RU198041U1 - Installation for testing a tube sample for thermal fatigue - Google Patents

Installation for testing a tube sample for thermal fatigue Download PDF

Info

Publication number
RU198041U1
RU198041U1 RU2020107828U RU2020107828U RU198041U1 RU 198041 U1 RU198041 U1 RU 198041U1 RU 2020107828 U RU2020107828 U RU 2020107828U RU 2020107828 U RU2020107828 U RU 2020107828U RU 198041 U1 RU198041 U1 RU 198041U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
installation
heating element
testing
cooling medium
Prior art date
Application number
RU2020107828U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Григорьевич Бычков
Алексей Викторович Першин
Артем Шамилевич Хамидуллин
Владимир Валерьевич Авруцкий
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова"
Priority to RU2020107828U priority Critical patent/RU198041U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU198041U1 publication Critical patent/RU198041U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/60—Investigating resistance of materials, e.g. refractory materials, to rapid heat changes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована при проведении механических испытаний труб и трубных соединений в условиях сложного напряженно-деформированного состояния. Установка содержит устройство для термоциклирования в виде концентрично размещенного внутри трубного образца полого нагревательного элемента, полость которого сообщается с источником охлаждающей среды. Между внутренней поверхностью образца и внешней поверхностью нагревательного элемента образован зазор, величину которого определяют из заданного соотношения. Захваты для крепления образца выполнены в виде герметизирующих заглушек, расположенных на траверсах установки. Средство осевого нагружения выполнено в виде по крайней мере двух симметрично расположенных гидроцилиндров, шарнирно связанных с траверсами установки. Для нагружения образца внутренним давлением используют в качестве рабочего тела жидкость, которая подается при помощи средства подачи, выполненного в виде установленного в одной из заглушек клапана. Технический результат заключается в создании установки для испытания трубного образца на термоусталость в условиях сложного напряженно-деформированного состояния путем регулирования скорости нагрева и охлаждения при одновременном нагружении образца внутренним давлением. 1 ил.The utility model relates to testing equipment and can be used for mechanical testing of pipes and pipe joints in a complex stress-strain state. The installation comprises a thermal cycling device in the form of a hollow heating element concentrically placed inside the tube sample, the cavity of which communicates with the source of the cooling medium. Between the inner surface of the sample and the outer surface of the heating element, a gap is formed, the value of which is determined from a given ratio. The grips for mounting the sample are made in the form of sealing caps located on the traverse of the installation. The axial loading tool is made in the form of at least two symmetrically located hydraulic cylinders pivotally connected to the traverse of the installation. To load the sample with internal pressure, a liquid is used as a working fluid, which is supplied by means of a feed made in the form of a valve installed in one of the plugs. The technical result consists in the creation of an installation for testing a tube sample for thermal fatigue in a complex stress-strain state by controlling the heating and cooling rates while loading the sample with internal pressure. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытания трубного образца на термоусталость, и может быть использована для проведения механических испытаний труб и трубных соединений в условиях сложного напряженно-деформированного состояния.The utility model relates to the field of testing equipment, namely, installations for testing a tube sample for thermal fatigue, and can be used to conduct mechanical tests of pipes and pipe joints under conditions of complex stress-strain state.

В процессе эксплуатации трубопроводов большого диаметра (>50 мм) различного назначения они подвергаются действию сложных комплексных нагрузок. Это может быть воздействие внутреннего давления протекающего по трубопроводу газа или жидкости, воздействие внешних растягивающих и сжимающих нагрузок, воздействие нагрузок, возникающих при термическом расширении или сжатии в результате нагрева и/или охлаждения труб, воздействие изгибающих нагрузок, возникающих от действия внешних связей или в результате деформации длинных отрезков труб, а также комплексное воздействие перечисленных факторов.During operation of large diameter pipelines (> 50 mm) for various purposes, they are exposed to complex complex loads. This may be the effect of internal pressure of a gas or liquid flowing through the pipeline, the effect of external tensile and compressive loads, the effects of loads arising from thermal expansion or contraction as a result of heating and / or cooling of pipes, the effect of bending loads arising from external bonds or as a result deformation of long pipe sections, as well as the complex effect of these factors.

Известна установка для испытания трубного образца, содержащая основание с размещенными на нем захватами для крепления испытуемого образца, средство осевого нагружения, тензометрический узел, средство нагрева образца и рабочее тело, размещенное в полости образца (RU 2187794, 2002). В известном техническом решении захваты выполнены в виде разъемной матрицы, средство осевого нагружения выполнено в виде нажимного пуансона, предназначенного для взаимодействия с рабочим телом, выполненным в виде термостойкого неэлектропроводного материала, а средство нагрева выполнено в виде трансформатора. Образец в процессе испытания нагревают и нагружают внутренним давлением путем воздействия пуансона на рабочее тело. Существенным недостатком известного технического решения являются ограниченные технические возможности, связанные с невозможностью проведения испытания образца на термоусталость путем его термоциклирования в условиях сложного напряженно-деформированного состояния.A known installation for testing a tube sample, comprising a base with grips placed on it for fastening the test sample, axial loading means, strain gauge assembly, sample heating means and working medium located in the sample cavity (RU 2187794, 2002). In the known technical solution, the grippers are made in the form of a detachable matrix, the axial loading means is made in the form of a pressure punch designed to interact with a working fluid made in the form of a heat-resistant non-conductive material, and the heating means is made in the form of a transformer. The test sample is heated and loaded with internal pressure by the action of the punch on the working fluid. A significant drawback of the known technical solution is the limited technical capabilities associated with the inability to test the sample for thermal fatigue by thermocycling it under conditions of a complex stress-strain state.

Известен стенд для испытания трубного образца, содержащий траверсы с размещенными на них захватами для крепления испытуемого образца, герметизирующие заглушки, предназначенные для крепления на фланцах испытуемого образца, тензометрический узел, средство нагружения образца механической нагрузкой и рабочее тело, размещенное в полости образца (RU 2222800, 2004). В известном техническом решении осуществляют испытание образца в условиях малоциклового нагружения за счет нагружения переменным изгибом и одновременного создания переменного внутреннего давления.A well-known test bench for a tube sample, containing traverses with grippers placed on them for fastening the test sample, sealing plugs intended for fastening on the flanges of the test sample, a strain gauge assembly, means for loading the sample with mechanical load, and a working fluid placed in the cavity of the sample (RU 2222800, 2004). In a known technical solution, the sample is tested under low-cycle loading due to loading by an alternating bend and at the same time creating an alternating internal pressure.

Известна установка для испытания трубного образца, содержащая опоры для крепления испытуемого образца, тензометрический узел, средство нагружения образца механической нагрузкой, устройство для термоциклирования образца и рабочее тело, размещенное в полости образца (RU 2265815, 2005). В известном техническом решении образец нагружают изгибающей нагрузкой, в качестве тензометрического узла используют фиксаторы изгиба, устройство для термоциклирования выполнено в виде ванны с водой, а в качестве рабочего тела используют газ. В процессе испытания образец нагружают внутренним давлением и проводят термоциклирование, которое осуществляют путем выдержки в ванне, температуру воды в которой циклически изменяют от 16°С до 95°С и обратно, что сопровождается колебанием давления во внутренней полости образца и приводит к циклическим колебаниям осевых, тангенциальных и радиальных напряжений.A known installation for testing a tube sample, containing supports for mounting the test sample, a strain gauge assembly, means for loading the sample with mechanical load, a device for thermal cycling of the sample, and a working fluid located in the cavity of the sample (RU 2265815, 2005). In a known technical solution, the sample is loaded with a bending load, bend clamps are used as the tensometric assembly, the device for thermal cycling is made in the form of a bath with water, and gas is used as the working fluid. During the test, the sample is loaded with internal pressure and thermal cycling is carried out, which is carried out by holding in a bath, the water temperature in which is cyclically changed from 16 ° C to 95 ° C and vice versa, which is accompanied by pressure fluctuations in the internal cavity of the sample and leads to axial cyclic oscillations, tangential and radial stresses.

Общим существенным недостатком известных технических решений (RU 2222800, RU 2265815) являются ограниченные технические возможности, связанные с невозможностью проведения испытаний в условиях сложного напряженно-деформированного состояния при регулировании скорости нагрева и охлаждения образца.A common significant drawback of the known technical solutions (RU 2222800, RU 2265815) is the limited technical capabilities associated with the inability to conduct tests in a complex stress-strain state when controlling the heating and cooling rate of the sample.

Известна установка для испытания трубного образца на термоусталость, содержащая траверсы с размещенными на них захватами для крепления испытуемого образца, средство осевого нагружения образца, устройство для термоциклирования образца, включающее средства нагрева и охлаждения образца (CN 108562505, 2018). Известное техническое решение обеспечивает возможность проведения испытания образца на термоусталость в условиях сложного напряженно-деформированного состояния при регулировании скорости нагрева и охлаждения образца. Однако, его существенным недостатком являются ограниченные технические возможности, связанные с невозможностью испытания трубного образца при одновременном нагружении образца внутренним давлением в процессе испытаний.A known installation for testing a tube sample for thermal fatigue, containing traverses with grippers placed on them for fastening the test sample, means for axial loading of the sample, a device for thermal cycling of the sample, including means for heating and cooling the sample (CN 108562505, 2018). The known technical solution provides the ability to test the sample for thermal fatigue in a complex stress-strain state when controlling the heating and cooling rate of the sample. However, its significant drawback is the limited technical capabilities associated with the impossibility of testing a tube sample while loading the sample with internal pressure during the test process.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является установка для испытания трубного образца на термоусталость, содержащая траверсы с размещенными на них захватами для крепления испытуемого образца и тензометрическим узлом на одной из траверс, средство осевого нагружения образца, устройство для термоциклирования образца, выполненное в виде предназначенного для концентричного размещения внутри образца нагревательного элемента, рабочее тело, размещенное в образованном между внутренней поверхностью образца и внешней поверхностью нагревательного элемента зазоре, и источник охлаждающей среды (RU 186813, 2019). В известном техническом решении в качестве рабочего тела используют слой медной фольги для обеспечения равномерного нагрева между нагревательным элементом и стенками образца. Для предотвращения нагрева элементов установки и потери тепла устанавливают фторопластовые прокладки, а в качестве источника охлаждающей среды используют вентилятор, установленный с внешней стороны испытуемого образца. Известное техническое решение обеспечивает возможность испытания образцов в условиях сложного напряженно-деформированного состояния при циклическом нагреве и охлаждении. Существенным недостатком известного технического решения является невозможность проведения испытания образца на термоусталость при одновременном нагружении образца внутренним давлением в процессе испытания.The closest set of essential features to the claimed technical solution is the installation for testing a tube sample for thermal fatigue, containing a traverse with grippers placed on them for fastening the test sample and a strain gauge assembly on one of the traverses, means for axial loading of the sample, a device for thermal cycling of the sample, made in in the form of a heating element intended for concentric placement inside the sample, a working fluid placed in the gap formed between the internal surface of the sample and the external surface of the heating element, and a source of cooling medium (RU 186813, 2019). In the known technical solution, a layer of copper foil is used as the working fluid to ensure uniform heating between the heating element and the walls of the sample. To prevent heating of the installation elements and heat loss, fluoroplastic gaskets are installed, and a fan installed on the outside of the test sample is used as a source of cooling medium. Known technical solution provides the ability to test samples in a complex stress-strain state during cyclic heating and cooling. A significant disadvantage of the known technical solution is the impossibility of testing the sample for thermal fatigue while loading the sample with internal pressure during the test.

Техническая проблема, решаемая созданием заявляемой полезной модели, заключается в расширении арсенала технических средств, а именно в создании установки, обеспечивающей возможность испытания образца на термоусталость в условиях сложного напряженно-деформированного состояния путем регулирования скорости нагрева и охлаждения при одновременном нагружении образца внутренним давлением.The technical problem solved by the creation of the claimed utility model consists in expanding the arsenal of technical means, namely, in the creation of an installation providing the possibility of testing the sample for thermal fatigue under conditions of a complex stress-strain state by controlling the heating and cooling rates while loading the sample with internal pressure.

Технический результат, обеспечиваемый предлагаемой полезной моделью, заключается в реализации ее назначения, т.е. в создании установки для испытания трубного образца на термоусталость в условиях сложного напряженно-деформированного состояния путем регулирования скорости нагрева и охлаждения при одновременном нагружении образца внутренним давлением.The technical result provided by the proposed utility model is to realize its purpose, i.e. in creating an installation for testing a tube sample for thermal fatigue under conditions of a complex stress-strain state by adjusting the heating and cooling rates while loading the sample with internal pressure.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в установке для испытания трубного образца на термоусталость, содержащей траверсы с размещенными на них захватами для крепления испытуемого образца и тензометрическим узлом на одной из траверс, средство осевого нагружения образца, устройство для термоциклирования образца, выполненное в виде предназначенного для концентричного размещения внутри образца нагревательного элемента, рабочее тело, размещенное в образованном между внутренней поверхностью образца и внешней поверхностью нагревательного элемента зазоре, и источник охлаждающей среды, захваты выполнены в виде герметизирующих заглушек, предназначенных для крепления на фланцах испытуемого образца, средство осевого нагружения образца выполнено в виде по меньшей мере двух симметрично расположенных гидроцилиндров, шарнирно связанных с одной из траверс, а штоки гидроцилиндров шарнирно связаны с другой траверсой, нагревательный элемент выполнен трубчатым, внутренняя полость которого сообщена с источником охлаждающей среды, рабочее тело представляет собой жидкость, а установка снабжена средством подачи рабочего тела в зазор, выполненным в виде установленного в одной из заглушек клапана, при этом величина зазора определяется из соотношения:The claimed technical result is achieved due to the fact that in the installation for testing a tube sample for thermal fatigue, containing a traverse with grippers placed on them for fastening the test sample and a strain gauge assembly on one of the traverses, means for axial loading of the sample, a device for thermal cycling of the sample, made in the form designed for concentric placement of the heating element inside the sample, the working fluid placed in the gap formed between the internal surface of the sample and the external surface of the heating element, the grippers are made in the form of sealing plugs intended for fastening on the flanges of the test sample, means of axial loading of the sample made in the form of at least two symmetrically located hydraulic cylinders pivotally connected to one of the traverses, and the rods of the hydraulic cylinders are pivotally connected to another traverse, the heating element is made tubular, the internal cavity which is communicated with the source of the cooling medium, the working fluid is a liquid, and the installation is equipped with a means of supplying the working fluid to the gap, made in the form of a valve installed in one of the plugs, the gap being determined from the ratio:

Figure 00000001
Figure 00000001

где:Where:

εk - коэффициент конвекции;ε k is the convection coefficient;

ν - кинематический коэффициент вязкости охлаждающей среды;ν is the kinematic coefficient of viscosity of the cooling medium;

β - температурный коэффициент объемного расширения охлаждающей среды;β is the temperature coefficient of volume expansion of the cooling medium;

Pr - число Прандтля;P r is the Prandtl number;

g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;

Δt- разность температур охлаждающей среды и нагревательного элемента.Δt is the temperature difference between the cooling medium and the heating element.

Существенность отличительных признаков установки для испытания трубного образца на термоусталость подтверждается тем, что только совокупность всех конструктивных признаков, описывающая полезную модель, достаточна для решения указанной технической проблемы и достижения заявленного технического результата, а именно:The significance of the distinguishing features of the installation for testing a tube sample for thermal fatigue is confirmed by the fact that only the totality of all design features that describe the utility model is sufficient to solve the indicated technical problem and achieve the claimed technical result, namely:

- выполнение захватов в виде герметизирующих заглушек, предназначенных для крепления на фланцах испытуемого образца, использование в качестве рабочего тела жидкости, снабжение установки средством подачи рабочего тела в зазор, выполненным в виде установленного в одной из заглушек клапана, и определение величины зазора из указанного выше соотношения обеспечивает возможность испытания трубного образца при нагружении последнего внутренним давлением;- making grippers in the form of sealing plugs intended for mounting on the flanges of the test sample, using liquid as a working fluid, supplying the installation with a means of supplying the working fluid to the gap, made in the form of a valve installed in one of the plugs, and determining the gap from the above ratio provides the ability to test the tube sample when loading the latter with internal pressure;

- выполнение средства осевого нагружения образца в виде по меньшей мере двух симметрично расположенных гидроцилиндров, шарнирно связанных с одной из траверс, при том, что штоки гидроцилиндров шарнирно связаны с другой траверсой, обеспечивает возможность испытания образца в условиях сложного напряженно-деформированного состояния при совместном нагружении осевым растяжением/сжатием и изгибом;- the execution of the axial loading means of the sample in the form of at least two symmetrically located hydraulic cylinders pivotally connected to one of the traverses, while the rods of the hydraulic cylinders are pivotally connected to the other traverse, makes it possible to test the sample under conditions of a complex stress-strain state under joint axial loading stretching / compression and bending;

- выполнение нагревательного элемента трубчатым, внутренняя полость которого сообщена с источником охлаждающей среды, обеспечивает возможность испытания образца на термоусталость путем регулирования скорости нагрева и охлаждения.- the implementation of the heating element tubular, the internal cavity of which is in communication with the source of the cooling medium, makes it possible to test the sample for thermal fatigue by adjusting the heating and cooling rate.

Таким образом, положительный эффект, обеспечиваемый каждым из существенных признаков полезной модели, в совокупности позволяет реализовать установку для испытания трубного образца на термоусталость в условиях сложного напряженно-деформированного состояния путем регулирования скорости нагрева и охлаждения при одновременном нагружении образца внутренним давлением.Thus, the positive effect provided by each of the essential features of the utility model, together allows you to implement the installation for testing the tube sample for thermal fatigue in a complex stress-strain state by controlling the heating and cooling rate while loading the sample with internal pressure.

Настоящая установка для испытания трубного образца на термоусталость поясняется фигурой, где изображена схема установки.The present installation for testing a tube sample for thermal fatigue is illustrated by the figure, which shows the installation diagram.

На фигуре приняты следующие обозначения:The following notation is used in the figure:

1, 2 - траверсы;1, 2 - traverses;

3, 4 - герметизирующие заглушки;3, 4 - sealing plugs;

5, 6 - фланцы трубного образца;5, 6 - flanges of the pipe sample;

7 - трубный образец;7 - pipe sample;

8 - тензометрический узел;8 - strain gauge unit;

9 - гидроцилиндры;9 - hydraulic cylinders;

10 - шток гидроцилиндра 9;10 - a rod of a hydraulic cylinder 9;

11 - сферическая опорная поверхность штока 10;11 - spherical bearing surface of the rod 10;

12 - коническая шайба;12 - conical washer;

13 - гайка;13 - a nut;

14 - сферическая шайба;14 - spherical washer;

15 - коническая шайба;15 - conical washer;

16 - донная часть гидроцилиндра 9;16 - bottom of the hydraulic cylinder 9;

17 - стакан;17 - a glass;

18 - гайка;18 - a nut;

19 - цапфа гидроцилиндра 9;19 - axle of the hydraulic cylinder 9;

20 - сферическая шайба;20 - spherical washer;

21 - шлицевая гайка;21 - slotted nut;

22 - трубчатый нагревательный элемент;22 - tubular heating element;

23 - зазор;23 - clearance;

24 - шины;24 - tires;

25 - внутренняя полость нагревательного элемента 22;25 - the internal cavity of the heating element 22;

26, 27 - штуцеры;26, 27 - fittings;

28 - клапан;28 - valve;

29 - герметизирующая прокладка;29 - sealing gasket;

30 - болты;30 - bolts;

31 - герметизирующая прокладка;31 - sealing gasket;

32 - болты;32 - bolts;

33 - конец нагревательного элемента 22;33 - the end of the heating element 22;

34 - прокладка.34 - gasket.

Установка для испытания трубного образца на термоусталость содержит траверсы 1 и 2 с размещенными на них захватами, выполненными в виде соответствующих герметизирующих заглушек 3 и 4, предназначенных для крепления на соответствующих фланцах 5 и 6 испытуемого трубного образца 7, и тензометрический узел 8, размещенный на траверсе 1. Установка содержит средство осевого нагружения образца 7, устройство для термоциклирования образца 7, рабочее тело (на фигуре не показано) и источник (на фигуре не показан) охлаждающей среды. Средство осевого нагружения выполнено в виде по меньшей мере двух симметрично расположенных гидроцилиндров 9. Шток 10 каждого из гидроцилиндров 9 шарнирно связан с траверсой 1 следующим образом: шток 10 содержит сферическую поверхность 11, опирающуюся на коническую шайбу 12, которая в свою очередь упирается в траверсу 1, и закреплен на последней при помощи гайки 13, которая также опирается на траверсу 1 через сферическую шайбу 14 и коническую шайбу 15. Гидроцилиндры 9 через их донные части шарнирно связаны с траверсой 2. Донная часть 16 каждого из гидроцилиндров 9 содержит сферическую поверхность, которая опирается на наружную коническую поверхность стакана 17, закрепленного на траверсе 2 при помощи гайки 18. При этом цапфа 19 гидроцилиндра 9 размещена в стакане 17 и опирается на внутреннюю цилиндрическую поверхность стакана 17 через сферическую шайбу 20. Цапфа 19 закреплена в стакане 17 при помощи шлицевой гайки 21. Устройство для термоциклирования образца 7 представляет собой трубчатый нагревательный элемент 22, выполненный из металла с высоким электросопротивлением и предназначенный для концентричного размещения внутри образца 7 с образованием зазора 23 между внутренней поверхностью образца 7 и внешней поверхностью нагревательного элемента 22. Последний связан при помощи соответствующих шин 24 с источником (на фигуре не показан) нагрева. Внутренняя полость 25 нагревательного элемента 22 при помощи соответствующих штуцеров 26 и 27, размещенных в торцах нагревательного элемента 22, сообщена с источником охлаждающей среды. Установка снабжена средством подачи рабочего тела в виде жидкости в зазор 23. Средство подачи рабочего тела выполнено в виде установленного в заглушке 4 клапана 28, который сообщен с источником (на фигуре не показан) высокого давления. При этом зазор 23 между внутренней поверхностью образца 7 и внешней поверхностью нагревательного элемента 22 определяется из соотношения:An installation for testing a tube sample for thermal fatigue contains traverses 1 and 2 with grippers placed on them, made in the form of corresponding sealing plugs 3 and 4, intended for fastening on the corresponding flanges 5 and 6 of the tested tube sample 7, and a strain gauge assembly 8 placed on the traverse 1. The installation comprises means for axial loading of sample 7, a device for thermal cycling of sample 7, a working fluid (not shown in the figure) and a source (not shown in the figure) of a cooling medium. The axial loading means is made in the form of at least two symmetrically located hydraulic cylinders 9. The rod 10 of each of the hydraulic cylinders 9 is pivotally connected to the beam 1 as follows: the rod 10 contains a spherical surface 11, which rests on a conical washer 12, which in turn abuts against the beam 1 , and mounted on the latter with a nut 13, which also rests on the crosshead 1 through a spherical washer 14 and a conical washer 15. The hydraulic cylinders 9 through their bottom parts are pivotally connected to the crosshead 2. The bottom part 16 of each of the hydraulic cylinders 9 contains a spherical surface that rests on the outer conical surface of the cup 17, mounted on the traverse 2 with the nut 18. In this case, the pin 19 of the hydraulic cylinder 9 is placed in the cup 17 and rests on the inner cylindrical surface of the cup 17 through a spherical washer 20. The pin 19 is fixed in the cup 17 with a spline nut 21 The device for thermal cycling of sample 7 is a tubular the second heating element 22, made of metal with high electrical resistance and designed for concentric placement inside the sample 7 with the formation of a gap 23 between the inner surface of the sample 7 and the outer surface of the heating element 22. The latter is connected via appropriate tires 24 to a source (not shown in the figure) heating up. The inner cavity 25 of the heating element 22 by means of corresponding fittings 26 and 27 located at the ends of the heating element 22, is communicated with the source of the cooling medium. The installation is equipped with a means of supplying a working fluid in the form of a liquid to the gap 23. A means of supplying a working fluid is made in the form of a valve 28 installed in the plug 4, which is in communication with a high pressure source (not shown). In this case, the gap 23 between the inner surface of the sample 7 and the outer surface of the heating element 22 is determined from the ratio:

Figure 00000002
Figure 00000002

Установка работает следующим образом.Installation works as follows.

Предварительно во внутренней полости образца 7 концентрично размещают нагревательный элемент 22 таким образом, что между внутренней поверхностью образца 7 и внешней поверхностью нагревательного элемента 22 образуется зазор 23 заданной величины. Один конец нагревательного элемента 22 жестко связывают с фланцем 5 образца 7. Затем через герметизирующую прокладку 29 при помощи болтов 30 связывают заглушку 3 с фланцем 5 образца 7, а через герметизирующую прокладку 31 при помощи болтов 32 заглушку 4 связывают с фланцем 6 образца 7. При этом конец 33 нагревательного элемента 22, противоположный концу, жестко связанному с фланцем 5, через прокладку 34 размещают в заглушке 4 с возможностью осевого перемещения нагревательного элемента 22 при его нагреве относительно прокладки 34. Прокладки 29, 31 и 34 выполняют из электроизолирующего материала. Закрепляют герметизирующие заглушки 3 и 4 образца 7 на траверсах 1 и 2 и от источника высокого давления через клапан 28 в заглушке 4 заполняют зазор 23 рабочим телом (жидкостью) и доводят давление до минимального в цикле. На шины 24 нагревательного элемента 22 подают ток, контролируют температуру образца 7 в процессе его нагрева и при этом нагружают образец 7 внутренним давлением жидкости через клапан 28. Малый объем жидкости позволяет регулировать цикличность нагружения путем изменения давления жидкости в зазоре 23 и одновременно осуществлять равномерный нагрев и передачу тепла от нагревательного элемента 22 к образцу 7. При нагреве происходит независимое перемещение конца 33 нагревательного элемента 22 относительно прокладки 34, что исключает деформирование нагревательного элемента 22. Одновременно при помощи гидроцилиндров 9 осуществляют нагружение образца 7 путем приложения различных по величине нагрузок (растяжение/сжатие и изгиб) к траверсам 1 и 2, за счет чего устанавливают заданный уровень напряжений и величину изгиба образца 7. При этом шарнирные соединения элементов и гидроцилиндров 9 с соответствующими траверсами 1 и 2 обеспечивают самоустановку гидроцилиндров 9 относительно траверс 1 и 2 при нагружении образца 7 осевой и изгибающей нагрузкой, компенсируя возможные деформации установки. При достижении заданной температуры выдерживают образец 7 в течение определенного времени и прекращают его нагрев. В полость 25 нагревательного элемента 22 подают охлаждающую среду (жидкость или газ), одновременно с изменением температуры уменьшают давление в зазоре 23, причем в этом случае размещенная в зазоре 23 жидкость обеспечивает охлаждение образца 7, и разгружают образец 7 от осевых и изгибающих нагрузок при помощи перемещения траверс 1 и 2 гидроцилиндрами 9. После охлаждения образца 7 цикл повторяется. Испытания осуществляют до образования течи из зазора 23 или падения давления в нем.Previously, the heating element 22 is concentrically placed in the inner cavity of the sample 7 in such a way that a gap 23 of a predetermined value is formed between the inner surface of the sample 7 and the outer surface of the heating element 22. One end of the heating element 22 is rigidly connected to the flange 5 of the sample 7. Then, through the sealing gasket 29 using the bolts 30, the plug 3 is connected to the flange 5 of the sample 7, and through the sealing gasket 31 using the bolts 32, the plug 4 is connected to the flange 6 of the sample 7. When this end 33 of the heating element 22, the opposite end, rigidly connected with the flange 5, through the gasket 34 is placed in the cap 4 with the possibility of axial movement of the heating element 22 when it is heated relative to the gasket 34. Gaskets 29, 31 and 34 are made of electrically insulating material. The sealing plugs 3 and 4 of sample 7 are fixed on the traverses 1 and 2 and from the high pressure source through the valve 28 in the plug 4 fill the gap 23 with a working fluid (liquid) and bring the pressure to a minimum in the cycle. A current is applied to the tires 24 of the heating element 22, the temperature of the sample 7 is controlled during its heating, and the sample 7 is loaded with the internal pressure of the liquid through the valve 28. The small volume of the liquid makes it possible to control the cyclic loading by changing the pressure of the liquid in the gap 23 and at the same time carry out uniform heating and heat transfer from the heating element 22 to the sample 7. When heating occurs, the end 33 of the heating element 22 is independently displaced relative to the gasket 34, which eliminates the deformation of the heating element 22. At the same time, the sample 7 is loaded using hydraulic cylinders 9 by applying different loads (tension / compression) and bending) to traverses 1 and 2, whereby a predetermined stress level and the amount of bending of the specimen 7 are established. In this case, the articulated joints of the elements and hydraulic cylinders 9 with the corresponding traverses 1 and 2 provide self-adjustment of the hydraulic cylinders 9 relative to the traverses 1 and 2 at loading specimen 7 with axial and bending loads, compensating for possible installation deformations. Upon reaching a predetermined temperature, the sample 7 is held for a certain time and its heating is stopped. In the cavity 25 of the heating element 22 serves a cooling medium (liquid or gas), at the same time as the temperature changes, the pressure in the gap 23 is reduced, and in this case, the liquid located in the gap 23 provides cooling of the sample 7, and the sample 7 is unloaded from axial and bending loads using moving the traverse 1 and 2 by the hydraulic cylinders 9. After cooling the sample 7, the cycle is repeated. The tests are carried out until a leak from the gap 23 or pressure drop in it.

Установка для испытания обеспечивает высокую скорость нагрева и охлаждения трубного образца и позволяет проводить испытания трубного образца на термоусталость в условиях сложного напряженно-деформированного состояния при одновременном нагружении образца внутренним давлением.The test setup provides a high heating and cooling rate of the tube sample and allows the tube sample to be tested for thermal fatigue under conditions of a complex stress-strain state while loading the sample with internal pressure.

Claims (9)

Установка для испытания трубного образца на термоусталость, содержащая траверсы с размещенными на них захватами для крепления испытуемого образца и тензометрическим узлом на одной из траверс, средство осевого нагружения образца, устройство для термоциклирования образца, выполненное в виде предназначенного для концентричного размещения внутри образца нагревательного элемента, рабочее тело, размещенное в образованном между внутренней поверхностью образца и внешней поверхностью нагревательного элемента зазоре, и источник охлаждающей среды, отличающаяся тем, что захваты выполнены в виде герметизирующих заглушек, предназначенных для крепления на фланцах испытуемого образца, средство осевого нагружения образца выполнено в виде по меньшей мере двух симметрично расположенных гидроцилиндров, шарнирно связанных с одной из траверс, а штоки гидроцилиндров шарнирно связаны с другой траверсой, нагревательный элемент выполнен трубчатым, внутренняя полость которого сообщена с источником охлаждающей среды, рабочее тело представляет собой жидкость, а установка снабжена средством подачи рабочего тела в зазор, выполненным в виде установленного в одной из заглушек клапана, при этом величина зазора определяется из соотношения:Installation for testing a tube sample for thermal fatigue, containing a traverse with grippers placed on them for fastening the test sample and a strain gauge assembly on one of the traverses, means for axial loading of the sample, a device for thermal cycling of the sample, made in the form of a heating element intended for concentric placement inside the sample, working a body placed in the gap formed between the inner surface of the sample and the outer surface of the heating element, and a cooling medium source, characterized in that the grips are made in the form of sealing plugs intended for fastening on the flanges of the test sample, the axial loading means of the sample are made in the form of at least two symmetrically located hydraulic cylinders pivotally connected to one of the traverse, and the rods of the hydraulic cylinders are pivotally connected to the other traverse, the heating element is made tubular, the inner cavity of which is connected to the source of cooling medium food, the working fluid is a liquid, and the installation is equipped with a means of supplying the working fluid to the gap, made in the form of a valve installed in one of the plugs, and the gap is determined from the ratio:
Figure 00000003
Figure 00000003
 где:Where: εk - коэффициент конвекции;ε k is the convection coefficient; ν - кинематический коэффициент вязкости охлаждающей среды;ν is the kinematic coefficient of viscosity of the cooling medium; β - температурный коэффициент объемного расширения охлаждающей среды;β is the temperature coefficient of volume expansion of the cooling medium; Pr - число Прандтля;P r is the Prandtl number; g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity; Δt - разность температур охлаждающей среды и нагревательного элемента.Δt is the temperature difference between the cooling medium and the heating element.
RU2020107828U 2020-02-21 2020-02-21 Installation for testing a tube sample for thermal fatigue RU198041U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107828U RU198041U1 (en) 2020-02-21 2020-02-21 Installation for testing a tube sample for thermal fatigue

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107828U RU198041U1 (en) 2020-02-21 2020-02-21 Installation for testing a tube sample for thermal fatigue

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU198041U1 true RU198041U1 (en) 2020-06-16

Family

ID=71095589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020107828U RU198041U1 (en) 2020-02-21 2020-02-21 Installation for testing a tube sample for thermal fatigue

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU198041U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557196A (en) * 2020-12-17 2021-03-26 山西理工红日节能服务有限公司 Quality inspection method for underground directly-buried pipeline
CN113702231A (en) * 2021-08-11 2021-11-26 国能锅炉压力容器检验有限公司 Method for reducing thermal fatigue damage of thick-wall metal part

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU974220A1 (en) * 1981-05-19 1982-11-15 Предприятие П/Я В-2504 Plant for testing specimens for thermal fatigue
JPH04118542A (en) * 1990-09-10 1992-04-20 Keihin Hatsujo Kk Heat cycle fatigue test device for shape memory alloy and heat cycle fatigue test method
JP4118542B2 (en) * 2001-09-17 2008-07-16 本田技研工業株式会社 Step device
CN102297809A (en) * 2010-06-22 2011-12-28 上海航天精密机械研究所 Low-temperature fatigue test system of corrugated pipe
RU2626811C1 (en) * 2016-09-14 2017-08-01 Евгений Васильевич Лодус Installation for testing of samples for thermomechanical loads
RU2628308C1 (en) * 2016-10-18 2017-08-15 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Facility to test samples for thermal fatigue
RU186813U1 (en) * 2018-03-12 2019-02-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина" (ФГБОУ ВО Орловский ГАУ) Installation for testing the strength of a thin-walled cylindrical specimen with non-trivial properties in a complex stress-strain state

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU974220A1 (en) * 1981-05-19 1982-11-15 Предприятие П/Я В-2504 Plant for testing specimens for thermal fatigue
JPH04118542A (en) * 1990-09-10 1992-04-20 Keihin Hatsujo Kk Heat cycle fatigue test device for shape memory alloy and heat cycle fatigue test method
JP4118542B2 (en) * 2001-09-17 2008-07-16 本田技研工業株式会社 Step device
CN102297809A (en) * 2010-06-22 2011-12-28 上海航天精密机械研究所 Low-temperature fatigue test system of corrugated pipe
RU2626811C1 (en) * 2016-09-14 2017-08-01 Евгений Васильевич Лодус Installation for testing of samples for thermomechanical loads
RU2628308C1 (en) * 2016-10-18 2017-08-15 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Facility to test samples for thermal fatigue
RU186813U1 (en) * 2018-03-12 2019-02-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный аграрный университет имени Н.В. Парахина" (ФГБОУ ВО Орловский ГАУ) Installation for testing the strength of a thin-walled cylindrical specimen with non-trivial properties in a complex stress-strain state

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557196A (en) * 2020-12-17 2021-03-26 山西理工红日节能服务有限公司 Quality inspection method for underground directly-buried pipeline
CN113702231A (en) * 2021-08-11 2021-11-26 国能锅炉压力容器检验有限公司 Method for reducing thermal fatigue damage of thick-wall metal part

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU198041U1 (en) Installation for testing a tube sample for thermal fatigue
CN108548716B (en) A kind of pole test specimen high temperature push-pull fatigue test cramp and test method
CN108106945A (en) A kind of non-homogeneous outer crowded load testing machine of casing and casing deformation computational methods
CN104390867B (en) Testing device and method for predicting thermal creep performance of metal material for thick oil thermal recovery sleeve
CN109490109B (en) High-temperature and high-pressure water corrosion fatigue test device for tubular sample
CN104034599A (en) Experiment system for testing super-high temperature fatigue S-N curve of engine material
CN106289962B (en) In-situ test system capable of observing deformation and damage of sample gauge length section in high-low power on-line manner
CN210123389U (en) Iron ore load reduction reflow dropping performance measuring device capable of weighing on line
CN106525602B (en) One kind being used for the stretchable dynamic sealing device of high temperature and high pressure environment
CN103776702A (en) Low-cycle fatigue testing device and method under corrosion and high-temperature environments
CN104749040B (en) Test detection device and method for high-temperature packer rubber cylinder
US5220824A (en) High temperature, tube burst test apparatus
CN106053228A (en) Axial hot stretch flexible composite plastic high-pressure delivery pipe testing device
CN116577266A (en) Pipe corrosion fatigue limit testing device and method under corrosion and alternating load
CN103196758A (en) Device and method for testing forming property of sheet material under effect of fluid pressure
CA2638730C (en) Method for improving residual stress of structure member
CN106840849A (en) A kind of Metal Materials At High Temperature corrosive environment deformation measuring device
CN110702288B (en) Packing sealing contact pressure measuring device and method
US11573168B1 (en) Multiple rig stress corrosion cracking testing device
CN115824776A (en) Corrosion fatigue test device for tubular sample under coupling action of high-temperature high-pressure water and salt spray environment and use method
CN108254252B (en) Device and method for stress corrosion test of aviation conduit assembly
CN106370514A (en) Pipeline loading deformation coordinating mechanism for high-temperature high-pressure vapor environment
CN206488986U (en) Loading device with external pressure-leading type pressure balance structure
CN109060578B (en) Thermal fatigue testing device for cylinder cover of diesel engine
CN110672651B (en) Thermal fatigue test device for material test piece of die casting die

Legal Events

Date Code Title Description
PC92 Official registration of non-contracted transfer of exclusive right of a utility model

Effective date: 20210804