CN102192859B

CN102192859B - 一种闭环控制的压力容器腐蚀疲劳试验装置

Info

Publication number: CN102192859B
Application number: CN 201110083841
Authority: CN
Inventors: 魏安安; 王友华; 李艳斌
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Liyang Chang Technology Transfer Center Co., Ltd.
Priority date: 2011-04-02
Filing date: 2011-04-02
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-04-02
Also published as: CN102192859A

Abstract

本发明公开一种闭环控制的压力容器腐蚀疲劳试验装置，该装置包括高压泵站(1)、油箱(2)、蓄能器(3)、溢流阀(9,9’)、电磁比例溢流阀(7)、单向阀(6,6’)，腐蚀介质隔离增压缸(8)，电阻应变片E，通过腐蚀介质隔离增压缸（8）将泵站系统的液压油与试验容器中的腐蚀介质隔离开来；该试验容器H上贴有电阻应变片E，其通过动态应变仪和A/D卡与控制器相连，该试验容器H内装有压力表，其通过压力变送器和A/D卡与控制器相连；电磁比例溢流阀（7）、二位二通阀（5）、三位四通阀（4）分别通过D/A卡与控制器相连。该装置避免腐蚀介质对泵站系统的腐蚀，降低泵站系统的制造成本与安全性，实现了高精度的腐蚀疲劳试验的自动控制。

Description

一种闭环控制的压力容器腐蚀疲劳试验装置

技术领域

本发明涉及一种疲劳试验装置，尤其是一种压力容器在腐蚀性介质产生的内压作用下的疲劳试验装置。

背景技术

盛装腐蚀介质的压力容器在使用过程中，由于内部压力长期反复变化，容易导致该容器发生腐蚀疲劳破坏。为确保此类压力容器的安全使用，有关研究机构或生产厂家希望模拟实际工况条件进行必要的腐蚀疲劳试验。

目前，国内在压力容器内压疲劳试验装置方面已有相关的研究，专利公开号为CN 1083589A的发明专利“闭环式的压力容器疲劳试验装置”公开了利用闭环式控制方式进行压力容器疲劳试验的技术。但该试验装置无法对压力容器进行腐蚀、疲劳双重作用下的试验研究，缺少容器壳体上危险部位的应变量测量和泄露监测；南京化工大学从美国引进的疲劳试验机只能进行材料的疲劳试验，不能对压力容器或管道等结构进行试验；南京化工大学从美国引进的压力容器和管道疲劳试验系统也只能进行疲劳试验，不能进行腐蚀疲劳试验。

发明内容

为了克服现有试验装置的不足，本发明提供了一种对压力容器或压力管道等构件进行腐蚀疲劳特性研究的试验装置。

本发明的技术方案为：一种闭环控制的压力容器腐蚀疲劳试验装置，包括高压泵站、油箱、蓄能器、溢流阀、电磁比例溢流阀、单向阀；其特征在于：还包括腐蚀介质隔离增压缸，电阻应变片；高压泵站入口与油箱相连，出口管道L1分为两路，一路与三位四通阀的入口C相连，另一路通过第一溢流阀接入油箱；该三位四通阀的另一入口D接入油箱，一出口A与腐蚀介质隔离增压缸相连，另一出口B经第一单向阀连接到蓄能器；该蓄能器的出口分为两路：一路经第二溢流阀连接到油箱，另一路经二位二通阀、第二单向阀连接到腐蚀介质隔离增压缸；腐蚀介质隔离增压缸的出口分两路：一路连接到试验容器，另一路经电磁比例溢流阀与油箱相连接；试验容器H上贴有电阻应变片E，其通过动态应变仪和A/D卡与控制器相连，该试验容器H内装有压力表，其压力变送器和A/D卡与控制器相连；该电磁比例溢流阀、二位二通阀、三位四通阀分别通过D/A卡与控制器相连，波形发生器与控制器连接。

本发明的腐蚀介质隔离增压缸的活塞为连为一体的两个截面相同或不同的圆柱。

作为本发明的进一步改进，该油箱中设有温度传感器，其通过A/D卡与控制器连接，控制器与油箱热交换器上的循环水泵相连。

作为本发明的进一步改进，控制器通过配电箱与泵房、控制室和试验间相连。

本发明的有益效果为：

1. 通过腐蚀介质隔离增压缸将泵站系统的液压油与试验容器中的腐蚀介质隔离开来，从而避免腐蚀介质对泵站系统的腐蚀，降低泵站系统的制造成本与安全性，同时增压缸还可以起到增压作用，在需要较高试验压力的情况下，增压作用尤其重要。

2. 本发明通过监测试验容器的压力和油箱的温度，实现了对系统压力的控制和多重超压报警功能；通过实时采集压力容器外壁的应变信号，当应变量超过一定数值时，计算机会发出报警并停车；通过控制器与泵房、控制室以及试验间的连接，实现了在超压、泄漏等异常情况下的人工紧急停车。

3. 本发明通过压力表、压力变送器、A/D卡和控制器实现了高精度的自动化闭环控制。

附图说明

下面结合附图对本发明做一步说明：

图1是本试验装置的连接图；

图2是本试验装置的电路连接图；

其中：1-高压泵站，2-油箱，3-蓄能器，4-三位四通阀，5-二位二通阀，6、6’-单向阀，7-电磁比例溢流阀，8-腐蚀介质隔离增压缸，9、9’-溢流阀，H-试验容器，L1~L5-油管，E-电阻应变片。

具体实施方式

如图1所示，压力容器腐蚀疲劳试验装置包括高压泵站1、油箱2、蓄能器3、溢流阀、电磁比例溢流阀7、单向阀，腐蚀介质隔离增压缸8，电阻应变片E。高压泵站1的入口与油箱2相连，出口管道L1分为两路：一路与三位四通阀4的入口C相连，另一路通过第一溢流阀9’接入油箱2；该三位四通阀4的另一入口D接入油箱2，一出口A与腐蚀介质隔离增压缸8相连，另一出口B经第一单向阀6’连接到蓄能器3；该蓄能器3的出口分为两路：一路经第二溢流阀9连接到油箱2，另一路经二位二通阀5、第二单向阀6连接到腐蚀介质隔离增压缸8；腐蚀介质隔离增压缸8的出口分两路：一路连接到试验容器H，另一路经电磁比例溢流阀7与油箱2相连接。如图2所示，试验容器H上贴有电阻应变片E，其通过动态应变仪和A/D卡与控制器相连，试验容器H内装有压力表，其压力变送器和A/D卡与控制器相连；该电磁比例溢流阀7、二位二通阀5、三位四通阀4分别通过D/A卡与控制器相连，实现对各电磁阀的控制，波形发生器与控制器连接。

该装置的工作原理是：启动时，三位四通阀4的入口D和出口A相通，高压油泵1出来的油通过管道L1、三位四通阀4、管道L2送到腐蚀介质隔离增压缸8，腐蚀介质隔离增压缸8向试验容器H加压，此时试验容器H压力升高，此时压力变送器采集试验容器内的压力信号，再经过A/D卡转换成相应的数字信号送入控制器。当压力升到规定的上限压力时，控制器发出控制信号，使三位四通阀4转换为入口C和出口B相通，此时出口B出来的油经管道L5和单向阀6’送到蓄能器3中，将高压油泵1输出的高压油暂时储存起来，腐蚀介质隔离增压缸8中的油回到油箱2中；当压力降到规定的下限压力时，控制器发出控制信号，使三位四通阀4再次转换，其入口D和出口A相通，此时二位二通阀5接通，高压油泵1出来的油经管道L1、三位四通阀4、管道L2和从蓄能器3中出来的油经管道L3、二位二通阀5、单向阀6同时送到试验容器H中，使压力快速升高，起到节能和提高升压速度的双重作用。通过三位四通阀4的转换，试验容器H反复地升压、降压。

根据试验需要，可以事先人为选择正弦波、三角波，矩形波、梯形波等波形中的某一种作为试验中的压力循环波形。试验前选定一定的波形信号，通过波形发生器将所需的波形信号经A/D转换器转换成相应的模拟信号后送入控制器，同时控制器获取从A/D卡上采集到的压力信号，并对这两个信号进行比较后向电磁比例溢流阀7发出压力调控信号，从而实现试验容器H中的压力按一定的波形周期变化得目的。

压力测量误差εP由压力变送器产生的误差εS和A/D卡产生的误差εA两部分组成。压力变送器的误差为0.2%，考虑到压力变送器通常使用在最大量程的50%及以上部分，故取压力变送器产生的误差为0.5%。A/D采样卡理想误差≤0.01%，考虑到现场各种使用条件对测量的影响，取A/D采样卡产生的误差为0.1%。所以压力测量误差εP为：

(1)

压力控制误差由以下三部分组成：

（1）压力测量误差

=0.6%，由上面(1)式计算而得；

（2）波形控制误差

=0.5%（据波形控制卡设计参数）；

（3）油压挠动误差 =1.0%（考虑油路系统的不确定性）。

压力控制误差

计算如下：

从技术始终可以得到压力控制误差小于3.0%，因此通过该装置可以实现高精度的压力系统控制。

电阻应变片E能够对压力容器进行应变测量和裂纹扩展检测，电阻应变片E可贴在试验容器壳体上的应力集中部位或可能有裂纹扩展后首先穿透的部位。当试验过程中，受压壳体出现裂纹以及裂纹扩展时，会使电阻应变片E上的部分电阻丝拉长直至拉断，此时应变片的电阻会明显增大，这种信号通过动态应变仪传给控制器，控制器通过控制系统实现异常情况的报警和自动停车功能。

本装置对系统压力有控制和多重超压报警功能，在实施例中，当试验容器H压力超过设定压力的10%时，控制器会发出超压报警信号，当试验容器H压力超过设定压力的20%时，系统报警并自动停车。同时该装置部分的控制器通过配电箱与泵房、控制室和试验间相连，并在泵房、控制室以及试验间各有一个紧急停车按钮，用于超压、泄漏等异常情况下的人工紧急停车。

油箱中有蛇管式换热器，油箱2中装有温度传感器，实时测量油温，换热管中通入冷却水，冷却水通过水泵循环使用，插入油箱中的温度传感器将温度信号传入控制器，控制器根据预先设定的上限、下限温度，通过水泵控制开关控制水泵的开启与关闭，从而把油温自动调节在预先设定的范围内。在实施例中，当油温超过60℃时，控制器向连在换热器上的循环水泵发出信号，循环水泵开启，当油温降到35℃以下时，关闭循环水泵，实现对油箱中油温的控制。

本装置的腐蚀介质隔离增压缸8在形状上与普通的增压缸没有本质的区别，但要求缸体、活塞以及密封件有较强的耐腐蚀性，其主要作用是把液压油与腐蚀介质隔开，并可以实现高压下的腐蚀疲劳试验。活塞可以为连为一体的两个截面相同或不同的圆柱，当需要较高试验压力时，可以使液压油的活塞界面大于腐蚀介质的活塞界面；当需要较低试验压力时，可以使液压油的活塞界面等于腐蚀介质的活塞界面。腐蚀介质隔离增压缸8可将高压泵站1系统的与试验容器H中的腐蚀介质隔离开来，从而避免腐蚀介质对泵站系统（泵，阀，管路，油箱，换热器）的腐蚀，降低泵站系统的制造成本与安全性，同时腐蚀介质隔离增压缸8还可以起到增压作用，在需要较高试验压力的情况下，增压作用尤其重要。

本装置能够进行腐蚀、疲劳双重作用下的实验研究。并能对试验压力容器壳体进行无零漂影响的动态应变测量。在事先输入压力参数，循环次数上限值，报警停车参数的情况下，可以由计算机实现多种压力循环波形下的闭环式自动控制。当然需要时也可以手动控制。可对压力、应变等信号数据进行高速采集、处理与控制。

Claims

1.一种闭环控制的压力容器腐蚀疲劳试验装置，包括高压泵站(1)、油箱(2)、蓄能器(3)、第一溢流阀（9’），第二溢流阀（ 9）、电磁比例溢流阀(7)、第一单向阀(6’)，第二单向阀（6），其特征在于：还包括腐蚀介质隔离增压缸(8)，电阻应变片E，压力表；所述高压泵站(1)的入口与油箱(2)相连，所述高压泵站(1)出口管道L1分为两路：一路与三位四通阀(4)的入口C相连，另一路通过第一溢流阀（9’）接入油箱（2）；该三位四通阀（4）的另一入口D接入油箱（2），该三位四通阀（4）一出口A与所述腐蚀介质隔离增压缸（8）相连，该三位四通阀（4）另一出口B经第一单向阀（6’）连接到蓄能器（3）；所述蓄能器（3）的出口分为两路：一路经第二溢流阀（9）连接到油箱（2），另一路经二位二通阀（5）、第二单向阀（6）连接到腐蚀介质隔离增压缸（8）；所述腐蚀介质隔离增压缸（8）的出口分两路：一路连接到试验容器H，另一路经电磁比例溢流阀（7）与油箱（2）相连接；所述试验容器H上贴有电阻应变片E，其通过动态应变仪和A/D卡与控制器相连，该试验容器H内装有压力表，其通过压力变送器和A/D卡与控制器相连；所述电磁比例溢流阀（7）、二位二通阀（5）、三位四通阀（4）分别通过D/A卡与控制器相连，波形发生器与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种闭环控制的压力容器腐蚀疲劳试验装置，其特征在于：所述油箱（2）中设有温度传感器，其通过A/D卡与控制器连接，控制器与油箱热交换器上的循环水泵相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种闭环控制的压力容器腐蚀疲劳试验装置，其特征在于：所述控制器通过配电箱与泵房、控制室和试验间相连。

4.根据权利要求1或2所述的一种闭环控制的压力容器腐蚀疲劳试验装置，其特征在于：所述腐蚀介质隔离增压缸(8)的活塞为连为一体的两个截面相同或不同的圆柱。

5.根据权利要求3所述的一种闭环控制的压力容器腐蚀疲劳试验装置，其特征在于：所述腐蚀介质隔离增压缸(8)的活塞为连为一体的两个截面相同或不同的圆柱。