RU2811635C1 - Method for testing products operating under excessive pressure - Google Patents

Abstract

FIELD: testing equipment.

SUBSTANCE: invention relates in particular to pneumatic methods for testing the strength of products operating under internal excess pressure from 0.001 to 100 MPa, the operating mode of which implies the possibility of an instantaneous (up to 5 seconds) drop in pressure of the internal environment from working to vacuum, for example, bellows expansion joints. The declared technical result is achieved by implementing a method for testing products operating under excess internal pressure, which consists in installing end caps on the test product, placing the product in a chamber, heating the internal cavity of the product to a temperature of 210±20°C and at the same time creating a pressure difference between the internal cavity of the test product and the chamber cavity of up to 0.5 MPa by creating an excess pressure inside the test product of up to 0.6 MPa, and in the chamber cavity of up to 0.1 MPa, maintaining a pressure drop for up to for at least two minutes. The valve opens and within 5 seconds, no more, the pressure is released from the internal cavity of the test product to an excess pressure value of 0 MPa, while maintaining the pressure in the chamber cavity equal to 0.1 MPa. The test product is held for 2-10 minutes, while ensuring a pressure difference between the internal cavity of the test product and the cavity of the chamber corresponding to a vacuum of -0.1 MPa.

EFFECT: expanding the arsenal of technical means for testing, reducing the labour costs by simplifying the test method, reducing the material consumption of the stand, providing the simulation of real operating conditions and universality of testing for all types of products operating under excess internal pressure, including any diameters.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к пневматическим способам испытаний на прочность изделий, работающих под внутренним избыточным давлением от 0,001 до 100 МПа, режим работы которых подразумевает возможность мгновенного (до 5 секунд) падения давления внутренней среды с рабочего до вакуума, например сильфонные компенсаторы (СК).The invention relates to the field of testing equipment, in particular to pneumatic methods for testing the strength of products operating under internal excess pressure from 0.001 to 100 MPa, the operating mode of which implies the possibility of an instantaneous (up to 5 seconds) drop in the pressure of the internal environment from working to vacuum, for example bellows compensators (SC).

Современные сильфонные компенсаторы предназначены для обеспечения гибкой, герметичной связи нефтепроводов, газопроводов, трубопроводов и агрегатов гидравлических, газовых, воздушных, топливных и масляных систем аппаратов наземного оборудования. СК изготавливаются с номинальными диаметрами от 15 до 5000 мм, работают при температурах среды от минус 250 до плюс 550°С и выше при применении нестандартных материалов и конструкций, и при давлениях среды от 0,001 до 10 МПа, а также при вакууме.Modern bellows expansion joints are designed to provide flexible, hermetic connection of oil pipelines, gas pipelines, pipelines and units of hydraulic, gas, air, fuel and oil systems of ground-based equipment. SCs are manufactured with nominal diameters from 15 to 5000 mm, operate at ambient temperatures from minus 250 to plus 550°C and higher when using non-standard materials and structures, and at ambient pressures from 0.001 to 10 MPa, as well as in vacuum.

Существует программа и методика испытаний СК ГОСТ 28697-90, описывающая испытания на прочность. Однако способ испытания при мгновенном изменении давления с избыточного на вакуумметрическое пока не использовался.There is a test program and methodology SK GOST 28697-90 that describes strength tests. However, the test method for an instantaneous change in pressure from excess to vacuum pressure has not yet been used.

В настоящее время известны различные способы испытаний, в частности, сильфонных компенсаторов.Currently, various testing methods are known, in particular, for bellows expansion joints.

Так, из описания к патенту РФ № 2156392 (опубл. 20.09.2000) известен способ испытания сильфонных компенсаторов, в котором используют устройство, содержащее сильфон, подвижную и неподвижную опоры-фланцы, жестко связанные с силонагружателем-гидроприводом, состоящим из гидроцилиндра, поршня, штока. По каналам осуществляется подвод и слив рабочей жидкости в верхнюю и нижнюю полости гидроцилиндра. Осуществляется регулировка хода на растяжение и сжатие. Проверка герметичности сильфона осуществляется подводом воздуха через канал в подвижной опоре-фланце внутрь сильфона.Thus, from the description of the RF patent No. 2156392 (published on September 20, 2000), a method for testing bellows compensators is known, in which a device is used that contains a bellows, movable and stationary flange supports, rigidly connected to a force loader-hydraulic drive, consisting of a hydraulic cylinder, a piston, stock The channels supply and drain working fluid into the upper and lower cavities of the hydraulic cylinder. The stroke is adjusted for tension and compression. The tightness of the bellows is checked by supplying air through a channel in the movable flange support inside the bellows.

Наиболее близким аналогом к патентуемому изобретению является способ испытания сильфонных компенсаторов, который заключается в том, что два сильфонных компенсатора устанавливают соосно один внутри другого, оба сильфонных компенсатора торцевыми поверхностями устанавливают между подвижной и неподвижной нагрузочными плитами испытательного стенда, обеспечивают жесткое герметичное соединение торцевых поверхностей сильфонных компенсаторов с нагрузочными плитами и создают давление испытательной среды в полости между сильфонными компенсаторами. Затем к сильфонным компенсаторам прикладывают циклическую нагрузку путем заданного многократного перемещения подвижной нагрузочной плиты (патент РФ № 2367829, опубл. 20.09.2009).The closest analogue to the patented invention is a method for testing bellows expansion joints, which consists in the fact that two bellows expansion joints are installed coaxially one inside the other, both bellows expansion joints with their end surfaces are installed between the movable and stationary load plates of the test stand, providing a rigid, hermetic connection of the end surfaces of the bellows expansion joints with load plates and create pressure of the test medium in the cavity between the bellows compensators. Then a cyclic load is applied to the bellows expansion joints by a specified multiple movement of the movable load plate (RF patent No. 2367829, published on September 20, 2009).

Основным недостатком известных решений является отсутствие возможности проведения испытаний на резкое падение давление с рабочего до вакуума. Также сложностями в реализации потребных испытаний являются трудоемкость проведения испытаний, нецелесообразность, с экономической точки зрения, создания реальных условий эксплуатации на стенде в масштабе 1 к 1 для подтверждения работоспособности изделия при мгновенном падении давления с рабочего до вакуума (рабочие агрегаты/аппараты/установки и обвязки трубопроводов).The main disadvantage of the known solutions is the inability to test for a sharp drop in pressure from working pressure to vacuum. Also, difficulties in implementing the required tests are the complexity of testing, the inexpediency, from an economic point of view, of creating real operating conditions on a stand on a scale of 1 to 1 to confirm the performance of the product with an instantaneous drop in pressure from working to vacuum (working units/devices/installations and piping pipelines).

Задачей патентуемого решения является устранение указанных недостатков, а также подтверждение работоспособности изделия при мгновенном изменении давления среды с избыточного на вакуумметрическое.The objective of the patented solution is to eliminate these shortcomings, as well as to confirm the performance of the product when the medium pressure instantly changes from excess to vacuum pressure.

Техническим результатом изобретения является расширение арсенала технических средств для проведения испытаний, сокращение трудозатрат за счет упрощения способа проведения испытаний, снижение материалоемкости стенда, обеспечение имитации реальных условий работы и универсальности проведения испытаний для всех типов изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, в том числе для любых диаметров.The technical result of the invention is to expand the arsenal of technical means for testing, reduce labor costs by simplifying the test method, reduce the material consumption of the stand, provide simulation of real operating conditions and universality of testing for all types of products operating under excess internal pressure, including any diameters

Заявленный технический результат достигается за счет осуществления способа проведения испытаний изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, заключающегося в том, что на испытуемое изделие устанавливают торцевые заглушки, помещают изделие в камеру, нагревают внутреннюю полость изделия до температуры от 20 до 550°С и одновременно создают перепад давления между внутренней полостью испытуемого изделия и полостью камеры в 0,1 МПа за счет создания избыточного давления во внутренней полости изделия и в камере и выдерживают перепад давления в течение 2-10 минут, далее в течение 3-5 секунд производят сброс давления из внутренней полости изделия до значения избыточного давления равного 0 МПа, сохраняя при этом давление в полости камеры равным 0,1 МПа, выдерживают испытуемое изделие при этом в течение 2-10 минут, обеспечивая при этом перепад давления между внутренней полостью изделия и полостью камеры, соответствующий вакууму -0,1 МПа.The claimed technical result is achieved by implementing a method for testing products operating under excess internal pressure, which consists in installing end caps on the test product, placing the product in a chamber, heating the internal cavity of the product to a temperature from 20 to 550°C and at the same time creating pressure difference between the internal cavity of the test product and the cavity of the chamber is 0.1 MPa due to the creation of excess pressure in the internal cavity of the product and in the chamber and maintain the pressure drop for 2-10 minutes, then release the pressure from the internal within 3-5 seconds product cavity to an overpressure value of 0 MPa, while maintaining the pressure in the chamber cavity equal to 0.1 MPa, hold the test product for 2-10 minutes, while ensuring a pressure difference between the internal cavity of the product and the chamber cavity corresponding to vacuum -0.1 MPa.

При этом значение температуры внутренней полости изделия испытания выбирается согласно условиям эксплуатации изделия в зависимости от технологии транспортировки среды - нефтепродукты, газ, кислоты и прочее.In this case, the temperature value of the internal cavity of the test product is selected according to the operating conditions of the product, depending on the technology for transporting the medium - oil products, gas, acids, etc.

После чего испытуемое изделие извлекают из камеры, осуществляют визуально измерительный контроль и испытание на герметичность любым известным способом, который зависит от изделия и устанавливается изготовителем. Например, для сильфонных компенсаторов проводят испытание на герметичность пузырьковым методом, испытательная среда - воздух.After which the test product is removed from the chamber, visual measurement control and leak testing are carried out in any known way, which depends on the product and is installed by the manufacturer. For example, for bellows expansion joints, a leak test is carried out using the bubble method, the test medium being air.

Испытание считается успешно пройденным в случае, если испытуемый образец герметичен и при мгновенном изменении давления не наблюдались механические повреждения, признаки разрыва в металле и сварных соединениях, потеря осевой устойчивости изделия (если применимо для конкретного вида изделий).The test is considered successfully passed if the test sample is sealed and no mechanical damage, signs of rupture in the metal and welded joints, or loss of axial stability of the product (if applicable for a specific type of product) were observed with an instantaneous change in pressure.

В качестве испытуемого изделия может быть взят сильфонный компенсатор.A bellows compensator can be taken as a test product.

Заявленный технический результат достигается тем, что опытный образец (сильфонный компенсатор) подвергается воздействию на него эквивалентной нагрузки на испытательном стенде, которая находится в соответствии с реальными условиями эксплуатации, которая создается за счет быстрого изменения давления, что соответствует нагрузке при мгновенном (до 5 секунд) изменении давления с максимально расчетного до вакуума за счет аналогичного перепада давления.The declared technical result is achieved by the fact that the prototype (bellows compensator) is exposed to an equivalent load on the test bench, which is in accordance with real operating conditions, which is created by a rapid change in pressure, which corresponds to the load at an instantaneous (up to 5 seconds) changing pressure from the maximum calculated to vacuum due to a similar pressure drop.

Установка для проведения испытаний достаточно проста, мобильна, проведение испытаний не занимает много времени и не требует специальной подготовки.The test setup is quite simple, mobile, testing does not take much time and does not require special training.

Данное изобретение позволяет испытывать компенсаторы разных габаритных размеров за счёт создания камеры размерами больше, чем размеры изделий.This invention makes it possible to test compensators of different overall dimensions by creating a chamber larger in size than the dimensions of the products.

Далее решение поясняется фигурой 1, на которой представлена схема стенда для проведения испытаний.The solution is further illustrated in Figure 1, which shows a diagram of the test bench.

Стенд представляет собой камеру 1, коллектор 2 и компрессор 3 для создания избыточного давления. Корпус камеры выполнен из низколегированной стали, цилиндрической формы и необходимой толщиной, обеспечивающей прочность конструкции под давлением. Внутри камеры установлен сильфонный компенсатор 4, герметично закрытый с торцевых сторон заглушками (плитами из углеродистой стали) с штуцерами (не показаны). Сильфонный компенсатор 4 опоясан электронагревателем 5 ленточного типа. Внутренняя полость камеры 1 через коллектор 2 соединена с компрессором 3, при этом на трубопроводе подачи воздуха в камеру установлен отсечной клапан V1. Также компрессор 3 через коллектор 2 и трубопровод 6 соединен с внутренней полостью испытуемого изделия (сильфонного компенсатора 4), на трубопроводе 6 установлен отсечной клапан V2. Также внутренние полости камеры 1 и сильфонного компенсатора 4 соединены с трубопроводами 7 сброса давления, оснащенными отсечными клапанами V3 и V4. На линии нагнетания воздуха, сброса давления из внутренней полости сильфонного компенсатора 4 и на камере 1 установлены манометры Р1, Р2 и Р3, соответственно. Кроме этого, на камере установлен предохранительный клапан VS1.The stand consists of chamber 1, manifold 2 and compressor 3 to create excess pressure. The camera body is made of low-alloy steel, cylindrical in shape and of the required thickness to ensure structural strength under pressure. A bellows compensator 4 is installed inside the chamber, hermetically sealed at the end sides with plugs (carbon steel plates) with fittings (not shown). The bellows compensator 4 is surrounded by an electric heater 5 of the tape type. The internal cavity of chamber 1 is connected to compressor 3 through manifold 2, while a shut-off valve V1 is installed on the air supply pipeline to the chamber. Also, compressor 3 is connected through manifold 2 and pipeline 6 to the internal cavity of the test product (bellows compensator 4); shut-off valve V2 is installed on pipeline 6. Also, the internal cavities of the chamber 1 and the bellows compensator 4 are connected to pressure relief pipelines 7, equipped with shut-off valves V3 and V4. On the air injection line, pressure release from the internal cavity of the bellows compensator 4 and on chamber 1, pressure gauges P1, P2 and P3 are installed, respectively. In addition, the chamber is equipped with a safety valve VS1.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

Условия испытаний: изделие - сдвиговый сильфонный компенсатор LRR 06.0500.040.3 (455194); метод - пневматический, испытательная среда - воздух; проектные данные: температура испытательной среды (внутри изделия), согласно рабочим параметрам при эксплуатации - 210±20°C, давление среды, согласно рабочим параметрам при эксплуатации - 0,5 МПа. Режим работы при вакуумировании - перепад внутреннего давления с 0,5 МПа до вакуума за 5 секунд.Test conditions: product - shear bellows compensator LRR 06.0500.040.3 (455194); method - pneumatic, test medium - air; design data: temperature of the test medium (inside the product), according to operating parameters during operation - 210±20°C, medium pressure, according to operating parameters during operation - 0.5 MPa. The operating mode during vacuuming is the internal pressure drop from 0.5 MPa to vacuum in 5 seconds.

Камера 1 включает в себя специальные торцевые заглушки для герметизации изделия с необходимыми штуцерами для соединения с линией нагнетания воздуха и линией сброса давления. К торцевым заглушкам через элементы жёсткости (патрубки, уголки, каркасные элементы) приваривается сильфонный компенсатор 4 так, чтобы компенсатор 4 находился в середине камеры и объем второго контура был одинаковый со всех сторон. Производят подключение всех необходимых подсоединений для подачи давления и герметизируют внутреннюю полость камеры 1. После закрытия полости камеры производят запуск компрессора 3 и подачу сжатого воздуха во внешний (камера) и внутренний (испытуемое изделие, сильфонный компенсатор) контуры, одновременно производят нагрев внутренней полости изделия с помощью ленточного электронагревателя 5 до температуры 210±20°С. По достижению давления 0,6 МПа подачу сжатого воздуха прекращают, закрывают клапаны V1, V2, компрессор выключают. При достижении необходимой температуры производят сброс давления из внутренней полости изделия 4 с помощью клапана V4. Таким образом, при сбросе давления имитируются реальные условия эксплуатации - достигается перепад давлений между наружным и внутренним контуром с нагрузками эквивалентными реальным условиям при вакууме. Выдерживается в течение 2-10 минут, для оценки работоспособности изделия. Затем выполняют сброс давления из внешнего контура 1 с помощью клапана V3. После сброса давления открывают камеру 1 для отключения вспомогательных патрубков и изъятия изделия. После чего изделие 4 осматривают и проводят испытания на герметичность.Chamber 1 includes special end caps to seal the product with the necessary fittings for connection to the air injection line and the pressure relief line. A bellows compensator 4 is welded to the end plugs through stiffening elements (nozzles, corners, frame elements) so that the compensator 4 is in the middle of the chamber and the volume of the secondary circuit is the same on all sides. All necessary connections for supplying pressure are connected and the internal cavity of chamber 1 is sealed. After closing the chamber cavity, compressor 3 is started and compressed air is supplied to the external (chamber) and internal (test product, bellows compensator) circuits, while simultaneously heating the internal cavity of the product with using a belt electric heater 5 to a temperature of 210±20°C. When the pressure reaches 0.6 MPa, the supply of compressed air is stopped, valves V1, V2 are closed, and the compressor is turned off. When the required temperature is reached, pressure is released from the internal cavity of the product 4 using valve V4. Thus, when releasing pressure, real operating conditions are simulated - a pressure difference between the external and internal circuits is achieved with loads equivalent to real conditions under vacuum. Maintain for 2-10 minutes to assess the performance of the product. Pressure is then released from external circuit 1 using valve V3. After releasing the pressure, chamber 1 is opened to disconnect the auxiliary pipes and remove the product. After which product 4 is inspected and tested for leaks.

Таким образом, способ натурного испытания можно разделить на следующие фазы во внутреннем и внешнем контурах:Thus, the full-scale test method can be divided into the following phases in the internal and external circuits:

1 фаза: нагнетают давление P изб. до 0,6 МПа во внутренний контур, P изб. до 0,1 МПа во внешний контур, выдерживают не менее 2-х минут. Благодаря чему обеспечивается перепад давления/нагрузки между внутренним и внешним контуром: 0,6-0,1=0,5 МПа.1st phase: pressurize P g. up to 0.6 MPa in the internal circuit, P g. up to 0.1 MPa in the external circuit, held for at least 2 minutes. This ensures a pressure/load difference between the internal and external circuits: 0.6-0.1=0.5 MPa.

2 фаза: в течение 5 секунд, не более выпускают давление из внутреннего контура до P изб.= 0 МПа. Давление внешнего контура P изб.= 0,1 МПа остается неизменным. Возникает эквивалентная нагрузка из-за перепада давлений при резком стравливании давления до вакуума за короткое время.Phase 2: within 5 seconds, no more, release pressure from the internal circuit to Pg = 0 MPa. The external circuit pressure Pg = 0.1 MPa remains unchanged. An equivalent load arises due to the pressure difference when the pressure is suddenly released to vacuum in a short time.

3 фаза: во внутреннем контуре сохраняют давление до 0 МПа, во внешнем контуре сохраняют давление до 0,1 МПа, выдерживают не менее двух минут.Phase 3: pressure is maintained in the internal circuit to 0 MPa, pressure is maintained in the external circuit to 0.1 MPa, held for at least two minutes.

Таким образом, обеспечивают перепад давления/нагрузки между внутренним и внешним контуром, соответствующий состоянию вакуума: 0-0,1=-0,1 МПа.Thus, a pressure/load difference is provided between the internal and external circuits corresponding to the vacuum state: 0-0.1=-0.1 MPa.

В итоге получается нагрузка эквивалентная нагрузке, возникающей при перепаде давления с максимального расчетного 0,5 МПа (расчетное давление согласно рабочей документации) до вакуума (принимается условно за P избыточное равное 0 Мпа).The result is a load equivalent to the load that occurs when the pressure drops from the maximum design pressure of 0.5 MPa (design pressure according to the working documentation) to vacuum (relatively taken as P excess equal to 0 MPa).

Далее проводится визуально измерительный контроль и испытание компенсатора на герметичность (способ испытания устанавливается РКД на изделие, как правило, пузырьковый, испытательная среда - воздух).Next, visual measurement control and testing of the compensator for leaks is carried out (the test method is established by the design documentation for the product, usually bubble, test medium - air).

Использование предлагаемого способа даёт возможность проведения данного вида испытания с любыми изделиями, работа которых подразумевает возможность мгновенного падения давления внутренней среды с рабочего до вакуума, на стенде без воссоздания реальных условий эксплуатации в масштабе 1 к 1.The use of the proposed method makes it possible to conduct this type of test with any products, the operation of which implies the possibility of an instantaneous drop in the pressure of the internal environment from working to vacuum, on a bench without recreating real operating conditions on a scale of 1 to 1.

Claims (2)

1. Способ проведения испытаний изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, характеризующийся тем, что на испытуемое изделие устанавливают торцевые заглушки, помещают изделие в камеру, нагревают внутреннюю полость изделия до 20÷550°С и одновременно создают перепад давления между внутренней полостью испытуемого изделия и полостью камеры в 0,1 МПа, за счет создания избыточного давления во внутренней полости изделия и в камере, и выдерживают перепад давления в течение 2-10 минут, далее в течение 3-5 секунд производят сброс давления из внутренней полости изделия до значения избыточного давления, равного 0 МПа, сохраняя при этом давление в полости камеры равным 0,1 МПа, выдерживают испытуемое изделие при этом в течение 2-10 минут, обеспечивая при этом перепад давления между внутренней полостью изделия и полостью камеры, соответствующий вакууму -0,1 МПа. 1. A method for testing products operating under excess internal pressure, characterized by the fact that end caps are installed on the test product, the product is placed in a chamber, the internal cavity of the product is heated to 20÷550°C and at the same time a pressure difference is created between the internal cavity of the test product and chamber cavity of 0.1 MPa, due to the creation of excess pressure in the internal cavity of the product and in the chamber, and maintain a pressure drop for 2-10 minutes, then within 3-5 seconds the pressure is released from the internal cavity of the product to the excess pressure value equal to 0 MPa, while maintaining the pressure in the chamber cavity equal to 0.1 MPa, hold the test product for 2-10 minutes, while ensuring a pressure difference between the internal cavity of the product and the chamber cavity corresponding to a vacuum of -0.1 MPa . 2. Способ проведения испытаний изделий, работающих под избыточным внутренним давлением, по п. 1, характеризующийся тем, что испытуемым изделием является сильфонный компенсатор. 2. The method of testing products operating under excessive internal pressure, according to claim 1, characterized by the fact that the test product is a bellows compensator.