Устройство для испытания трубопроводов на прочность

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1670492 А 51)5 С 01 й 3/1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКО(54) УСТАНОВКА НА ДЛИТЕЛЬНУЮ (57) Изобретение о ной технике, в час прочность, Цель из ние испытаний к ус тем создания ю ВО 3 ь ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Уральский филиал Всесоюзного теплотехнического научно-исследовательскогоинститута им. ф.Э.Дзержинского(56) Авторское свидетельство СССР1 Ф 1295277, кл. 6 01 й 3/12, 1985. ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРУБПРОЧНОСТЬтносится к испытатель- ности к испытания;1 на обретения - приближеловиям эксплуатации пу- нерэвномерного распределения температурных напряжений в стенках испытуемой трубы при сравнительных испытаниях. Эталонная труба 9 размещена в нагревательной секции 5, а испытуемая труба 10 последовательно в соответствии с режимом нагрева размещается в секциях 6, 7, 8. Имеется бак 16, одна из стенок которого образует в секциях 6, 7, 8 охлаждаемые экраны 13. 14, 15 неравной площади. Бак 16 сообщен с коллектором-охладителем 20, который сообщен с накопителем дренажа 21. Испытуемая труба 10 выдерживается в каждой секции заданный промежуток времени. Затем секция 4 сообщается с секцией 5 для выравнивания температур. Испытания ведут до разрушения одной из труб, после чего производят оценку длительной прочности. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.Изобре 1 ение относится к испыгательнои технике, в частности к испытаниям напрочность.Цель изобретения - приближение испытаний к условиям эксплуатации путем создания заданного температурного режима котельных труб,На фиг, 1 схематично изображена предлагаемая установка; на фиг, 2 и 3 - промежуточное и рабочее положение заслонки в нагревательной секции,Стендовая установка содержит первую 1, вторую 2, третью 3, четвертую 4 и пятую 5 нагревательные секции трубчатой формы, последовательно расположенные в корпусе б в вертикальной плоскости заслонки 7, установленные в секциях 1-4, перегородку 8, изолирующую секции 4 от секции 5, первую 9 и вторую 10 испытуемые трубы, заполненные конденсатом и установленные в секциях 4 и 5, сварные швы 11 на трубах 9 и 10, датчики 12 температуры в нагревательных секциях, установленные в секциях 1 - 3 водоохлаждаемые экраны 13 - 15 бака 16, покрытого тепловой изоляцией 17 и заполненного конденсатом, датчики 18 и 19 температуры и давления среды в баке 16, коллектор-охладитель 20, накопитель 21 дренажа с наружным слоем тепловой изоляции, первый 22 опускной и второй 23 пароотводящий трубопроводы, соединяющие бак 16 с коллектором-охладителем 20, перфорированный коллектор-водоприемник 24 на трубопроводе 22 в баке 16, пароприемник 25 на трубопроводе 23, датчики 26 и 27 температуры и давления среды в коллекторе 20, датчики 28 и 29 температуры и давления среды в охладителе дренажа, третий 3 трубопровод в секции 4, четвертый 31 трубопровод в секции 5, установленный между трубопроводами 30 и 31 шиберный затвор 32, соединяющие охладитель 20 с накопителем дренажа 21 пятый перепускной трубопровод 33 с установленным на нем отсечным клапаном 34 шестой 35 сбросной трубопровод с установленным на нем предохранительным клапаном 36, теплоизолирующий диск 37, связанный с испытуемой трубой 10,рышку 38 секции 5, раму 39, установленный на ней электродвигатель 40, привод осевого перемещения несущего диска, включающий первую муфту 41 сцепления, шестерню 42, зубчатое колесо 43 с резьбовой втулкой 44, в которой расположен ходовой винт 45 с несущим диском 46, кронштейн 47 с направляющим штоком 48, установленным во втулке 49 на раме 33, привод перемещения заслонок, включающий вторую муфту 50 сцепления, шестерню 51, зубчатое колесо 52, установленный до втулках 53 и 54 на раме 39 валик 55 с зубчатыми колесами 56 и установленные в закрепленных на корпусе 1 направляющихобоймах 57 зубчатые рейки 58, жестко свя 5 занные с заслонками 7, в которых выполнены пазы 59. Корпус б с нагревательнымисекциями установлен в теплозащитномкольце 60 и жестко закреплен на раме 39, накоторой расположена панель 61 со светоди 10 одными указателями 62, кнопками 63 включения электродвигателя 40, кнопкой 64реверса электродвигателя, концевой выключатель 65, расположенный на раме 39,и контакт 66 на диске 46. Водоохлаждаемый15 экран 13 составляет около 30 площадинагревательной секции, экран 14 - около15 и экран 15 - около 10 . Экраны расположены в нагревательных секциях с однойстороны и служат для имитации обмуровки,20 от которой трубы получают небольшое количество тепла,В исходном положении испытуемая труба 9 установлена в нагревательной секции5. труба 10 на проставке 37 установлена в25 секции 1 (показано пунктиром), заслонкинаходятся в рабочем положении как показано на фиг, 3 и отделяют одну секцию отдругой, Шиберный затвор 32 закрыт. Трубопроводы 30 и 31 отделены один от друго 30 го, Отсечной клапан 33 закрыт.Несущий диск 46 отведен иэ секции 1 вкрайнее нижнее положение до соприкосновения контакта 66 с концевым выключателем 65, Коллектор-охладитель 20 и35 накопитель дренажа 21 наполовину заполнены конденсатом,Стендовая установка работает следующим образом.Включают нагревательную секцию 1 и40 нагревают испытуемую трубу 10, при этомиз секции 1 происходит непрерывный отводтепла водоохлаждаемым экраном 13. Соотношение площади нагрева и охлаждениявыбрано с учетом реализации режима не 45 равномерного теплового нагружения, соответствующего одному из режимов топкикотла, При нагреве тепловая нагрузка распределяется неравномерно по периметрутрубы, Около 70% поверхности испытуемой50 трубы со стороны секции подвергается интенсивному нагреву и около 30% поверхности трубы со стороны водоохлаждаемогоэкрана нагревается незначительно. Температура поверхности трубы со стороны сек 55 ции превышает температуру трубы состороны водоохлаждаемого экрана.Разность температур на поверхноститрубы вызывает термические напряжения,вли"ощие на прочность металла.50 55 В процессе нагрева часть тепла из секции 1 отводится через заслонку 7 в секцию 2, в которой происходит подогрев образующейся в результате сгорания трубы газовоздушной среды, а теплоизолирующий диск 37 препятствует отводу тепла из секции через нижнюю заслонку. Контроль температуры среды в секции 1 осуществляют с помощью датчика 12.При нагреве испытуемой трубы в секции 1 загорается светодиодный указатель 62. расположенный на панели 61. Одновременно включают нагревательную секцию 5 и нагревают испытуемую трубу 9.Испытания трубы 9 ведут в режиме постоянно нарастающей равномерной нагрузки, а затем при заданной температуре, контролируемой датчиком 12. Перегородка 8 и крышка 38 обеспечивают защиту нагревательной секции 5 от воздействия внешней среды. С выдержкой заданного интервала времени отключают секцию 1, в которой происходит медленное понижение температуры среды и испытуемой трубы 10, Включают электродвигатель 40 и муфту сцепления 50, в результате чего получают вращател ьное движение шестерни 51, находящееся в зацеплении с ней зубчатое колесо 52 и валик 55, который вращается во втулках 52 и 54. При вращении валика 55 получают вращение зубчатые колеса 56, находящиеся в зацеплении с зубчатыми; ейками 58, которые получают поступательное движение в направляющих обоимах 57. Вместе с рейками 58 поступательно движутся заслонки 7 в секциях 1 - 4 и открывают секции для поступательного перемещения в них испытуемой трубы 10, Для того, чтобы испытуемая труба 10 могла удерживаться в секции, заслонки 7 вначале приоткрывают, как показано на фиг, 2, и останавливают в положении, при котором несущий диск 46 может свободно войти в паз 59 заслонки 7, при этом отключают муфту 50 сцепления от электродвигателя 40, Шестерня 51, колесо 52, валик 55, колесо 56 и зубчатая рейка 58 привода перемещения заслонки останавливаются.Включают муфту 41 сцепления, при этом получают вращение шестерни 42, колесо 43 и резьбовая втулка 44,Ходовой винт 45 и направляющий шток 48 на кронштейне 47 получают поступательное движение в вертикальной плоскости.Несущий диск 46 перемещается, входит в паз 59 заслонки 7 и соприкасается с теплоизолирующим диском 37 трубы 10, после чего муфта сцепления 41 отключается, шестерня 42, колесо 43, ходовой винт 45 и несущий диск 46 привода осевого 5 10 15 20 25 30 35 40 45 перемещения останавливаются. При перемещении ходового винта 45 контакт 66 отрывается от концевого выключателя 65.При соприкосновении несущего диска 46 с диском 37 включается муфта 50 привода перемещения заслонок 7, которые перемещаются и полностью выходят из секции, в результате чего обеспечивается воэможность свободного перемещения испытуемой трубы 10 из одной секции в другую.При выводе заслонок 7 из секций 1-4 муфта 50 выключается и привод перемещения заслонок останавливается. Включается муфта 41 привода осевого перемещения несущего диска 46, который перемещается в секции 1, несет на себе диск 37, испытуемую трубу 10 и входит в секцию 2,При установке трубы 10 в секции 2 муфта 41 отключается и привод перемещения несущего диска останавливается, Включают реверс электродвигателя 40. В ключают муфту 50 привода перемещения заслонок 7, которые движутся в обратном направлении. Паэ 59 заслонки 7 во второй секции подходит к несущему диску 46, муфта 50 выключается и привод перемещения заслонок останавливается. Заслонки перекрывают часть сечения секции, в связи с чем заслонка в секции 2 удерживает диск 37 и трубу 10 в заданном положении.Включается муфта 41 привода перемещения несущего диска 46, который движется в обратном направлении, выходит из соприкосновения с диском 37, выводится изпаза 59 заслонки 7, затем из секции 2 и 1 до соприкосновения контакта 66 с концевым выключателем 65, в результате чего муфта 41 выключается и привод перемещения несущего диска 46 останавливается. после чего в описанном порядке заслонки 7 полностью закрываются. Испытуемая труба 10 и диск 37 устанавливаются в секции 2 для продолжения нагрева. Включается секция 2, в которой происходит нагрев испытуемои трубы 10. Нагрев трубы 10 в секции 2, а затем в секции 3 ведется аналогично режиму нагрева трубы в секции 1 но так как площади водоохлаждаемых экранов 14 и 15 меньше площади экрана 13, в секциях 2 и 3 происходит более интенсивный нагрев трубы по периметру и по высоте, Неравномерный нагрев в секциях 2 и 3 вызывает дополнительные напряжения в трубе.Таким образом, последовательный характер испытаний трубы в секциях 1 - 3 на различных режимах теплового нагружения, неравномерное распределение температуры по поверхности трубы и возникающие в металле напряжения оказывают влияние нв сварной шов, который по прочности может5 10 отличаться от сварного шва 11 трубы 9, нагреваемой равномерно в секции 5.После проведения нагрева в секциях 1 - 3 трубу 10 в указанном порядке перемещают и устанавливают в секции 4, в которой ведут нагрев трубы при повышенной температуре в условиях равномерного нагрева, С выдержкой интервала времени выравнивают температуру в секциях 4 и 5 и открывают шиберный затвор 32, при этом трубопроводы 30 и 31 сообщаются между собой. Нагревательная секция 4 через трубопроводы 30 и 31 соединяется с секцией 5. По трубопроводам 30 и 31 происходит перетекание образуемой в результате обгорания труб газовоздушной среды иэ одной секции в другую и сближение градиента температур в этих секциях. Достигнутое равенство температур в секциях 4 и 5 является началом отсчета времени испытаний котельных труб на длительную прочность, При разрушении одной из труб под действием температуры и внутреннего давления испытания заканчиваются.При нагреве испытуемой трубы 10 в секциях 1 - 3 экраны 13-15 отводят тепло из секций в бак 16, заполненный холодным конденсатом, Для уменьшения теплообмена бака с внешней средой его наружные стенки покрыты тепловой изоляцией 17. Температура и давление среды в баке 16 контролируются датчиками 18 и 19.В процессе нагрева температуры конденсата повышается, в баке образуется паросодержащая среда, давление которой повышается.При интенсивном парообразовании пар поступает в пароприемник 25 и по пароотводящему трубопроводу 23 в коллектор-охладитель 20, наполовину заполненный конденсатор. Пар, поступающий в охлади- тель 20, соприкасается со стенками коллектора, охлаждается, конденсируется и смешивается с конденсатом, находящимся в коллекторе, Одновременно по опускному трубопроводу 22 иэ охладителя 20 конденсат поступает в бак 16 через перфорированный коллектор-водоприемник 24, улучшающий процесс смешивания холодной и горячей жидкости, При длительной работе нагревательных секций 13-15 интенсивность парообразования в баке 16 возрастает, выходящий из трубопровода 23 пар не успевает конденсироваться в охладителе 20, в котором повышается температура и давление среды. При повышении давления в охладителе 20 срабатывает предохранительный клапан 36, и пароотводящая смесь иэ коллектора 20 через открытый клапан 36 15 20 25 30 35 40 45 50 55 по трубопроводу 35 поступает в накопитель дренажа 21, также наполовину заполненный холодным конденсатом, где охлаждается, конденсируется и смешивается с конденсатом. В результате частых срабатываний клапана 36 и выхлопа паросодержащей среды в охлэдитель 21 дренажа количество конденсата в коллекторе 20 уменьшается, а в коллекторе 21 увеличивается, при этом уровень жидкости в коллекторах 20 и 21 изменяется,При открытом клапане 34 конденсат из коллектора 21 по трубопроводу 33 перетекает в коллектор 20 и уровень жидкости в них выравнивается, Температура и давление среды в коллекторах 20 и 21 контролируется датчиками 26-29, Оснащение бака 16 и коллекторов 20 и 21 датчиками темгературы и давления обеспечивает надежный контроль за состоянием среды, а наличие коллекторов-охладителей, один из которых соединен с баком, обеспечивает надежную циркуляцию жидкости и пара в замкнутом технологическом цикле, охлаждение паросодержэщей среды, постоянную подпитку бака холодным конденсатом, саморегулирование температуры и давления охлаждающей жидкости в баке 16, в результате чего снижается вероятность разрушения бака и создаются условия для безопасного ведения работ на стендовой установке,Формула изобретения 1. Устройство для испытания трубопроводов на прочность, содержащее нагревательную камеру для размещения испытуемой и эталонной труб, коллекторохладитель, накопитель дренажа, блок управления и регистрирующую аппаратуру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью приближения испытаний к условиям эксплуатации путем создания неравномерного распределения температурных напряжений в стенках испытуемой трубы при сравнительных испытаниях, камера выполнена в виде набора секций, одна из которых предназначена для размещения эталонной трубы и теплоиэолирована от других секций. а другие предназначены для размещения испытуемой трубы и выполнены с возможностью периодической их изоляции одна от другой, установка снабжена баком с охлаждающей жидкостью. одна из стенок которого контактирует с секциями так, что площадь контакта последовательно убывает, приводом перемещения испытуемой трубы из одной секции в другую, последняя секция для испытуемой трубы выполнена с возможно10 1670492 2, Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения безопасности, коллектор-охладитель сообщен с накопителем дренажа посредством отсечного 5 и предохранительного клапанов. Фиг Составитель В, Лазареваедактор Л. Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор В. Гирн 2742ИИПИ Го Тираж 371ственного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, Рауш оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 стью периодического сообщения с секцией для эталонной трубы посредством затвора, бак сообщен с коллектором-охладителем посредством трубопроводов для подвода и отвода жидкости,Подписноеениям и открытиям при ГКНТ Сая наб., 4/5