Способ определения касательных напряжений в стальных трубопроводах

Авторы патента:

Спиридович Евгений Апполинарьевич (RU)

G01L1/00 - Измерение силы или механического напряжения вообще (измерение силы удара G01L 5/00; измерение давления жидкостей и газов G01L 7/00-G01L 27/00; измерение деформации твердых тел в результате напряжения с использованием измерительных приборов G01B)

Владельцы патента RU 2514072:

Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" (RU)

Изобретение относится к области оценки технического состояния трубопроводов и может быть использовано для определения касательных напряжений в стальных трубопроводах надземной прокладки. Техническая задача решается тем, что в способе определения касательных напряжений в стальных трубопроводах, включающем изготовление образца в виде полого цилиндра из материала, аналогичного материалу конструкции, пошаговое нагружение образца, измерение показателей коэрцитивной силы на каждом шаге нагружения, с определенной ориентацией магнитного потока, формируемого в датчике коэрцитиметра, относительно образца, получение зависимости показателей коэрцитивной силы от величины напряжений в образце, измерение показателей коэрцитивной силы металла конструкции, определение величины напряжения с помощью полученной зависимости, в образце создают касательные напряжения путем приложения к нему крутящего момента, коэрцитивную силу измеряют вдоль оси образца или трубопровода дважды, ориентируя магнитный поток в противоположных направлениях, при этом для определения касательных напряжений в качестве показателя коэрцитивной силы принимают модуль разности измеренных значений коэрцитивной силы. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Известен способ определения напряженного состояния стальных конструкций, согласно которому растягивают образец материала, вырезанного из материала, аналогичного материалу конструкции, в процессе растяжения измеряют коэрцитивную силу. Получают зависимость коэрцитивной силы от приложенного напряжения для данного материала. Затем проводят измерения коэрцитивной силы металла конструкции и определяют напряженное состояние с помощью полученной зависимости (В.Ф.Мужицкий, Б.Е.Попов, Г.Я.Безлюдько. Магнитный контроль напряженно-деформированного состояния и остаточного ресурса стальных металлоконструкций подъемных сооружений и сосудов, работающих под давлением. // Дефектоскопия. - 2001. - №1. - С.38 - 46).

Известен способ определения напряжений, основанный на получении при растяжении образцов металла с различной деградацией структуры, зависимостей анизотропии коэрцитивной силы от растягивающих напряжений в образцах и оценке напряжений в конструкции с помощью полученных зависимостей с учетом фактической структуры металла (патент РФ №2281468, опубл. 10.08.2006 г.).

Недостатками известных способов являются:

1. Значительная погрешность определения напряжений (около 30-40%), обусловленная тем, что при испытании образцов металла на растяжение происходит поперечная деформация сжатия, которая в значительной степени влияет на измеряемую коэрцитивную силу и, соответственно, на построенную зависимость.

2. Невозможность определять напряжения при сложнонапряженном состоянии металла конструкции, например осевые, кольцевые и касательные напряжения в стенках трубопроводов.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения механических напряжений в стальных трубопроводах, включающий изготовление образца в виде полого цилиндра из материала, аналогичного материалу конструкции, нагружение образца созданием в нем избыточного внутреннего давления жидкой или газовой среды или его изгибом, получение зависимости коэрцитивной силы от величины напряжений в образце. Далее измеряют коэрцитивную силу действующего трубопровода и определяют его напряженное состояние с помощью полученной зависимости (патент РФ №2439530, опубл. 10.01.2012 г.).

К недостаткам способа относят невозможность определять касательные напряжения в стенках трубопроводов.

Технической задачей изобретения является расширение возможностей способа, а именно возможности определения касательных напряжений в стенках трубопроводов.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения касательных напряжений в стальных трубопроводах, включающем изготовление образца в виде полого цилиндра из материала, аналогичного материалу конструкции, пошаговое нагружение образца, измерение показателей коэрцитивной силы на каждом шаге нагружения, с определенной ориентацией магнитного потока, формируемого в датчике коэрцитиметра, относительно образца, получение зависимости показателей коэрцитивной силы от величины напряжений в образце, измерение показателей коэрцитивной силы металла конструкции, определение величины напряжения с помощью полученной зависимости, согласно изобретению в образце создают касательные напряжения путем приложения к нему крутящего момента, коэрцитивную силу измеряют вдоль оси образца или трубопровода дважды, ориентируя магнитный поток в противоположных направлениях, при этом для определения напряжений в качестве показателя коэрцитивной силы принимают модуль разности измеренных значений коэрцитивной силы.

На чертеже представлена зависимость модуля разности значений коэрцитивной силы, измеренных вдоль оси трубопровода в двух взаимно противоположных направлениях |ΔН| от касательных напряжений τ в образце.

Приведены результаты определения касательных напряжений по результатам измерения коэрцитивной силы в контрольных точках.

Способ реализуют следующим образом.

Изготавливают цилиндрический полый образец металла из материала, аналогичного материалу трубопровода, напряженное состояние которого необходимо определить. Один конец образца жестко закрепляют, к другому - прикладывают крутящий момент для создания касательных напряжений в образце, например, при помощи рычага и грузов.

Касательные напряжения пошагово увеличивают. Для каждого шага нагружения определяют напряжения в образце расчетным или другим способом, например, с помощью электротензоизмерений.

На каждом шаге нагружения измеряют коэрцитивную силу, при этом магнитный поток датчика коэрцитиметра ориентируют вдоль оси образца. Измерения выполняют дважды во взаимно противоположных направлениях. Строят зависимость модуля разности значений коэрцитивной силы |ΔН| от касательных напряжений τ в образце (см. чертеж).

Дважды измеряют коэрцитивную силу металла конструкции, ориентируя датчик вдоль оси во взаимно противоположных направлениях.

Определяют касательные напряжения с помощью полученной зависимости.

Пример

Необходимо определить касательные напряжения в надземных трубопроводах газа компрессорной станции, которые могут быть вызваны перемещением подземного коллектора в результате подвижек грунта. Трубопровод выполнен из труб марки стали 17Г1С. Диаметр трубопровода 530 мм, толщина стенки трубы 10 мм. При помощи токарного станка из бесшовной трубы марки, выполненной из стали 17Г1С, изготавливают образец - полый цилиндр в масштабе 1:5 к реальному трубопроводу (диаметр образца 106 мм, толщина стенки 2 мм). Длина образца 1 м.

Монтируют электротензорезисторы на образце под углом 45 град относительно оси образца для измерения касательных напряжений.

Один конец образца жестко фиксируют, ко второму концу образца прикрепляют рычаг длиной 1 м. На конец рычага устанавливают грузы различной массы. Создают пошагово касательные напряжения с шагом 4,0 МПа, которые измеряют электротензорезисторами, вплоть до создания касательных напряжений 132 МПа.

На каждом шаге испытания дважды измеряют коэрцитивную силу стенки образца, ориентируя датчик коэрцитиметра вдоль оси образца: при первом измерении магнитный поток датчика коэрцитиметра направлен на рычаг, при втором - на защемленный конец образца.

Строят график зависимости модуля разности двух измеренных значений коэрцитивной силы от касательных напряжений (см. чертеж).

На контролируемом трубопроводе компрессорной станции определяют сечение, в котором необходимо провести определение касательных напряжений, отмечают три контрольные точки. Вследствие того, что касательные напряжения теоретически одинаковы по сечению трубопровода, то касательные напряжения, определяемые в контрольных точках должны быть также равны с учетом погрешности.

Фрагментарно удаляют тепло-, вибро- и шумоизоляцию с поверхности трубы в месте измерения на протяженности 0,5 м.

В каждой из контрольных точек дважды измеряют коэрцитивную силу металла трубопровода, устанавливая датчик коэрцитиметра вдоль оси трубопровода, ориентируя магнитный поток, создаваемый датчиком коэрцитиметра во взаимно противоположные стороны. Первое измерение выполняют таким образом, чтобы магнитный поток был направлен по ходу газа, второе - в противоположном направлении. Рассчитывают модуль разности измеряемых значений коэрцитивной силы.

Результаты измерения представлены в таблице

Номер	Значение	Значение	Модуль разности значений
точки	коэрцитивной	коэрцитивной	коэрцитивной силы,
измерения	силы,	силы,	измеренных вдоль оси
	измеренной по	измеренной	трубопровода в двух взаимно
	ходу газа,	против хода	противоположных
	А/м	газа, А/м	направлениях, А/м
1	360	460	100
2	280	400	120
3	350	435	85

По полученной зависимости (см. чертеж) определяют, что касательные напряжения в выбранном сечении трубопровода составляют 120±10 МПа.

Способ определения касательных напряжений в стальных трубопроводах, включающий изготовление образца в виде полого цилиндра из материала, аналогичного материалу конструкции, пошаговое нагружение образца, измерение показателей коэрцитивной силы на каждом шаге нагружения с определенной ориентацией магнитного потока, формируемого в датчике коэрцитиметра, относительно образца, получение зависимости показателей коэрцитивной силы от величины напряжений в образце, измерение показателей коэрцитивной силы металла конструкции, определение величины напряжения с помощью полученной зависимости, отличающийся тем, что в образце создают касательные напряжения путем приложения к нему крутящего момента, коэрцитивную силу измеряют вдоль оси образца или трубопровода дважды, ориентируя магнитный поток в противоположных направлениях, при этом для определения касательных напряжений в качестве показателя коэрцитивной силы принимают модуль разности измеренных значений коэрцитивной силы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении закалочных остаточных напряжений в деталях и заготовках. Заявленный способ определения закалочных остаточных напряжений включает закалку образцов и определение закалочных остаточных напряжений, при этом из тонких пластин одинакового размера, предварительно пронумерованных и размеченных, формируют пакет, подвергают его закалке, после чего измеряют деформации изгиба пластин в двух плоскостях, по которым рассчитывают закалочные остаточные напряжения.

Хрупкое покрытие для исследования деформаций и напряжений на основе карамели // 2492438

Изобретение относится к определению напряженно-деформированного состояния металлических конструкций высокорисковых объектов нефтяной, газовой и химической отраслей промышленности, систем транспорта и переработки нефти и газа с помощью тензочувствительных хрупких покрытий, что позволяет получить наглядную картину наибольшей концентрации напряжений, получить данные для оценки и прочности потенциально опасных объектов.

Ограничитель нагрузки грузоподъемной машины // 2490203

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению. .

Способ изготовления датчика механического воздействия и датчик механического воздействия // 2488786

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для взвешивания в движении транспортных средств. .

Способ измерения растягивающих усилий, действующих на рельс, и устройство для его реализации // 2487325

Изобретение относится к измерениям, а точнее - к измерению силы, действующей на железнодорожный рельс, уложенный в пути. .

Устройство для обеспечения заданного усилия натяжения регулируемой механической тяги // 2484433

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к системам измерения усилий в стержнях, тягах и других протяженных элементах конструкций, нагруженных осевой силой, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где они применяются, и, в частности, в ракетной технике.

Многокомпонентный датчик перемещений // 2476838

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения деформаций и перемещений, и предназначено для измерения статических или плавно меняющихся радиальных перемещений.

Силоизмерительный датчик // 2475715

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для постоянного измерения усилий в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций.

Прибор для измерения усилия отрыва ягод // 2473060

Изобретение относится к области садоводства, а именно к средствам контроля физико-механических свойств ягод. .

Прибор для измерения усилия раздавливания ягод // 2472123

Эталонный образец с контролируемым распределением напряжений по толщине // 2525153

Изобретение относится к металлическим эталонным образцам со сложным напряженным состоянием, и может быть использовано для проверки и отладки существующих методов и оборудования для определения механических напряжений в сечениях толстостенных элементов металлических конструкций. Эталонный образец состоит из металлического основания с центральной зоной эталонного сложного напряженного состояния по толщине основания. На краях основания с одной или разных сторон выполнены одна или несколько зон наплавок из другого металла, коэффициент линейного расширения и предел текучести которого ниже, чем коэффициент линейного расширения и предел текучести металла основания. Основание предварительно подвергают высокотемпературному отпуску, после чего на поверхности центральной зоны основания с двух сторон наносят контрольные метки или сетку баз измерений для двух тестовых измерений после высокотемпературного отпуска основания до установки наплавок и в самом конце термообработки основания уже с наплавками. Форму основания, места расположения наплавок и режим термообработки заранее определяют в результате компьютерного имитационного моделирования методом конечных элементов с учетом марок металлов основания и наплавок и требуемого эталонного сложного напряженного состояния центральной зоны основания по его толщине. Технический результат: повышение достоверности результатов замеров механических напряжений в сечениях разнообразных толстостенных металлических конструкций. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Регулятор давления // 2526899

Изобретение относится к регуляторам потока, а именно к регуляторам потока с чашеобразной конструкцией седла. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и улучшение регулировки. Регулятор состоит из корпуса задвижки, определяющего путь протекания флюидизированной жидкости, и седла задвижки, кожуха привода, сцепленного с корпусом задвижки, органа управления, расположенного в кожухе привода и приспособленного к перемещению относительно корпуса задвижки и седла задвижки для регулирования потока жидкости по пути протекания за счет перемещения между открытым положением и закрытым положением, при котором орган управления входит в сцепление с седлом задвижки, и пружины, функционально связанной с органом управления и смещающей орган управления в сторону открытого положения. Орган управления имеет поверхность, направленную к седлу задвижки, и такая поверхность имеет углубление. Углубление может быть раззенкованной частью или быть вогнутой или конической поверхностью, или иметь иную подходящую форму углубления. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ измерения давления начала открытия предохранительных клапанов // 2530465

Предлагаемое изобретение предназначено для измерения давления начала открытия предохранительных клапанов. Применение предлагаемого способа измерения давления начала открытия предохранительных клапанов обеспечивает снижение трудоемкости определения давления начала открытия предохранительных клапанов без их демонтажа с трубопровода путем измерения усилий, требуемых для открытия клапанов при двух разных давлениях в их внутренней полости и последующим вычислением давления начала открытия предохранительных клапанов по зависимостям: где: РH - давление начала открытия предохранительного клапана; Р1 - давление во внутренней полости предохранительного клапана при первом измерении его давления начала открытия; Р2 - давление во внутренней полости предохранительного клапана при повторном измерении его давления начала открытия; F1 - усилие, необходимое для открытия предохранительного клапана при первом измерении его давления начала открытия; F2 - усилие, необходимое для открытия предохранительного клапана при повторном измерении его давления начала открытия. 1 ил.

Прибор для определения прочностных характеристик ягод // 2538401

Изобретение относится к области садоводства, а именно к средствам контроля для оценки физико-механических свойств ягод. Прибор состоит из портативного корпуса с расположенными в нем кнопками управления, буквенно-цифрового жидкокристаллического индикатора, силоизмерительного датчика, подключенного к электроизмерительному устройству, снабженному пиковым детектором и компенсатором тары, а также захвата ягод, механически соединенного с силоизмерительным датчиком через стержневой распределитель силы и выполненного в виде шарнирно соединенных неподвижной и подпружиненной подвижной захватных чашеобразных губок, и устройства управления захватом ягод, закрепленного на корпусе и кинематически связанного с хвостовиком подвижной захватной чашеобразной губки для обеспечения открывания и закрывания захватных губок. Дополнительно в прибор введены подвижный подпружиненный нажимной шток, выполненный так, чтобы его нажимная поверхность находилась между захватными чашеобразными губками и при его движении без ягод не было механического контакта с элементами захвата ягод, а при наличии ягоды между захватными губками он прижимал ее своей нажимной поверхностью к внутренней поверхности захватных губок, механический привод нажимного штока, закрепленный на портативном корпусе, и устройство определения коэффициента относительной прочности ягод. Устройство обеспечивает повышение производительности выполнения контрольных операций за счет совмещения операций. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ регулирования потока газа в редукторе // 2540931

Изобретение относится к редукторам дыхательных аппаратов. Редуктор содержит корпус и выполненные в нем три разделенные стенками камеры: камеру высокого давления (КВД) и камеру редуцированного давления (КРД), разделенные первой стенкой, камеру регулирования (КР), отделенную второй стенкой от КРД; седло с отверстием в первой стенке; перегородку с подвижным плунжером и клапаном, размещенным в КРД, разделяющую КР на поршневую и кольцевую полости; первый канал, соединяющий КРД с поршневой полостью КР; второй канал, соединяющий кольцевую полость КР с окружающей средой, третий канал с дросселем, соединяющий КВД с кольцевой полостью КР; обратный клапан, подсоединенный ко второму каналу. Способ регулирования потока газа в редукторе включает подачу газа в КВД, смещение плунжера с клапаном и образование зазора между седлом и клапаном; поступление потока газа из КВД в КРД и, соответственно, потребителю газа; поступление потока газа из КРД в КР через первый канал; перемещение перегородки с плунжером и клапаном под действием на них разности давлений газа, изменяющее зазор между седлом и уплотнительным элементом клапана; перетекание газа из КВД через третий канал с дросселем в кольцевую полость КР, перемещение перегородки с плунжером и клапаном и изменение зазора между клапаном и седлом, регулирование подачи и давления газа, поступающего в КРД и потребителю. Техническим результатом изобретения является обеспечение регулирования потока газа в редукторе при заданной величине редуцированного давления газа при малой амплитуде колебаний давления. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ и устройство для измерения начального сдвига жидкости в трубопроводе малого диаметра // 2549537

Изобретение относится к области измерения напряжения начального сдвига (пластичности) жидкостей в трубопроводе, например молока в шлангах доильного аппарата. Предложенный способ измерения напряжения сдвига столбика молока заключается в том, что предварительно устанавливается с помощью одного нагнетателя давление h1 = 20 - 25 мм водяного столба в стеклянной емкости, связанной трубопроводами с дифференциальным водяным манометром и капилляром, а трубопровод капилляра перекрыт зажимом, и с помощью второго нагнетателя всасывается в капилляр порция молока на длину столбика l0 = 1 - 2 см, после чего трубопровод перекрывается зажимом, устанавливается h2 = 25 - 30 мм водяного столба, зажим раздвигается. При этом при помощи секундомера измеряют время сдвига столбика молока t1 под действием давления h1, а затем измеряют время сдвига столбика молока t2 под действием давления h2. Напряжение начального сдвига τ0 определяется по формуле τ0=9.8(D/4l0)(t1 _t2)(t1/h1-t2/h2), где D - диаметр капилляра, мм. Устройство для измерения напряжения сдвига столбика молока содержит нагнетатель, связанный с системой трубопроводов с дифференциальным водяным манометром и стеклянной емкостью, с которой связан горизонтально расположенный капилляр и второй нагнетатель, причем трубопровод от емкости к капилляру и второму нагнетателю выполнен с возможностью перекрытия зажимом. Заявленная группа изобретений направлена на снижение трудозатрат и повышение точности определения напряжения начального сдвига контролируемой жидкости. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок // 2550826

Способ определения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок может быть использован для оценки прочности конструкции и прогнозирования ее несущей способности. Измерения поверхностных деформаций ε производят в контролируемых точках на конструкции, находящейся в напряженно-деформированном состоянии. Контролируемые точки выбирают таким образом, что они имеют возможность дополнительного нагружения независимо от конструкции. В контролируемых точках создают с помощью известной внешней силы P дополнительные напряжения, совпадающие по направлению с измеряемыми, ступенчато увеличивают деформацию на Δε, измеряют изменение внешней силы ΔPi. Нагружение увеличивают до тех пор, пока K = | Δ P i + 1 Δ P i − 1 | * Δ ε не увеличится до значения, соответствующего нормированному отклонению от закона Гука механической характеристики материала конструкции. Деформацию конструкции определяют, вычитая из известного значения деформации для заранее известной механической характеристики материала конструкции измеренную дополнительную деформацию. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса измерения и ненарушение целостности исследуемой конструкции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Датчик веса автотранспортного средства // 2554678

Изобретение относится к датчику веса автотранспортного средства (АТС). Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений и увеличение длительности жизненного цикла датчика в конкретных дорожных условиях. Датчик веса АТС содержит набор дискретных чувствительных элементов, расположенных между отдельными верхней обкладкой и нижней обкладкой, материал которых выбран из условия обеспечения упругой деформации на изгиб датчика примерно одинаково со смежным с ним слоем дорожного полотна. Верхняя и нижняя обкладки могут быть выполнены из материала, модуль Юнга которого не менее модуля Юнга материала дискретных чувствительных элементов, а коэффициент теплового линейного расширения этого материала может быть примерно равен коэффициенту теплового линейного расширения материала смежного слоя дорожного полотна. 21 з.п. ф-лы, 15 ил.

Способ контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового пути // 2555070

Изобретение относится к способу контроля продольно-напряженного состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути. Определение продольных напряжений осуществляют непрерывно в движении железнодорожного подвижного состава при механическом взаимодействии катящегося железнодорожного колеса и рельса при возбуждении механических колебаний на контролируемых участках рельсовых плетей с регистрацией, преобразованием полученных колебаний в акустические и усилением сигнала, и при анализе спектра возбуждаемых колебаний по частоте и амплитуде, зависящих от величины продольных механических напряжений участков рельсовых плетей. По результатам обработки информации анализируют изменение спектра возбуждаемых колебаний и оперативно выделяют участки железнодорожного пути с отклонениями амплитудно-частотной характеристики. В результате увеличивается производительность контроля и повышается безопасность движения поездов. 3 ил.

Система диагностики расхода воды // 2557349

Изобретение относится к системам водоотведения. В системе, включающей модуль перекачки воды, содержащий насосы, приемный резервуар с подводящим трубопроводом, модуль анализа диагностируемых параметров, модуль контрольно-измерительных приборов, блок ввода объемов приемного резервуара, блок анализа водопритока, модуль анализа диагностируемых параметров, снабженный блоками ввода геометрических характеристик приемного резервуара, ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода, анализа откачки воды из приемного резервуара, модуль контрольно-измерительных приборов снабжен датчиками уровня воды, установленными на подводящем трубопроводе и в приемном резервуаре, модуль перекачки воды снабжен запорно-регулирующим устройством с исполнительным органом, установленным на подводящем трубопроводе, устройством управления, при этом выходы блоков ввода геометрических характеристик приемного резервуара, ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода и блока анализа откачки воды из приемного резервуара подключены к входу блока анализа водопритока. Технический результат - возможность использования системы для решения задач по диагностике расхода воды. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.