NO319535B1 - Fremgangsmate og anordning for styring av en pneumatisk lastpaforings- innretning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og anordning for styring av en pneumatisk lastpåføringsinnret-ning ifølge ingressen til krav 1 og krav 5.

I forskjellige lastpåførings- og testutstyr for testing av materialer brukes vanligvis servohydrauliske systemer der kraften som påføres prøven reguleres ved å regulere strøm-men og trykket av hydraulisk olje. Hydrauliske systemer har imidlertid visse ulemper. Selv de minste feil som opptrer i styringssignalene har en umiddelbar virkning på prøven som testes, og derfor krever et hydraulisk system et ekstremt nøyaktig styringssystem. I mange tilfeller, spesielt når materialer skal testes under faktiske driftsbetingelser, for eksempel i prosessindustrien eller i reaktorkjernen av et kjernekraftsanlegg, brukes materiale som skal testes i tillegg, under forholdet der bruken av et hydraulisk system er helt uaktuelt på grunn av risikoen for oljelekkasjer. I tidligere kjent teknikk finnes det også forskjellige pneumatiske systemer der kraften som påføres testprøven reguleres ved å justere strømmen og trykket av komprimert luft, jfr. patentene US 3548646 og US 3628378. I disse brukes to ventiler og trykket økes på en kontrollert måte ved å slip-pe komprimert luft inn i en trykkrets via en ventil. Trykket holdes konstant ved å holde begge ventiler lukket. Trykket minskes ved å åpne en utløpsventil. En ulempe med pneumatiske systemer som dette er unøyaktigheter og ustabi-liteter ved styringen. Åpning og lukking av ventilene, uan-sett hvor nøyaktig og forsiktig, genererer pulser i olje-strømmen og danner trykksjokk som betydelig reduserer nøy-aktigheten av måleresultatene.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å eliminere de ovennevnte ulemper. Et bestemt formål med foreliggende oppfinnelse er å tilkjennegi en ny fremgangsmåte, samt en til-svarende anordning som gjør det mulig å utføre material-forskning eller å påføre en testprøve en last på en svært nøyaktig og sikker måte under alle mulige forhold ved forskjellige trykk og temperaturer.

For de karakteristiske trekk av oppfinnelsen henvises det til kravene.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen brukes en pneumatisk lastpåføringsinnretning som omfatter et pneumatisk drivor-gan som står i forbindelse med en trykkilde som påfører en last på en testprøve og en føler for måling av virkningen av lasten på prøven. Ifølge oppfinnelsen tilføres en kontinuerlig uforstyrret og konstant gasstrømning til trykkretsen det pneumatiske kraftorgan under målingen, idet trykket i trykkretsen, dvs. kraften som påføres testprøven av kraftorganene, bare reguleres ved å justere et gasstrømut-slipp fra trykkretsen.

I en foretrukket utførelse kan den konstante gasstrøm som tilføres til trykkretsen justeres eller tilpasses til ønsket størrelse, alt etter testarrangementet som brukes i hvert tilfelle. Den konstante gasstrøm tilføres fortrinnsvis til trykkretsen fra et konstant trykk. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen holdes dermed trykket i trykkretsen av kraftorganene konstant når den innkommende gasstrøm er lik den utgående gasstrøm. Når trykket i trykkretsen skal økes, reduseres den utgående gasstrøm, og når trykket i trykk-kretsen skal minskes, minskes den utgående gasstrøm og når trykket i trykkretsen skal minskes, minskes den utgående gasstrøm. Anordningen ifølge oppfinnelsen brukes for å sty-re en pneumatisk lastpåføringsinnretning som omfatter et pneumatisk kraftorgan som står i forbindelse med en trykk-kilde som påfører en last på en testprøve og en føler for måling av virkningen av lasten på testprøven. Anordningen ifølge oppfinnelsen for styring av en lastpåføringsinnret-ning omfatter et element for en konstant strømning som opprettholder en konstant gasstrøm fra trykkilden til trykk-kretsen av kraftorganene og en styreventil for regulering av gasstrømmen som strømmer ut av trykkretsen av kraftorganene på grunnlag av informasjon som innhentes av en føler. Elementer for en konstant strøm kan for eksempel omfatte et reguleringsspjeld eller en annen egnet strupeventil, så som en nålventil, som kan brukes til å begrense gasstrømmen og gi en jevn konstant strøm. Elementet for en konstant strøm, så som et reguleringsspjeld, omfatter fortrinnsvis en jus-ter ings funksjon eller innstillingsmulighet som tillater et ønsket nivå av konstant strøm gjennom ventilen som skal stilles inn.

Reguleringsventilen som brukes omfatter fortrinnsvis en magnetstyrt eller motorstyrt servoventil som tilføres et elektrisk styringssignal via elektrisk feedback fra føleren som brukes. Anordningen omfatter derfor fortrinnsvis en styringsenhet som står i forbindelse med føleren og reguleringsventilen for styring reguleringsventilen ifølge måleresultatene som tilveiebringes av føleren.

Oppstrøms for elementet for konstant strøm omfatter anordningen fortrinnsvis en trykkreduserer for regulering av det konstanttrykk som virker på elementet for konstant strøm. Dette sikrer at gasstrømmen gjennom elementet for konstant strøm er så jevnt og uforanderlig som mulig. Fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen har vært testet under forskning på kjernekraftverksmaterialer ved styringen av belgebelastede frakturstyrketestanordninger ved et maksi-malt trykk på 200 bar. Teknikken ifølge oppfinnelsen kan også brukes i styringen av andre pneumatiske lastpåførings-innretninger.

Fordelen med oppfinnelsen sammenlignet med vanlige servohydrauliske systemer omfatter en bedre evne til å kompensere for feilsignaler som kan oppstå i styringen og det fak-tum at eventuelle lekkasjer i systemet ikke vil forurense miljøet. Styringssystemet er ytterligere bemerkelsesverdig raskt og følsomt, noe som tillater svært lave overgangshas-tigheter og små belastningskrefter. En annen fordel med oppfinnelsen er et meget lavt energiforbruk. Kombinert med et belgbelastet frakturstyrkemålingsinstrument gjør oppfinnelsen det mulig å teste materialer uten friksjonstap under trykksatte forhold, for eksempel i prosessindustrien eller i reaktorkjernen til et kjernekraftverk.

Da korreksjonsstrømmen gjennom anordningen er kontinuerlig, vil reguleringen også være kontinuerlig og uforstyrret, noe som betyr at anordningen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen også kan brukes til å kompensere for variasjoner i ytre trykk, noe som er vanskeligere med tidligere kjent teknikk der ventiler periodevis åpnes og lukkes.

I det følgende beskrives oppfinnelsen i detalj under henvisning til den vedlagte tegning som presenterer et diagram som viser en anordning ifølge oppfinnelsen.

En testprøve 1 testes i en belastningsramme 11 som omfatter et kraftorgan 3, dvs. en belg, som utøver et trykk på test-prøven 1 som hviler på understøttelsene 12. Senterbevegel-sen av testprøven måles ved hjelp av en føler 4 som for eksempel kan omfatte en LVDT-føler.

Trykkilden 2 som mater kraftorganet 3 omfatter en kompres-sor og en trykkakkumulator 13 som står i forbindelse med hverandre. Komprimert luft strømmer fra trykkilden via en trykkreduserer 10 under konstant trykk gjennom et element 5 for konstant strøm, dvs. en strupeventil, til trykkorganets 3 trykkrets 6. Mengden av gass 9 som tillates å strømme ut av trykk-kretsen 6 styres ved hjelp av en reguleringsventil 7, for eksempel en servostyrt magnetisk ventil. Hele systemet styres av en styringsenhet 8 som omfatter forsterker 14, en funksjonsgenerator 15, hovedstyringer 16 og målekort 17. Føleren 4 tilveiebringer elektrisk feedback 18 til styringsenheten 8 og den elektriske styringsinngang 19 som styrer servoventilen står på samme måte i forbindelse med styringsenheten.

Anordningen fungerer på følgende måte: Det pneumatiske ser-vostyrte trykkreguleringssystem baserer seg på et samarbeid mellom strupeventilen 5 og bare en ventil, nemlig servoventilen 7. Trykkreguleringen i det pneumatiske kraftorgans 3 trykkrets 6 bevirkes ved å minke eller øke strupningen av gasstrømmen som går gjennom servoventilen 7 mens gass-et rømmen gjennom strupeventilen 5 holdes konstant. Når mengden av gass som strømmer gjennom servoventilen strupes, vil trykket i belgen 3 som står i forbindelse med trykk-kretsen 6 øke, noe som danner en økende belastningskraft på teststangen 1. Trykkreguleringssystemets oppfinneriske idé vil komme til syne når belgtrykket skal reduseres. For å oppnå dette, reduseres strupevirkningen av servoventilen, noe som betyr at mengden av gass som går gjennom servoventilen øker og trykkforskjellene som dannes tenderer til å bli utjevnet. Når systemet prøver å utjevne trykkforskjel-len, resulterer dette i en praktisk talt ubetydelig økning av gasstrømmen gjennom strupeventilen 5; med andre ord er strømmen gjennom strupeventilen 5 praktisk talt konstant slik at servoventilen er i stand til å nedsette trykket i trykkretsen 6 til den ønskede verdi. Styringssløyfen med feedback via føleren 4 kan dermed sikkert regulere kraften som virker på testprøven 1 uten noen variasjoner i trykket og belastningen som påføres testprøven.

Anordningen gjør det lett å utføre materialtesting for eksempel i reaktortrykktanker i kjernekraftverk, fordi be-lastningsrammen som bare henger i et enkelt pneumatisk rør og en enkel elektrisk ledning kan senkes ned under praktisk talt alle forhold uten mekaniske og hydrauliske kraftover-føringsarrangement. Anordningen kan også brukes for å utfø-re konstante fortrengningsmålinger der testprøven holdes i en konstant posisjon under målingen, lineære fortrengningsmålinger, der fortrengningen forandres, dvs. økes eller minskes lineært som en funksjon av tid med en nøyaktighet på 0,05um per minutt, og konstante kraftmålinger der test-prøven utsettes for et konstant trykk under en ønsket tids-periode .

I det foregående er oppfinnelsen blitt beskrevet ved hjelp av et eksempel under henvisning til den vedlagte tegning. Forskjellige utførelser av oppfinnelsen er imidlertid mulig innenfor rammen av kravene.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for styring av en pneumatisk belast-ningspåføringsanordning omfattende et pneumatisk kraftorgan (3) som står i forbindelse med en kraftkilde (2) og som på-fører en belastning på en testprøve (1), samt en føler (4) for måling av virkningen av belastningen på testprøven, karakterisert ved at en kontinuerlig og konstant gasstrøm tilføres til en trykkrets (6) av det pneumatiske kraftorgan (3) og ved at trykket i trykkretsen holdes konstant, økes og minskes bare ved å regulere gass-strømmen som slipper ut av trykkretsen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den konstante gass-strøm justeres til nivået som er nødvendig i hver enkelt måling.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den kontinuerlige gasstrøm tilføres fra et konstant trykk.

4. Fremgangsmåte ifølge ethvert av kravene 1 - 3, karakterisert ved at fremgangsmåten an-vendes under målinger som utføres i lukkede rom, så som under kraftverk- og prosessforhold.

5. Apparat for styring av en pneumatisk belastningspåfø-ringsanordning omfattende et pneumatisk kraftorgan (3) som står i forbindelse med en trykkilde (2) og som påfører en belastning på testprøven (1), samt en føler (4) for måling av belastningsvirkningen på testprøven, karakterisert ved at apparatet omfatter et element (5) for konstant strøm som opprettholder en konstant gasstrøm fra trykkilden (2) til det pneumatiske kraftorgans (3) trykkrets (6) og en reguleringsventil (7) for regulering av en gasstrøm som strømmer ut av kraftorga-nets trykkrets på basis av informasjon som tilføres fra fø-leren (4) .

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at elementet (5) for konstant strøm er en strupeventil.

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at strupeventilen omfatter en justering for innstilling av et ønsket konstant strømnivå.

8. Apparat ifølge ethvert av kravene 5-8, karakterisert ved at reguleringsventilen (7) er en magnetstyrt eller motorstyrt servoventil.

9. Apparat ifølge ethvert av kravene 5-8, karakterisert ved at apparatet omfatter en styreenhet (8) som står i forbindelse med føleren (4) og reguleringsventilen (7), for styring av reguleringsventilen ifølge informasjonen som tilføres fra føleren.

10. Apparat ifølge ethvert av kravene 5-9, karakterisert ved at apparatet omfatter en trykkreduserer (10) før elementet (5) for konstant strøm får tilføring av et ønsket konstant trykk til elementet for konstant strøm.