Способ создания избыточного давления в трубопроводах и устройство для его осуществления

 

Использование: в области гидравлики, в частности, при проведении испытаний трубопроводов или емкостей. Сущность изобретения: в герметично закрытый и заполненный жидкостью трубопровод помещают предварительно заполненную расширяющимся материалом эластичную, герметично закрытую емкость, причем увеличение объема материала в эластичной емкости обеспечивают за счет необратимой химической реакции компонентов расширяющегося материала. 2 с. п. , 1 з. п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области гидравлики, преимущественно к проведению испытаний трубопроводов или емкостей для содержания жидкости на герметичность и прочность.

Известны способы создания внутреннего избыточного гидравлического давления в трубопроводах (1), заключающиеся в установке торцевых герметичных заглушек, заполнении трубопровода водой с предварительным монтажом приборов для регистрации давления и арматуры для его регулирования.

В качестве устройства для создания внутреннего давления используются гидравлические насосы или пневматические компрессоры. Силовыми органами насосов или компрессоров создается избыточное давление воды или воздуха, которое передается в замкнутый объем жидкости, находящейся в трубопроводе.

Наиболее близким к описываемому является способ создания избыточного давления в трубопроводах, включающий установку герметичных заглушек по торцам трубопровода, монтаж приборов для регистрации и удаления воздуха из трубопровода при заполнении его жидкостью, размещение эластичной емкости в замкнутом объеме трубопровода, заполнение эластичной емкости расширяющимся материалом и герметичное закрытие эластичной емкости (2).

В указанной выше заявке описано также устройство для создания избыточного внутреннего давления, содержащее трубопровод с герметичными торцовыми заглушками, приборы регистрации давления, запорную арматуру и герметичную эластичную емкость, размещенную в трубопроводе и заполненную расширяющимся материалом. Недостатком известных способов и устройств для его осуществления является большая трудоемкость работ по гидравлическим испытаниям, необходимость электроэнергии для обеспечения работы гидравлического насоса или наличие компрессорной станции для создания избыточного давления в трубопроводе. Кроме того, необходимость поддержания избыточного давления в трубопроводе в течение заданного промежутка времени значительно удорожает проведение гидравлических испытаний трубопроводов или емкостей для хранения жидкостей.

Задачей изобретения является снижение трудоемкости и стоимости проведения гидравлических испытаний емкостей и трубопроводов за счет создания избыточного давления в трубопроводе.

Указанная задача достигается тем, что в способе создания внутреннего избыточного давления в трубопроводах, включающем установку торцовых герметичных крышек в трубопроводе, монтаж приборов для регистрации давления и запорной арматуры для его регулирования, заполнение водой испытываемого участка трубы и размещение в трубопроводе эластичной емкости с расширяющимся материалом, сначала эластичную емкость заполняют расширяющимся материалом и герметизируют, а затем одну или несколько емкостей автономно размещают в замкнутом объеме трубопровода.

Указанная задача также достигается тем, что в устройстве для создания избыточного давления, содержащем трубопровод с герметичными торцовыми заглушками, приборы регистрации давления, запорную арматуру и герметичную эластичную емкость, последняя выполнена из тонкой резины, заполнена водным раствором невзрывчатого разрушающего средства (НРС-1), выполненного по ТУ 21-58-22-86 и после ее герметизации автономно размещена в объеме трубопровода. НРС-1 смесь веществ, химическая реакция которых приводит к возникновению увеличения первоначального объема смеси и создания механических напряжений без горения и взрыва (2). Основным компонентом НРС-1 является окись кальция. Ее содержание достигает 60-90% от общей массы НРС-1, остальное отходы целлюлозно-бумажной промышленности до 100% Рабочая смесь изготовлялась на воде, количество которой составляет 28-30% от массы НРС-1 (2). Рабочая смесь заливалась в эластичную емкость, герметично закрывалась и устанавливалась на дно испытываемого трубопровода, заполненного водой. В результате реакции гидратации водный раствор НРС-1 расширяется, увеличиваясь в объеме. При этом расширяется и герметичная эластичная оболочка и сжимает окружающую ее жидкость. Согласно закону Паскаля давление передается одинаково по всему объему воды, находящейся в трубопроводе или другой емкости. При этом установлено, что увеличение объема эластичной емкости в результате расширения НРС-1 влияет на создаваемое в замкнутом объеме жидкости давление.

где ΔV- увеличение в объеме эластичной емкости, м³; ΔP- избыточное давление, возникающее в замкнутом объеме жидкости испытуемого трубопровода, н/м²; β коэффициент объемного сжатия жидкости, находящейся в трубопроводе, 1/Па; V_o объем жидкости, находящейся в трубопроводе, м³; K коэффициент поглощения давления эластичной оболочкой, который зависит от вида оболочки и определяется экспериментально (K <1).

Первоначального суточного расширения НРС-1 достаточно для создания избыточного давления в замкнутом объеме жидкости. Постепенное дорасширение НРС-1 позволяет поддерживать избыточное давление в течение определенного промежутка времени, регламентирующего испытание.

Сравнение заявленных технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна" и критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 схематически представлено устройство, в котором реализован описываемый способ создания внутреннего избыточного давления, на фиг. 2 - эластичная емкость с расширяющимся материалом.

Устройство для осуществления способа создания внутреннего избыточного давления содержит трубопровод 1 с герметичными торцевыми заглушками 2, приборы 3 регистрации давления, запорную арматуру 4 и герметичную эластичную емкость 6, размещенную в трубопроводе 1 и заполненную расширяющимся материалом 7. После заполнения расширяющимся материалом 7 эластичная емкость 6 герметично закрывается при помощи завязки 8.

Устройство работает следующим образом. Трубопровод 1 герметично закрывается заглушками 2, которые опираются на специальные опоры. На трубопроводе 1 монтируется запорная арматура 4 и измерительные приборы 3 (манометры). Трубопровод 1 полностью заполняется водой 5. Наличие воздуха в трубопроводе 1 исключается за счет его сброса при помощи запорной арматуры 4 (кран для подачи и сброса воды). На дно трубопровода 1 устанавливается эластичная емкость 6, заполненная водным раствором НРС-1 (отношение воды к массе НРС-1 составляло 30% ). В качестве эластичной емкости использовались шары-зонды, применяемые в метеорологии. В результате реакции гидратации происходит расширение водного раствора НРС-1 в герметичной емкости 6, через которую давление передается окружающей жидкости 5. Согласно закону Паскаля давление передается по всему объему воды во все стороны одинаково. Давление регистрируется манометрами 3 и регулируется запорной арматурой 4.

Результаты проверки данного способа на стенде при температуре воды 20^oС сведены в таблицу.

Использование данного способа создания избыточного давления в замкнутом объеме жидкости позволяет резко снизить трудоемкость и стоимость работ по гидравлическим испытаниям трубопроводов или емкостей для хранения жидкостей по сравнению с существующими методами гидравлических испытаний.

Преимуществом данного способа является возможность поддержания избыточного давления в замкнутых объемах жидкости в течение длительного промежутка времени без дополнительных затрат на этот процесс.

Использование шаров-зондов, заполненных расширяющимся материалом, в качестве устройств для создания давления в замкнутых объемах жидкости упрощает ведение подобных работ, так как в этом случае отсутствуют машины для создания давления (гидравлические насосы, компрессоры и т. п.).

Формула изобретения

1. Способ создания избыточного давления в трубопроводах, включающий установку герметичных торцевых заглушек по торцам трубопровода, монтаж приборов для регистрации давления и запорной арматуры для его регистрации и удаления воздуха из трубопровода при заполнении его жидкостью, размещение эластичной емкости в замкнутом объеме трубопровода, заполнение эластичной емкости расширяющимся материалом и герметичное закрытие эластичной емкости, отличающийся тем, что эластичную емкость сначала заполняют расширяющимся материалом и герметизируют, а затем автономно размещают в замкнутом объеме трубопровода, при этом увеличение объема материала в эластичной емкости обеспечивают за счет необратимой химической реакции компонентов расширяющегося материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве расширяющегося материала, находящегося в эластичной оболочке, использован водный раствор НРС-1, а избыточное давление, развиваемое в замкнутом объеме жидкости, определяется по формуле где ΔP избыточное давление, возникающее в замкнутом объеме жидкости, заполненной расширяющимся материалом, н/м²; β коэффициент объемного сжатия жидкости, находящейся в трубопроводе, 1/Па;
DV увеличение в объеме эластичной емкости, заполненной расширяющимся материалом, м³;
V_о объем жидкости, находящейся в трубопроводе, м³;
К коэффициент поглощения давления эластичной оболочкой (К <1).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3