Результат интеллектуальной деятельности: Стенд для испытаний баллонов гидравлическим давлением

Стенд относится к оборудованию для испытаний гидравлическим давлением преимущественно двухгорловых баллонов с резьбой в горловинах.

Стенд для испытаний баллонов гидравлическим давлением в полной комплектации должен иметь пульт управления, гидробак, систему заполнения баллона водой из гидробака, систему создания необходимого давления воды в баллоне при необходимости с устройством регулировки величины давления, испытательную камеру для размещения баллона, грузоподъемное оборудование для установки и удаления баллона из испытательной камеры, систему подачи сжатого воздуха при необходимости в баллон для ускорения удаления воды из него после испытания и работы пневмостанции, создающей необходимое давление воды в баллоне, устройства для взвешивания баллона, определения при испытании полной и остаточной объемной деформации баллона (тип 3 ГОСТ Р ИСО 11439), преобразователя давления для регистрации параметров испытания, технологическую оснастку.

Известны испытательные стенды фирмы Haskel с пневматическим приводом для испытания на прочность баллонов высокого давления водой (смотри http://www.haskel-hydro.ru/ - интернет сайт, выявлен 10.12.2014).

По своей сути это только пневмогидростанции для получения необходимого давления в баллоне во время испытания. Всю остальную инфраструктуру необходимо разрабатывать и изготавливать или приобретать самому исполнителю. Кроме того, эти стенды чрезвычайно дорогие.

Известен стенд статических испытаний на прочность группы баллонов СИ-С-Б-А-37,5/22-30/28,5-К-КСУ. Стенд предназначен для проведения гидравлического испытания на прочность группы баллонов. (http://enerprom.com/catalog/test-benches/cylinders/cylinder1/ - интернет сайт, выявлен 10.12.2014. Стенды испытательные гидравлические, Энерпром, Лист 7).

Известен также стенд испытательный СИ-СЦ-Е-А-300/0,33-0,1/7,5-К-КСУ для статических и циклических испытаний металлических емкостей гидравлическим давлением воды (см. www.enerprom.nt-rt.ru, лист 39).

Стенды обслуживаются одним оператором. При испытаниях баллонов оператор находится в изолированном помещении, удаленном от опасной зоны. Управление работой стендов и контроль параметров испытаний осуществляется с панелей пультов управления. Компьютеризированные системы управления стендов обеспечивают контроль и регистрацию параметров испытаний баллонов (смотри http://enerprom.com/catalog/test-benches/cylinders/nasosnpa300/ - интернет сайт, выявлен 10.12.2014).

Основные недостатки этих стендов:

- стенды изготавливаются на основе импортных комплектующих, поэтому их стоимость высокая;

- в связи с тем, что управление и испытательная камера в стендах находятся в разных помещениях, то для размещения узлов стендов необходима значительная площадь.

Известен стенд для гидравлических испытаний баллонов, содержащий гидросистему и пневмосистему, ручной насос для создания высокого давления в гидросистеме, управляющую работой гидросистемы и пневмосистемы аппаратуру, контролирующую аппаратуру и технологическую оснастку для присоединения баллона к гидросистеме и пневмосистеме (смотри авторское свидетельство СССР №36057. кл. G01N 3/12, 1932).

Основными недостатками этого стенда являются:

- низкая производительность (ручной насос для создания высокого давления жидкости в баллоне);

- отсутствие всей остальной инфраструктуры для выполнения необходимого комплекса работ на стенде (определение полной объемной и остаточной деформаций баллона, определение фактической вместимости и массы баллона и др.);

- не решены вопросы безопасности при испытаниях;

- затруднены условия для испытания баллонов большой вместимости из-за особенностей размещения и фиксации их на стенде и др.

Известна установка для гидравлических испытаний малолитражных баллонов ПТС «Циклон»-450 (смотри http://pto-pts.ru/catalog/service/hydro.php - интернет сайт, выявлен 10.12.2014). Установка содержит пульт управления, бокс, состоящий из пневматического и гидравлического оборудования, модуля для испытания на объемное расширение.

Основным недостатком этого стенда является то, что его можно использовать в основном для испытания баллонов малой вместимости (до 10 литров).

В качестве прототипа принят стенд для гидравлического испытания баллонов (смотри http://ohrana-bgd.narod.ru/mashin/mashin_077_l.html интернет сайт, выявлен 10.12.2014). Стенд содержит пульт управления (аппаратура управления и контроля параметров процесса), испытательную камеру, гидробак, гидравлический насос, гидравлическую систему, технологическую оснастку. В качестве испытательной камеры используется стальной шкаф. Гидробак размещен отдельно от стального шкафа. Гидравлический насос имеет ручной привод или от электродвигателя. Устройство для определения полной и остаточной деформаций баллона выполнено в виде подвижной рейки для измерения изменения высоты баллона в процессе и после испытания, контактирующей со штуцером в верхней части баллона. В качестве технологической оснастки использован штуцер, ввернутый в горловину баллона.

Основными недостатками этого стенда являются:

- низкая производительность при гидравлическом насосе с ручным приводом;

- значительная площадь, занимаемая стендом, поскольку испытательная камера и гидробак размещены раздельно друг от друга;

- отсутствие необходимой инфраструктуры для полноценного выполнения испытания (загрузка-выгрузка баллона в испытательную камеру; взвешивание баллона для определения его фактической массы и вместимости; удаление воды из баллона после испытания и др.).

Техническая задача - создание дешевого компактного стенда с широкими технологическими возможностями.

Поставленная задача решается тем, что в стенде, содержащем пульт управления, испытательную камеру, гидробак, гидросистему, технологическую оснастку, испытательная камера выполнена в виде стальной вертикальной трубы с фланцем вверху и днищем внизу, являющимся основанием бака, охватывающем трубу. Это обеспечивает компактность стенда.

Сверху камера снабжена раздвижной крышкой, образующей с фланцем трубы кольцевой замок. Это обеспечивает удобство работы и безопасность для работающих.

Половинки крышек снабжены стержневыми рукоятками с накидной планкой, ограничителями разведения крышек. Это обеспечивает удобство и безопасность для работающих.

В верхней части камеры выполнено окно, закрытое снаружи кожухом, входящем в гидробак (безопасность работы), ниже окна выполнен щелевой паз с коробчатым приемником на наружной поверхности (возможность измерения полной и остаточной объемной деформаций баллона), внутри камера снабжена двумя упорами для подвески баллона (удобство в работе).

Стенд снабжен грузоподъемным устройством в виде электротали с электронными весами, смонтированной на монорельсе, установленном на стойках, с возможностью перемещения баллона с участка установки на баллон технологической оснастки к испытательной камере, загрузки баллона в камеру и выполнения обратных действий (удобство в работе, возможность определения фактической массы и вместимости баллона).

Стенд снабжен пневмосистемой (обеспечивается работа пневмогидростанции, удаление сжатым воздухом после испытания воды из баллона).

Стенд снабжен преобразователем гидравлического давления, что позволяет осуществлять фиксацию параметров процесса испытания.

Необходимая технологическая оснастка в виде переходника с подвеской, металлического трубопровода высокого давления, указателя заполнения баллона водой, заглушки, емкости с электронными весами является универсальной для всех типоразмеров баллонов и обеспечивает решение всего комплекса задач, предусмотренной технологией испытания баллонов.

Для стенда используются отечественные материалы и комплектующие (дешевизна оборудования).

Конструкция стенда поясняется чертежами:

- Фиг. 1 - общий вид стенда;

- Фиг. 2 - общий вид испытательной камеры;

- Фиг. 3 - вид по А на Фиг. 2;

- Фиг. 4 - разрез по Б-Б на Фиг. 2;

- Фиг. 5 - разрез по В-В на Фиг. 2;

- Фиг. 6 - схема пневмогидравлическая принципиальная.

Стенд на Фиг. 1 содержит пульт управления 1, испытательную камеру 2, гидробак 3, пневмогидросистему 4 и технологическую оснастку (условно не показана).

Испытательная камера (см. Фиг. 2) выполнена в виде вертикальной стальной трубы 5 с фланцем 6 вверху и днищем внизу, являющимся основанием гидробака 3, охватывающем трубу. При испытании камера заполнена водой и баллон 7 находится в ней в погруженном состоянии. Камера снабжена раздвижной крышкой 8, половинки которой 9 и 10 (см. Фиг. 3) могут фиксировано разводиться и сводиться. Половинки крышек на трубе закреплены с помощью шарнирного устройства 11. Половинки крышек 9 и 10 снабжены кольцевым пазом, контактирующим с фланцем 6 трубы 5 с образованием кольцевого замка в сведенном положении.

На наружной поверхности половинок крышек 9 и 10 установлены стержневые рукоятки 12 и 13 для удобного сведения и разведения половинок 9 и 10 крышек. Для предотвращения несанкционированного разведения половинок крышек во время испытания баллона предусмотрена установка на рукоятки накидной планки 14. На половинках крышек 9 и 10 установлены болты 15 и 16 с цилиндрическими концами, контактирующими при разведении половинок крышек с внутренней поверхностью трубы 5 и являющимися ограничителями разведения половинок крышек. Верхняя часть трубы 5 внутри снабжена двумя упорами 17 для подвески 18, на которой через переходник 19 монтируется баллон 7. Подвеска снабжена двумя петлями для ее захвата грузоподъемным устройством. При испытании баллона к нижней горловине крепится стальной трубопровод высокого давления 20, а на верхнюю часть баллона устанавливается заглушка 21 или другая технологическая оснастка (см. Рис. 2).

В верхней части трубы 5 выполнено окно 22, закрытое снаружи кожухом 23, входящим в гидробак 3. Также в верхней части трубы 5 несколько ниже окна 22 выполнен щелевой паз 24 с коробчатым приемником воды 25 на наружной поверхности трубы.

Расчет конструктивных элементов камеры выполнен в соответствии с методикой, изложенной в Приложении 2 РД 24.200.11-90 «Сосуды и аппараты, работающие под давлением. Правила и нормы безопасности при проведении испытаний на прочность и герметичность».

Стенд снабжен грузоподъемным устройством в виде электротали с электронными весами, смонтированной на монорельсе, установленном над камерой на стойках (на Фиг. 1 не показан). Грузоподъемное устройство выполнено с возможностью перемещения баллона с участка установки на баллон технологической оснастки (на Фиг. 2 трубопровод высокого давления 20, переходник 19 для крепления баллона 7 к подвеске 18) к испытательной камере 2 (на Фиг. 2), загрузки баллона в камеру и выполнения обратных действий.

Стенд снабжен пневмогидравлической системой (см. Фиг. 6).

На схеме 26 - насос для подачи воды из бака 3 в гидросистему, 27 -пневмогидравлическая насосная станция для создания высокого давления воды с возможностью регулировки его в испытуемом баллоне 7, помещенном в испытательную камеру 2.

На пульте управления 28 размещены краны шаровые 29 и 30, регулирующие подачу сжатого воздуха, краны шаровые 31 и 32 и краны шаровые трехходовые 33 и 34, регулирующие подачу воды, манометры 35 и 36 для контроля параметров процесса и преобразователь давления 37 для фиксации параметров процесса.

Пневмогидравлическая система снабжена рукавами 38, 39, 40, 41, 42, и 43.

Рукав 38 обеспечивает подачу воды в пневмогидравлическую насосную станцию 27, рукав 42 - создание необходимого высокого давления воды в баллоне, рукава 39 и 40 - подачу сжатого воздуха в баллон и вытеснение воды из баллона в бак 3 после проведения испытания. Рукав 43, соединенный с коробчатым приемником 25 на наружной поверхности камеры, обеспечивает подачу вытесняемой воды из камеры 2 либо в гидробак 3, либо в емкость 46, установленную на электронных весах 47.

Указатель заполнения баллона водой 48 выполнен в виде трубки, сообщающей баллон с атмосферой, заглушка 49 герметизирует баллон во время испытания.

Конструктивное исполнение элементов технологической оснастки и устройств для присоединения рукавов условно не рассматривается.

Работу на стенде осуществляют следующим образом (см. Фиг. 6).

Вначале камеру 2 заполняют водой до такого уровня, чтобы при погруженном в камеру баллоне 6 зеркало воды было бы на уровне нижней кромки щелевого паза в камере или несколько ее ниже. Для этого включают насос 26, трехходовые краны 33 и 34 и с помощью рукава 42 заполняют камеру 2 водой до необходимого уровня.

На специальном участке на баллон снизу устанавливают трубопровод высокого давления 20, сверху переходник 19 и подвеску 18 (см. Фиг. 2). На электроталь навешивают электронные весы. С помощью электротали баллон за подвеску поднимают и транспортируют к камере. Затем баллон опускают в камеру. Рукав 43 должен быть опущен в бак 3. К верхней части баллона присоединяют указатель заполнения водой 48, к трубопроводу высокого давления - рукав 42. Включают насос 26 (трехходовые краны 33 и 34 должны быть открыты), и заполняют баллон водой до тех пор, пока она не начнет выливаться из трубки указателя 48. При этом гарантируется полное заполнение баллона водой и отсутствие в нем воздуха.

Далее вместо указателя заполнения 48 на верхнюю часть баллона 7 устанавливают заглушку 49, а трубопровод высокого давления 20 соединяют с рукавом высокого давления 41. Контролируют уровень зеркала воды в камере относительно нижней кромки щелевого паза. При уровне воды ниже нижней кромки щелевого паза вручную доливают недостающий объем воды, чтобы зеркало воды стало на уровне нижней кромки щелевого паза. Рукав 43 направляют в емкость 46.

После этого баллон испытывают, нагружая его необходимым давлением. Для этого включают подачу воздуха от сети в насосную станцию 27, открывая кран шаровый 29 (кран 30 должен быть закрыт). Переключают кран шаровый трехходовой 33 на подачу воды от насоса 26 в насосную станцию 27, открывают кран шаровый 31 (кран 32 должен быть закрыт). Давление в баллоне контролируют двумя манометрами 35 и 36. Скорость нагружения баллона давлением регулируют элементами управления насосной станции 27. При достижении необходимого давления в баллоне дают выдержку. Для этого закрывают кран шаровый 31. Прекращают подачу воздуха и воды в насосную станцию 27, закрывая кран шаровый 29 и отключают насос 26.

Поскольку баллон, упруго деформируясь в процессе испытания, увеличивает свой объем, то зеркало воды в камере повышается, и через щелевой паз она перетекает в коробчатый приемник 25, а оттуда через рукав 43 в емкость 46. Весы 47 покажут полную объемную деформацию баллона в килограммах (литрах), которую можно пересчитать в процентах от вместимости баллона.

После выдержки снимают давление в баллоне. Для этого открывают кран шаровый 32, и избыточный объем воды из баллона перетекает в гидробак 3 по трубопроводу 39.

Наличие или отсутствие остаточной объемной деформации контролируют переливанием воды из емкости 46 в камеру 2. Если при переливании в камеру воды из емкости 46 зеркало воды оказалось на уровне нижнего края щелевого паза и при этом некоторый объем воды остался в емкости 46, то этот объем воды, взвешенный на весах в килограммах (литрах), будет характеризовать остаточную объемную деформацию баллона.

После окончания испытания от баллона отсоединяют заглушку 49, вместо нее присоединяют рукав 40, от трубопровода высокого давления 20 отсоединяют рукав 41 и вместо него присоединяют рукав 42. Открывают трехходовой кран 34 (кран 33 должен быть закрыт) и, открывая кран шаровый 30, подают сжатый воздух в баллон. Вытесняемая из баллона вода по рукаву 39 поступает в бак 3.

При подъеме с помощью тали баллона за подвеску из камеры определяют массу баллона с технологической оснасткой (подвеска, переходник, трубопровод высокого давления).

Зная массу технологической оснастки, легко определить фактическую массу баллона, вычитая из массы, зафиксированной на электронных весах, массу технологической оснастки.

Можно определить и фактическую вместимость баллона, если до продувки воздухом взвесить его вместе с водой и технологической оснасткой. Вычитая из полученного значения массы на весах массу баллона и массу технологической оснастки, получим фактическую вместимость баллона в килограммах (литрах).

Баллон 6 транспортируют на участок демонтажа технологической оснастки (подвеска, переходник, трубопровод высокого давления).

Все параметры процесса испытания фиксируются соответствующей аппаратурой, присоединенной к преобразователю давления 37.

Далее цикл испытания может быть повторен.

В случае возможного разрушения баллона камера надежно предохраняет работающего от поражения, а выброс воды из камеры произойдет в гидробак через окно 22 и кожух 23 на ее наружной поверхности.

Таким образом, заявляемый стенд для гидравлических испытаний баллонов характеризуется:

- дешевым исполнением, поскольку для изготовления его используются отечественные материалы и комплектующие;

- компактным исполнением в связи с тем, что испытательная камера размещена в гидробаке;

- безопасными условиями для работающих - испытание в закрытой камере с возможностью сброса воды при разрушении баллона в гидробак;

- широкими технологическими возможностями (транспортирование, загрузка-выгрузка баллона из камеры, испытание баллонов различной вместимости и различным давлением, заполнение и удаление воды из баллона, определение полной и остаточной объемной деформации баллона, определение фактической вместимости и массы баллона);

- удобствами в работе - все этапы в работе выполняются на одном рабочем месте одним оператором.

На стенде можно проводить:

- автофреттирование баллонов, нагружая их перед испытанием пробным давлением автофреттирования;

- испытание баллонов пробным давлением;

- испытание лейнеров пробным давлением;

- определение давления разрушения лейнеров в защиту партий;

- нагружение баллонов пробным давлением при их переосвидетельствовании.

Стенд, представленный в описании, работает на одном из предприятий г. Ижевска при изготовлении металлокомпозитных баллонов 3 типа (ГОСТ ИСО 11439) вместимостью до 210 литров на рабочее давление до 39,2 МПа.