CN102419285A - 一种压力容器高压爆破试验系统 - Google Patents

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王学生
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Abstract

一种压力容器高压爆破试验系统，包括高压爆破试样容器、高压动力源模块、容器安装及密封防护装置模块、压力泄放装置模块、压力/流量信号测量及显示模块；所述高压动力源模块通过容器安装及密封防护装置模块与所述高压爆破试样容器密封连接，所述压力/流量信号测量及显示模块设置在高压动力源模块的气流通路/液流通路上，所述压力泄放装置模块连接在高压动力源模块与高压爆破试样容器之间。所述压力容器高压爆破试验系统，能实时测量、纪录压力-进液量的变化曲线，并通过所述分析曲线得到容器的体积膨胀率、容器的屈服压力、极限载荷、爆破压以及安全裕度，其测量精确度高，数据全面，能为科学研究提供了更多有用信息。

Description

一种压力容器高压爆破试验系统
技术领域
本发明涉及测试领域，具体来说为一种压力、流量测试系统，特别是涉及一种压力容器高压爆破试验系统。
背景技术
压力容器的爆破实验对于研究压力容器从弹性变形到塑性变形直至最终失效的全过程，了解其破坏形式，验证理论计算都十分必要。
出于安全考虑，在实验室中一般采用爆破能量较小的小容器爆破实验技术。
而通常在爆破实验装置中大都只记录压力的变化，最后记录得到容器的爆破压力，但对于反应容器变形的参量如容器的径向位移或容器的进液量等参数不记录，更无法实时给出压力-进液量曲线的变化，因此无法反应出容器从弹性变形到塑性变形直至爆破失效的全过程。
从压力容器工程安全及科学研究的角度，迫切需要一种能提供高压力、能实时记录压力-进液量曲线的实验装置，从而可根据该曲线计算得到容器的极限载荷，得到容器的塑性变形程度、了解容器的安全裕度，对于研究压力容器安全保障技术具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种压力容器高压爆破试验系统，其不仅能记录爆破实验中爆破装置中的压力，而且还能实时记录爆破装置中的进液量，并以压力-进液量曲线的形式显示出来，从而提高测量精确度和数据面，使试验更加可靠。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种压力容器高压爆破试验系统，包括高压爆破试样容器，高压动力源模块、容器安装及密封防护装置模块、压力泄放装置模块、压力/流量信号测量及显示模块；所述高压动力源模块通过容器安装及密封防护装置模块与所述高压爆破试样容器密封连接，所述压力/流量信号测量及显示模块设置在高压动力源模块的气流通路/液流通路上，所述压力泄放装置模块连接在高压动力源模块与高压爆破试样容器之间。
根据本发明所述的压力容器高压爆破试验系统，较好的是所述高压动力源模块的气流通路包括相互连接的空压机和气动液体增压泵，所述空压机和气动液体增压泵的连接管路上还依次设计有过滤器、调压阀、气源压力表和气源开关；所述高压动力源模块的液流通路包括相互连接的液体介质入口和气动液体增压泵，所述液体介质入口和气动液体增压泵的连接管路上还依次设计有过滤器、手动开关。
根据本发明所述的压力容器高压爆破试验系统，较好的是所述压力泄放装置模块包括依次连接的高压手动阀和泄荷口。
根据本发明所述的压力容器高压爆破试验系统，较好的是所述压力/流量信号测量及显示模块包括安装在所述高压动力源模块的液流通路上的流量传感器、安装在所述高压动力源模块与高压爆破试样容器连接通路上的高压压力表和压力传感器，以及与所述流量传感器和压力传感器依次连接的数据采集卡和计算机。
根据本发明所述的压力容器高压爆破试验系统，较好的是所述容器安装及防护装置模块包括依次连接的高压手动阀、试验容器安装接口、试验容器以及安装在试验容器外的防护罩。
根据本发明所述的压力容器高压爆破试验系统，较好的是所述试验容器安装接口设置有密封装置，所述密封装置包括连接件、容器连接接管、凸透镜垫片、压力系统接管；所述连接件与压力系统接管焊接在一起，所述凸透镜垫片安装在连接件的中部，所述容器连接接管、凸透镜垫片和压力系统接管依次连接形成液体流通通路。所述凸透镜垫片的内孔比所述容器连接接管和压力系统接管的孔径都大。所述凸透镜垫片为采用软质金属材质制成。
根据本发明所述的压力容器高压爆破试验系统，较好的是所述高压动力源模块提供了一种以所述气动液体增压泵为核心的高压压力源，其能提供最高液体压力为150MPa。
根据本发明所述的压力容器高压爆破试验系统，较好的是所述压力/流量信号测量及显示模块中的压力信号、流量信号分别由压力传感器和流量传感器检测后，再通过数据采集卡传至计算机，并将采集到的压力及进液量的数值存于计算机的数据库内；同时，通过计算机进行数据处理，以进液量为横坐标、以压力为纵坐标、将压力及进液量二维曲线实时地显示在计算机屏幕上二维坐标系内；并通过所述二维曲线，得到容器的极限载荷和爆破压。
本发明所述的压力容器高压爆破试验系统，能实时测量、纪录压力-进液量的变化曲线，并通过所述分析曲线得到容器的体积膨胀率、容器的屈服压力、极限载荷、爆破压以及安全裕度，试验系统结构简单、安装方便、安全程度高、试验效率高、测量精确度高，数据全面，能为科学研究提供了更多有用信息。
附图说明
图1为本发明所述压力容器高压爆破试验系统的结构框图；
图2为图1所示系统中的容器安装及密封装置模块结构图；
其中附图中各图标表示如下：
空压机1  过滤器2  调压阀3  气源压力表4  气源开关5  气动液体增压泵6
液体介质入口7  过滤器8  流量传感器9  手动开关10  高压压力表11
压力传感器12  高压手动阀13  高压手动阀14  泄荷口15
试验容器安装接口16  试验容器17  防护罩18  数据采集卡19  计算机20
连接件41  容器接管42  凸透镜垫片43  压力系统接管44
具体实施方式
以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例
如图1所示，为本发明所述压力容器高压爆破试验系统的结构框图。该系统包括：高压爆破试样容器，高压动力源模块、容器安装及密封防护装置模块、压力泄放装置模块、压力/流量信号测量及显示模块；所述高压动力源模块通过容器安装及密封防护装置模块与所述高压爆破试样容器密封连接，所述压力/流量信号测量及显示模块设置在高压动力源模块的气流通路/液流通路上，所述压力泄放装置模块连接在高压动力源模块与高压爆破试样容器之间。
其中，所述高压动力源模块的气流通路包括相互连接的空压机1和气动液体增压泵6，所述空压机1和气动液体增压泵6的连接管路上还依次设计有过滤器2、调压阀3、气源压力表4和气源开关5。
所述高压动力源模块的液流通路包括相互连接的液体介质入口7和气动液体增压泵6，所述液体介质入口7和气动液体增压泵6的连接管路上还依次设计有过滤器8、手动开关10。
所述压力泄放装置模块包括依次连接的高压手动阀14和泄荷口15。
所述压力/流量信号测量及显示模块包括安装在所述高压动力源模块的液流通路上的流量传感器9、安装在所述高压动力源模块与高压爆破试样容器连接通路上的高压压力表11和压力传感器12，以及与所述流量传感器9和压力传感器12依次连接的数据采集卡19和计算机20。
所述容器安装及防护装置模块包括依次连接的高压手动阀13、试验容器安装接口16、试验容器17以及安装在试验容器17外的防护罩18。
优选的是，如图2所示，所述试验容器安装接口16设置有密封装置，所述密封装置包括连接件41、容器连接接管42、凸透镜垫片43、压力系统接管44；所述连接件41与压力系统接管44焊接在一起，所述凸透镜垫片43安装在连接件41的中部，所述容器连接接管42、凸透镜垫片43和压力系统接管44依次连接形成液体流通通路。所述凸透镜垫片43的内孔比所述容器连接接管42和压力系统接管44的孔径都大。所述凸透镜垫片43为采用软质金属材质制成。以利于密封介质通过，通过旋紧容器连接接管42，实现对金属凸透镜垫片43提供密封比压，由于金属凸透镜垫片43上下表面为弧形面，容易与所连接的接管形成线密封，且由于采用了较软的金属材料，密封效果良好、可靠，且安装方便、效率高。容器安装完毕，关闭防护罩18，以防止容器爆破后液体喷溅。
优选的是，所述高压动力源模块提供了一种以所述气动液体增压泵为核心的高压压力源，其能提供最高液体压力为150MPa。
优选的是，所述压力/流量信号测量及显示模块中的压力信号、流量信号分别由压力传感器和流量传感器检测后，再通过数据采集卡传至计算机，并将采集到的压力及进液量的数值存于计算机的数据库内；同时，通过计算机进行数据处理，以进液量为横坐标、以压力为纵坐标、将压力及进液量二维曲线实时地显示在计算机屏幕上二维坐标系内；并通过所述二维曲线，得到容器的极限载荷和爆破压。
试验前，试验容器17内灌满液体，通过试验容器安装接口16接入试验系统，气动液体增压泵6是依靠压缩气体作为动力，利用大面积活塞端的低压气体驱动而产生小面积活塞端的高压液体，对液体增压，从而提供高压压力源的。具体工作步骤是空气经空压机1的压缩，由过滤器2对压缩空气的杂质和灰尘予以过滤，经调压阀3的调节调整到所需压力，由气源压力表4显示进入气动液体增压泵6的气体压力，气源开关5一旦打开后，则压缩气体进入气动液体增压泵6。液体介质通过液体介质入口7，经过过滤器8的过滤并经过流量传感器9，一旦手动开关10打开，则进入气动液体增压泵6。进入气动液体增压泵6的压缩气体作为驱动载荷对进入的液体进行增压，所达到压力的大小通过气源开关5的开度来调节。
在介质管路上装有压力表11及压力传感器12，压力表11的主要作用是便于实验人员观测压力的施加情况，压力信号由压力传感器12通过数据采集卡19传至计算机20，同时，流量信号由流量传感器9通过数据采集卡19传至计算机20，在计算机20内，常规数据处理将采集到的压力及进液量数值存于数据库内，并同时以进液量为横坐标、以压力为纵坐标、将压力及进液量二维曲线实时地显示在计算机屏幕上二维坐标系内。
如试验容器未爆破，可通过压力泄放装置将压力泄放掉，即通过开启高压手动阀14，将高压液体泄放至泄荷口15，以保证系统内无压力。
其中，所述系统中的气动液体增压泵2可以采用美国HASKEL公司生产，实际面积比为217∶1，压力级别为1034bar的气动液体增压泵M188，其输出压力高、输出流量大、应用灵活、自动保压、可调性强、适用范围广、性价比高、维护简单。所述压力传感器12可以采用中国航天科技集团公司第701研究所生产的AK-4型压力传感器。所用流量传感器采用了中南大学的LX1002型涡轮流量计，流量2L/min。可通过仪表显示，并可转换为4-20mA的标准电流信号。数据采集卡19可以采用了北京昆仑海岸公司生产的KLM-4114数据采集卡，KLM-4114是集采集、通讯为一体的模拟量采集卡，4路信号输入，0-10mA、4-20mA直流电流信号任选，通讯可选RS-232或RS-485接口，精度：±0.1％。试样容器17采用旋压技术制成，规格为30mm(外径)×120mm(长)×1.5(壁厚)。
本发明所述的压力容器高压爆破试验系统，能实时测量、纪录压力-进液量的变化曲线，并通过所述分析曲线得到容器的体积膨胀率、容器的屈服压力、极限载荷、爆破压以及安全裕度，试验系统结构简单、安装方便、安全程度高、试验效率高、测量精确度高，数据全面，能为科学研究提供了更多有用信息。

Claims (10)

1.一种压力容器高压爆破试验系统，包括高压爆破试样容器，其特征在于：
所述压力容器高压爆破试验系统还包括：高压动力源模块、容器安装及密封防护装置模块、压力泄放装置模块、压力/流量信号测量及显示模块；
所述高压动力源模块通过容器安装及密封防护装置模块与所述高压爆破试样容器密封连接，所述压力/流量信号测量及显示模块设置在高压动力源模块的气流通路/液流通路上，所述压力泄放装置模块连接在高压动力源模块与高压爆破试样容器之间。
2.根据权利要求1所述的压力容器高压爆破试验系统，其特征在于：所述高压动力源模块的气流通路包括相互连接的空压机(1)和气动液体增压泵(6)，所述空压机(1)和气动液体增压泵(6)的连接管路上还依次设计有过滤器(2)、调压阀(3)、气源压力表(4)和气源开关(5)；
所述高压动力源模块的液流通路包括相互连接的液体介质入口(7)和气动液体增压泵(6)，所述液体介质入口(7)和气动液体增压泵(6)的连接管路上还依次设计有过滤器(8)、手动开关(10)。
3.根据权利要求1所述的压力容器高压爆破试验系统，其特征在于：所述压力泄放装置模块包括依次连接的高压手动阀(14)和泄荷口(15)。
4.根据权利要求1所述的压力容器高压爆破试验系统，其特征在于：所述压力/流量信号测量及显示模块包括安装在所述高压动力源模块的液流通路上的流量传感器(9)、安装在所述高压动力源模块与高压爆破试样容器连接通路上的高压压力表(11)和压力传感器(12)，以及与所述流量传感器(9)和压力传感器(12)依次连接的数据采集卡(19)和计算机(20)。
5.根据权利要求1所述的压力容器高压爆破试验系统，其特征在于：所述容器安装及防护装置模块包括依次连接的高压手动阀(13)、试验容器安装接口(16)、试验容器(17)以及安装在试验容器(17)外的防护罩(18)。
6.根据权利要求5所述的压力容器高压爆破试验系统，其特征在于：所述试验容器安装接口(16)设置有密封装置，所述密封装置包括连接件(41)、容器连接接管(42)、凸透镜垫片(43)、压力系统接管(44)；所述连接件(41)与压力系统接管(44)焊接在一起，所述凸透镜垫片(43)安装在连接件(41)的中部，所述容器连接接管(42)、凸透镜垫片(43)和压力系统接管(44)依次连接形成液体流通通路。
7.根据权利要求6所述的压力容器高压爆破试验系统，其特征在于：所述凸透镜垫片(43)的内孔比所述容器连接接管(42)和压力系统接管(44)的孔径都大。
8.根据权利要求6或7所述的压力容器高压爆破试验系统，其特征在于：所述凸透镜垫片(43)为采用软质金属材质制成。
9.根据权利要求1所述的压力容器高压爆破试验系统，其特征在于：所述高压动力源模块提供了一种以所述气动液体增压泵(6)为核心的高压压力源，其能提供最高液体压力为150MPa。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的压力容器高压爆破试验系统，其特征在于：所述压力/流量信号测量及显示模块中的压力信号、流量信号分别由压力传感器(12)和流量传感器(9)检测后，再通过数据采集卡(19)传至计算机(20)，并将采集到的压力及进液量的数值存于计算机(20)的数据库内；
同时，通过计算机(20)进行数据处理，以进液量为横坐标、以压力为纵坐标、将压力及进液量二维曲线实时地显示在计算机屏幕上二维坐标系内；
并通过所述二维曲线，得到容器的极限载荷和爆破压。
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