with a pipe for supplying fluid through the piston hydraulic cylinder, and the fitting unit is equipped with three strain gauges connected to the strain gauge, and one installed on the outer surface of the shell n a distance of 3-5 mm from the welding seam, the second - on the inner tube surface, forming a point of intersection of internal surfaces of the sleeve and nozzle, and the third - on the inner end of the nozzle, wherein the housing and the pump pressure gauges installed.