Задача

Спроектировать и изготовить испытательный стенд для проведения испытаний трубопроводов на воздействие повышенных температур в пределах от температуры окружающей среды до +450°С и циклического нагружения избыточным давлением в пределах от атмосферного до 25 кгс/см².

Решение

Стенд выполнен на базе специально сконструированной электропечи, снабженной пневматической системой для нагружения образца избыточным давлением (рис. 1). Для сбора данных о ходе эксперимента и управления стендом была разработана и изготовлена специализированная контрольно-измерительной система (КИС).

Рис.1 Испытательный стенд ТКИ-500: 1 - фонарь освещения; 2 - вал вентилятора; 3 - электропривод вентилятора; 4 - клапан сброса аварийного давления; 5 - шкаф с контрольно-измерительной системой (КИС); 6 - концевой выключатель; 7 - симисторный блок; 8 - блок силовой коммутации; 9 - заглушки; 10 - электропечь; 11 - подставка; 12 - каркас крепления шкафа КИС; 13 — металлорукав; 14 - блок пневматики.

Состав КИС:

1. 3 датчика температуры (-50 … +1100 °С, 2-й класс точности);
2. датчик давления в пневматической системе;
3. датчик избыточного давления в испытуемом трубопроводе;
4. манометр;
5. измерительные усилители;
6. контроллер реального времени CompactRIO;
7. специализированное программное обеспечение.

Реализованное решение позволило проводить испытания различных типов трубопроводов, не выходящих за установочные размеры: 800х600х1000 мм, регулировать температуру на испытываемом образце от температуры окружающей среды до (650±20) °С с неравномерностью температуры по объему до ± 3 °С и создавать циклическое нагружение образца избыточным давлением в пределах от атмосферного до 25 кгс/см² с точностью ± 2% по заданной программе испытаний в автоматическом режиме.

Описание работы

Внутри электропечи на регулируемом штативе крепится испытуемый трубопровод (далее - образец), к которому подсоединяются трубопроводы подачи и сброса сжатого воздуха, а также закрепляются 3 термопары на равноудалённом расстоянии друг от друга, измеряющие температуру стенки образца (рис. 2). Затем выбирается программа испытаний, в которой заданы параметры: максимальное давление в образце, частота нагружения образца избыточным давлением, температура стенки образца во время испытаний. Программа определяет последовательность работы клапанов пневмосистемы, которая с заданной частотой нагнетает и сбрасывает давление в образце.

Система подачи воздуха обеспечивает высокую динамику регулирования давления и большую точность поддержания заданных параметров. Ресурс пневматической системы рассчитан на 10 млн. циклов.

Рис. 2. Образец в рабочем объеме стенда.

Программное обеспечение

Испытательный стенд ТКИ-500 работает под управлением программы «MIXLab PT». Интерфейс ПО (рис.3) содержит наглядную мнемосхему стенда и ориентирован на обеспечение максимального удобства проведения испытаний.

Рис.3 Окно проведения испытаний программы «MIXLab PT».

Назначение ПО «MIXLab PT»:

• Отправка команд оператора и сбор данных с управляющего контроллера CompactRIO производства National Instruments.
• Регистрация, визуализация и обработка сигналов в режиме реального времени.
• Редактирование, математическая обработка и анализ данных.
• Хранение, импорт и экспорт данных.
• Проведение управляемого эксперимента по заданному закону испытания или в ручном режиме.

Функциональные возможности ПО «MIXLab PT»:

1. Регистрация и архивация данных:

• индивидуальная настройка и калибровка каналов;
• возможность задания при отображении сигнала соответствующих единиц измерения физических величин;
• выбор произвольного набора каналов для регистрации;
• использование произвольной скорости записи (частоты оцифровки);
• сохранение и отображение параметров сбора данных (типа устройства, даты, времени, скорости и длительности записи);
• ввод и хранение текстовой информации (заметки, примечания, протокол измерений);
• создание новых каналов с расчетными данными;
• автоматическая и ручная архивация данных.

2. Управление экспериментом:

• появление текстового сообщения и звуковой сигнализации при превышении измеренного сигнала заданной величины и подача команды на цифровые выходы для отключения устройства управления;
• конфигурация цифровых входов с целью подключения внешних переключателей для отключения устройств управления
• подача аналогового сигнала на каналы управления в ручном режиме;
• подача аналогового, циклического сигнала на каналы управления практически любой формы (синус, прямоугольник, пила и т.д.)
• выполнение заданного закона испытания с использованием отрицательной обратной связи по ПИД закону.

3. Визуализация данных:

• визуализация сигналов в режимах самописца, осциллографа или параметрических XY графиков, в режиме реального времени;
• эффективная система графического представления больших объемов данных;
• выбор формата значений шкалы времени (часы, минуты, секунды и т.д.);
• выбор произвольного набора каналов для отображения;
• независимое позиционирование и масштабирование графиков;
• изменение цвета и стиля графиков;
• отображение текущего значения сигналов в таблице, с возможностью редактирования цвета, шрифта и фона текста.

4. Постобработка данных:

• библиотека функций цифровой обработки сигналов: калибровка и корректировка, цифровая фильтрация, дифференцирование и интегрирование, вычисление полинома, арифметические и логические операции, тригонометрические, логарифмические и другие математические функции, а также возможно добавление функций по желанию заказчика;
• возможность выделения участка данных для редактирования и анализа;
• добавление к текущей записи данных из других файлов;
• прореживание и усреднение данных по времени;
• корректировка данных с использованием статистических значений;
• графическое редактирование отдельных значений.

5. Файлы, экспорт и импорт данных:

• эффективный формат файлов, позволяющий хранить вместе с данными различные настройки, дополнительный текст и таблицы расчетных значений;
• сохранение и использование индивидуальных настроек для каждого типа измерений;
• импорт и экспорт текстовых файлов;
• импорт и экспорт двоичных файлов формата *.tdms;
• экспорт данных в Microsoft Excel;
• печать графиков и сетки в масштабе;
• экспорт страниц печати в формате масштабируемых векторных рисунков (метафайлов).

Метрологическое обеспечение

Все средства измерений, установленные в испытательном стенде «ТКИ-500», имеют утвержденный тип в соответствии с ПР 50.2.009 и действительные свидетельства о проведении первичной поверки при выпуске из производства.

В январе 2010 года, разработанный и изготовленный ЗАО НПП «МИКС Инжиниринг» испытательный стенд «ТКИ-500» был аттестован в соответствии с ГОСТ Р 8.568 и введён в эксплуатацию на ОАО «ВАСО» в лабораторном комплексе по исследованию прочности летательных аппаратов.

В настоящее время данный стенд активно используется для испытаний различных трубопроводов, применяемых в самолетостроении.

Испытательный стенд «ТКИ-500»       Автоматизированное рабочее место оператора