Устройство для испытания усталостной прочности трубопроводов на вибростенде

Изобретение относится к конструированию оснастки стендов для испытания трубопроводов на усталостную прочность, а именно приспособлений для закрепления трубопроводов на вибростенде, в частности трубопроводов турбомашин. Устройство содержит корпус с кольцевым фланцем. Наружная боковая поверхность корпуса выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, на каждой грани которого выполнены отверстия. На по меньшей мере одной из указанных граней в отверстии посредством разъемного соединения установлен штуцер крепления трубопровода. Корпус выполнен в виде стакана, донышко которого расположено с противоположной стороны от кольцевого фланца. Устройство дополнительно содержит кольцевое уплотнение и крышку, габарит которой больше диаметра кольцевого фланца. В отверстии на противоположной от штуцера крепления трубопровода грани стакана дополнительно установлен штуцер подвода в полость стакана охлаждающего воздуха. В штуцере крепления трубопровода со стороны полости стакана выполнено глухое осевое отверстие и выполнены сквозные отверстия от боковой части штуцера крепления трубопровода до глухого осевого отверстия, кроме того, в остальных отверстиях граней корпуса установлены герметичные заглушки. Крышка расположена между корпусом и вибростендом и соединена посредством разъемных соединений, при этом в торце корпуса со стороны крышки выполнена кольцевая проточка, в которой установлено кольцевое уплотнение. Технический результат: снижение температуры элементов устройства в процессе усталостных испытаний трубопроводов, меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, упрощение проведения испытаний. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к конструированию оснастки стендов для испытания трубопроводов на усталостную прочность, а именно, приспособлений для закрепления трубопроводов на вибростенде, в частности трубопроводов турбомашин.

Наиболее близким аналогом является стенд для испытания трубопроводов на усталостную прочность (заявка в ФИПС №2020143560 от 29.12.2020 г., патент RU 2760354, 24.11.2021), содержащее корпус с кольцевым фланцем, при этом наружная боковая поверхность корпуса выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, на каждой грани которого выполнены отверстия, на, по меньшей мере, одной из указанных граней, в отверстии, посредством разъемного соединения установлен штуцер крепления трубопровода.

Основным недостатком известного технического решения является нагрев элементов устройства при усталостных испытаниях трубопроводов при температурах испытаний выше комнатной, что снижает жесткость элементов устройства в процессе испытаний, то есть меняет собственные частоты объекта испытаний и требует дополнительной настройки вибростенда, при этом элементы устройства, подверженные тепловому воздействию, необходимо выполнять из жаропрочных материалов.

Технической проблемой заявленного изобретения является снижение влияния температуры испытаний на жесткость устройства и расширение номенклатуры применяемых материалов для производства его элементов.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного устройства, является снижение температуры элементов устройства в процессе усталостных испытаний трубопроводов, что, как следствие, обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что устройство для испытания трубопроводов на усталостную прочность, содержащее корпус с кольцевым фланцем, при этом наружная боковая поверхность корпуса выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, на каждой грани которого выполнены отверстия, на, по меньшей мере, одной из указанных граней, в отверстии, посредством разъемного соединения установлен штуцер крепления трубопровода, корпус выполнен в виде стакана, донышко которого расположено с противоположной стороны от кольцевого фланца, дополнительно содержит кольцевое уплотнение и крышку, габарит которой больше диаметра кольцевого фланца, при этом в отверстии на противоположной от штуцера крепления трубопровода грани стакана дополнительно установлен штуцер подвода в полость стакана охлаждающего воздуха, при этом в штуцере крепления трубопровода со стороны полости стакана выполнено глухое осевое отверстие и выполнены сквозные отверстия от боковой части штуцера крепления трубопровода до глухого осевого отверстия, кроме того в остальных отверстиях граней корпуса установлены герметичные заглушки, корме того крышка расположена между корпусом и вибростендом и соединена посредством разъемных соединений, при этом в торце корпуса со стороны крышки выполнена кольцевая проточка, в которой установлено кольцевое уплотнение.

Крышка выполнена цилиндрической.

Внутренняя полость стакана выполнена цилиндрической.

Отверстия в каждой грани стакана выполнены разного диаметра.

Сквозные отверстия выполнены равномерно по боковой части штуцера крепления трубопровода.

Оси сквозных отверстий, выполненных на гранях стакана, лежат в одной плоскости.

Выполнение корпуса в виде стакана, донышко которого расположено с противоположной стороны от кольцевого фланца, и снабжение устройства кольцевым уплотнением и крышкой, габарит которой больше диаметра кольцевого фланца, позволяет реализовать закрытую полость в корпусе под охлаждающий воздух для его подачи в область элементов устройства, подверженных воздействию температуры в испытании. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.

Установка в отверстии на противоположной от штуцера крепления трубопровода грани стакана дополнительно штуцера подвода в полость стакана охлаждающего воздуха позволяет обеспечить его подачу в область элементов устройства, подверженных воздействию температуры в испытании. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.

Выполнение в штуцере крепления трубопровода со стороны полости стакана глухого осевого отверстия и сквозных отверстий от боковой части штуцера крепления трубопровода до глухого осевого отверстия позволяет осуществлять выдув охлаждающего воздуха из полости корпуса в области элементов устройства, подверженных воздействию температуры в испытании. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.

Установка в остальные отверстия граней корпуса герметичных заглушек, а также расположение крышки между корпусом и вибростендом и соединение ее посредством разъемных соединений, при этом выполнение в торце корпуса со стороны крышки кольцевой проточки, в которой установлено кольцевое уплотнение, позволяет исключить паразитные утечки охлаждающего воздуха из полости корпуса для более эффективного выдува охлаждающего воздуха через штуцер крепления трубопровода. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.

Кроме того, выполнение крышки и внутренней полости стакана цилиндрической упрощает их производство, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.

Кроме того, выполнение отверстий в каждой грани стакана разного диаметра позволяет испытывать большую номенклатуру трубопроводов по их диаметру с сохранением надежности их крепления в приспособлении.

Кроме того, выполнение сквозных отверстий равномерно по боковой части штуцера крепления трубопровода позволяет более равномерно и эффективно охлаждать элементы устройства, подверженных воздействию температуры в испытании. Это обеспечит меньшее изменение жесткости элементов устройства в условиях усталостных испытаний трубопроводов при высоких температурах, то есть сузит диапазон изменения собственной частоты колебания объекта испытания на вибростенде, что упрощает проведение испытания, а также позволяет использовать конструкционные стали для изготовления элементов устройства при сохранении надежности закрепления трубопроводов в последнем, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.

Кроме того, расположение осей сквозных отверстий, выполненных на гранях стакана, в одной плоскости упрощает производство стакана, что снижает стоимость приспособления, и себестоимость испытаний в целом.

Сущность настоящего изобретения поясняется эскизами, на которых представлен продольный разрез заявленного устройства (фиг.1) и изометрический вид на корпус с установленным на нем трубопроводом посредством штуцера (Фиг. 2).

В частном случае реализации устройство для испытания усталостной прочности трубопроводов на вибростенде содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндрического стакана с цилиндрическим фланцем 2, выполненным с противоположной стороны относительно донышка 3. Внешняя боковая поверхность корпуса 1 выполнена в виде восьмигранника, причем в центре каждой грани 4 выполнено сквозное резьбовое отверстие 5 (Фиг. 2). На фланце 2 также выполнены отверстия 6 под винтовой крепеж корпуса 1 к смежной детали, а именно, к цилиндрической крышке 7. Последняя в свою очередь крепится к вибростолу 8 вибростенда аналогичным крепежом. Устройство также снабжено набором штуцеров 9 крепления трубопроводов 10 различного диаметра, которые могут быть установлены в соответствующие резьбовые отверстия 5. В каждом штуцере 9 крепления трубопровода выполнено одно глухое осевое отверстие 11, а также ряд сквозных отверстий от боковой поверхности штуцера 9 крепления трубопровода 10 до глухого осевого отверстия 11. В частном случае реализации сквозные отверстия 12 выполнены равномерно по штуцеру 9 крепления трубопровода 10. На противоположной грани 4 от штуцера 9 крепления трубопровода 10 установлен один из штуцеров 13 подвода охлаждающего воздуха с сквозным осевым отверстием 14, набором которых снабжено заявленное устройство. Каждый штуцер 13 подвода охлаждающего воздуха выполнен с возможностью соединения с гибким рукавом 15, посредством которого через сквозное осевое отверстие 14 в полость корпуса 1 подается охлаждающий воздух в процессе испытаний на усталость трубопровода 10 в условиях повышенной температуры. Полость корпуса 1 со стороны вибростола 8 вибростенда ограничена крышкой 7. Для предотвращения паразитных утечек охлаждающего воздуха в оставшихся отверстиях 5 граней 4 установлены заглушки в виде винтов (на фиг. не показаны). Также для уплотнения стыка крышки 7 с корпусом 1 в последнем выполнена кольцевая торцевая проточка 16, в которую установлено кольцевое уплотнение 17.

При испытаниях на усталостную прочность вибростенд настраивают на резонансный режим испытаний с определенной амплитудой вибронапряжений в трубопроводе 10 с учетом нагрева последнего. Для минимизации нагрева элементов устройства и влияния этого на результат испытаний в гибкий рукав 15 подают охлаждающий воздух под давлением. Откуда он посредством сквозного осевого отверстия 1 попадает в полость корпуса 1. Далее через глухое отверстие И он выдувается из сквозных отверстий 12, тем самым уменьшая нагрев элементов устройства. Испытания проводят до получения требуемого результата: нагружения детали требуемым количеством резонансных колебаний или до разрушения.

Исполнение заявленной конструкции, состоящей из нескольких соединяемых и жестко фиксируемых между собой сборных\разборных частей и подвода охлаждения к требуемым элементам устройства при испытании, позволяет получить требуемую универсальность, повысить точность полученных данных в результате испытаний, надежность фиксации объекта испытаний, снижение времени на монтаж/демонтаж установки для испытания трубопровода на усталостную прочность, что упрощает подготовку и проведение испытаний, повышает точность замеряемых параметров, что повышает качество и снижает стоимость испытаний в целом.

1. Устройство для испытания усталостной прочности трубопроводов на вибростенде, содержащее корпус с кольцевым фланцем, при этом наружная боковая поверхность корпуса выполнена в виде многогранника с четным количеством граней, на каждой грани которого выполнены отверстия, на по меньшей мере одной из указанных граней в отверстии посредством разъемного соединения установлен штуцер крепления трубопровода, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде стакана, донышко которого расположено с противоположной стороны от кольцевого фланца, дополнительно содержит кольцевое уплотнение и крышку, габарит которой больше диаметра кольцевого фланца, при этом в отверстии на противоположной от штуцера крепления трубопровода грани стакана дополнительно установлен штуцер подвода в полость стакана охлаждающего воздуха, при этом в штуцере крепления трубопровода со стороны полости стакана выполнено глухое осевое отверстие и выполнены сквозные отверстия от боковой части штуцера крепления трубопровода до глухого осевого отверстия, кроме того, в остальных отверстиях граней корпуса установлены герметичные заглушки, корме того, крышка расположена между корпусом и вибростендом и соединена посредством разъемных соединений, при этом в торце корпуса со стороны крышки выполнена кольцевая проточка, в которой установлено кольцевое уплотнение.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что крышка выполнена цилиндрической.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя полость стакана выполнена цилиндрической.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстия в каждой грани стакана выполнены разного диаметра.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сквозные отверстия выполнены равномерно по боковой части штуцера крепления трубопровода.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оси сквозных отверстий, выполненных на гранях стакана, лежат в одной плоскости.