CN102564842B - 一种大型波纹管构件的疲劳试验装置和试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及疲劳试验领域，一种大型波纹管构件的疲劳试验装置和试验方法，能够满足大型发电机组实际工况下母线构件疲劳性能，解决现有技术中存在的样品无法装夹到试验机上，试验结果不准确等问题。该试验装置设有测力计、螺杆I、螺母I、十字梁I、螺杆II、螺母II、作动器、螺杆III、外固定片、波纹管、承力环、内固定片、限位螺母I、限位螺母II、螺杆IV、十字梁II，在波纹管构件上下分别根据构件不同选取不同厚度的承力环作为支架，与波纹管构件进行钻孔连接保证连接位置至少八处；十字梁根据波纹管构件不同，选取不同厚度尺寸的工字钢，十字梁的中间位置连接试验机夹具，十字梁的两端位置连接承力环，即保证了强度又方便安装。
Description
技术领域
本发明涉及疲劳试验领域，具体方一种大型波纹管构件的疲劳试验装置和试验方法，能够满足大型发电机组实际工况下母线构件疲劳性能。
背景技术
当今中国已经成为电网规模最大的国家，电力技术已经取得了巨大的进步：中国百万千瓦超临界火力发电机组代表当今国际火力发电技术的最高水平；压水堆核燃料元件制造实现了国产化，性能指标达到世界同类水平；大型水轮发电机组的设计制造等关键技术获得突破，进入了产业化阶段，国产700兆瓦水轮发电机组达到国际先进水平；直流输电、串联电容补偿、同杆并架等技术在电网工程中得到推广应用，等等；由于电力技术的发展，许多新材料被应用发电机组上，但新材料能否应用于实际的工况，符合实际工况的要求是一个难题。国际上公认最准确的试验方法是对实物构件进行疲劳实验，对安全有较高要求的使役系统都有疲劳寿命的要求，但是目前对于母线外皮的试验寿命预测方法多采用试样取得S-N曲线，由S-N曲线对实际构件的寿命进行预测。
构件试验无法进行的原因主要有如下几点：试验的大型波纹管构件具体尺寸内径在1.8米以上、外径2.5米以上、波纹高度约0.4米左右，壁厚在0.03-0.05米左右，但是具体试验测试能力却只有100公斤左右，现有的试验机最宽试验空间在1.5米，样品无法装夹到试验机上，而试验空间大的试验机测量精度足以影响试验导致试验结果不准确，费用高昂一个样品要几十万元；试验的构件重量一般在300公斤以上，怎样保证均匀的加载，没有进行加载的夹具；母线构件疲劳性能的测试，目前国际上并无一个标准的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够满足大型发电机组实际工况下母线构件疲劳性能的大型波纹管构件的疲劳试验装置和试验方法，解决现有技术中存在的样品无法装夹到试验机上，试验结果不准确等问题。
本发明的技术方案是：
一种大型波纹管构件的疲劳试验装置，该试验装置设有测力计、螺杆I、螺母I、十字梁I、螺杆II、螺母II、作动器、螺杆III、外固定片、波纹管、承力环、内固定片、限位螺母I、限位螺母II、螺杆IV、十字梁II，具体结构如下：
在波纹管两端的直口处内侧设置承力环，承力环的内侧分别通过内固定片连接十字梁I、十字梁II，波纹管两端的直口处外侧设置外固定片，外固定片、波纹管、承力环和内固定片通过螺杆III连接固定，位于波纹管内侧的两个十字梁：十字梁I和十字梁II平行上下设置，十字梁I或十字梁II与内固定片焊接，形成十字头夹具；十字梁I和十字梁II的中心分别穿设有螺杆I和螺杆IV，螺杆I的一端通过螺纹连接测力计，螺杆I于上部的十字梁I两侧紧固安装螺母I；螺杆IV的一端通过螺纹连接作动器，螺杆IV于下部的十字梁II两侧紧固安装螺母II。
所述的大型波纹管构件的疲劳试验装置，波纹管两端的十字梁I和十字梁II之间连接有至少两个螺杆II，螺杆II平行、均布。
所述的大型波纹管构件的疲劳试验装置，螺杆II于上部的十字梁I两侧紧固安装限位螺母I，螺杆II于下部的十字梁II两侧安装限位螺母II，限位螺母II与下部的十字梁II两侧之间留有3-5mm间隙。
所述的大型波纹管构件的疲劳试验装置，十字梁I和十字梁II为工字钢。
一种大型波纹管构件的疲劳试验方法，具体步骤如下：
(1)将波纹管构件套在试验机上，使试验机位于波纹管构件的空间；
(2)将螺杆I穿过位于上部的十字梁I中心孔，螺杆I上的两个螺母I于十字梁I两侧连接固定，螺杆I的上端与测力计通过螺纹连接，通过螺杆III依次连接十字梁I端部焊接的内固定片、承力环、波纹管、外固定片，使上部的十字梁I与波纹管连接固定；
(3)将螺杆IV穿过位于下部的十字梁II中心孔，螺杆IV上的两个螺母II于十字梁II两侧连接固定，螺母II调节到试验的控制位置；螺杆IV的下端与疲劳试验机的作动器通过螺纹连接；通过螺杆依次连接位于下部的十字梁II端部焊接的内固定片、承力环、波纹管、外固定片，使下部的十字梁II与波纹管连接固定；
(4)将十字梁I和十字梁II之间连接至少两个螺杆II，螺杆II平行、均布；将螺杆II于上部的十字梁I两侧紧固安装限位螺母I，螺杆II于下部的十字梁II两侧安装限位螺母II，限位螺母II与下部的十字梁II两侧之间留有3-5mm间隙；
(5)启动疲劳试验机的作动器，设定加载速率和加载幅度进行疲劳试验加载。
所述的大型波纹管构件的疲劳试验方法，在波纹管构件上下分别根据构件不同选取不同厚度的承力环作为支架，与波纹管构件进行钻孔连接保证连接位置至少八处，每处对称安排四套螺母、螺栓锁紧。
本发明的有益效果是：
1、本发明将由S-N曲线对实际构件的寿命进行预测的试验方法改为实际构件的工况测试，由过去的预测变成本方法实际寿命，提高了测试结果的可信度，测试结果能得到国家同行的认可。取得S-N曲线需要加工26个左右的样品，试验时间最快也要45天，加工和试验费用在15万人民币左右；本发明试验方法只需要一个实际的构件，实验可以在1天内完成，经济效益显著。
2、本发明采用试验机放入构件的空间，十字头夹具设有上下两组十字梁，在波纹管构件上下分别根据构件不同选取不同厚度的钢圈支架，与构件进行钻孔连接保证连接位置至少8处，每处对称安排四套螺母、螺杆锁紧；十字梁根据构件不同选取不同厚度尺寸的工字钢，中间位置连接试验机夹具，两端位置连接加载钢圈，即保证了强度又方便安装。为保证均匀加载的定位装置，在每组对应的十字梁夹具工字钢的末端相同位置钻孔，上部用两个螺母固定长螺杆，下部将两螺母调节到试验的控制位置，可以保证均匀的加载。
附图说明
图1为本发明大型波纹管构件的疲劳试验装置示意图。
图中，1测力计；2螺杆I；3螺母I；4十字梁I；5螺杆II；6螺母II；7作动器；8螺杆III；9外固定片；10波纹管；11承力环(钢圈)；12内固定片；13限位螺母I；14限位螺母II；15螺杆IV；16十字梁II。
具体实施方式
如图1所示，本发明大型波纹管构件的疲劳试验装置主要包括：测力计1、螺杆I 2、螺母I 3、十字梁I 4、螺杆II5、螺母II6、作动器7、螺杆III8、外固定片9、波纹管(铝合金)10、承力环(钢圈)11、内固定片12、限位螺母I 13、限位螺母II14、螺杆IV15、十字梁II16等，具体结构如下：
在波纹管10两端的直口处内侧设置承力环11，承力环11的内侧分别通过内固定片12连接十字梁I 4、十字梁II16，波纹管10两端的直口处外侧设置外固定片9，外固定片9、波纹管10、承力环11和内固定片12通过螺杆III8连接固定，位于波纹管10内侧的两个十字梁：十字梁I 4和十字梁II16平行上下设置，十字梁I 4或十字梁II16与内固定片12焊接，形成十字头夹具。十字梁I 4和十字梁II16的中心分别穿设有螺杆I 2和螺杆IV15，螺杆I 2的一端通过螺纹连接测力计1，螺杆I 2于上部的十字梁I 4两侧紧固安装螺母I 3；螺杆IV15的一端通过螺纹连接作动器7，螺杆IV15于下部的十字梁II16两侧紧固安装螺母II6。
本实施例中，波纹管10两端的十字梁I 4和十字梁II16之间连接有螺杆II5，螺杆II5为四个平行、对称设置。螺杆II5于上部的十字梁I 4两侧紧固安装限位螺母I 13，螺杆II5于下部的十字梁II16两侧安装限位螺母II14，限位螺母II14与下部的十字梁II16两侧之间留有间隙(3-5mm)。
本实施例中，波纹管的牌号可以为ZL102。
本实施例中，十字梁I 4和十字梁II16可以为工字钢。
本实施例中，大型波纹管构件的疲劳试验方法具体如下：
(1)采用INSTRON 8801横梁可升降疲劳试验机，将波纹管10构件套在试验机上，使试验机位于波纹管10构件的空间；
(2)将螺杆I 2穿过位于上部的十字梁I 4中心孔，螺杆I 2上的两个螺母I 3于十字梁I 4两侧连接固定，螺杆I 2的上端与测力计1通过螺纹连接，通过螺杆III8依次连接十字梁I 4端部焊接的内固定片12、承力环11、波纹管10、外固定片9，使上部的十字梁I 4与波纹管10连接固定；
(3)将螺杆IV15穿过位于下部的十字梁II16中心孔，螺杆IV15上的两个螺母II6于十字梁II16两侧连接固定，螺母II6调节到试验的控制位置；螺杆IV15的下端与疲劳试验机的作动器7通过螺纹连接；与位于上部的十字梁I 4相同，通过螺杆依次连接位于下部的十字梁II端部焊接的内固定片、承力环、波纹管、外固定片，使下部的十字梁II16与波纹管10连接固定；
(4)将十字梁I 4和十字梁II16之间连接螺杆II5，螺杆II5为四个平行、对称设置；将螺杆II5于上部的十字梁I 4两侧紧固安装限位螺母I 13，螺杆II5于下部的十字梁II16两侧安装限位螺母II14，限位螺母II14与下部的十字梁II16两侧之间留有间隙(3-5mm)。
(5)启动疲劳试验机的作动器7，设定加载速率和加载幅度进行疲劳试验加载。
本实施例中，在波纹管10构件上下分别根据构件不同选取不同厚度的承力环11(钢圈)作为支架，与波纹管10构件进行钻孔连接保证连接位置至少八处，每处对称安排四套螺母、螺栓锁紧；十字梁根据波纹管10构件不同，选取不同厚度尺寸的工字钢，十字梁的中间位置连接试验机夹具，十字梁的两端位置连接承力环11(钢圈)，即保证了强度又方便安装。
由试验结果形成试验数据和报告，本实施例的试验数据如下：
例如，对某大型构件的疲劳试验，位移加载幅度10.5mm，要求记录位移对应力的数据曲线，实验后目视检查构件表面有无明显裂纹。
由试验数据可以看出：在设计要求的极限位移情况下，构件的受力只有2000N左右，对于50000N的试验机这个力刚好在测量要求的下限，满足对力测量的要求，能提供设计要求的位移力曲线。
Claims (4)
1.一种大型波纹管构件的疲劳试验装置，其特征在于：该试验装置设有测力计、螺杆Ⅰ、螺母Ⅰ、十字梁Ⅰ、螺杆Ⅱ、螺母Ⅱ、作动器、螺杆Ⅲ、外固定片、波纹管、承力环、内固定片、限位螺母Ⅰ、限位螺母Ⅱ、螺杆Ⅳ、十字梁Ⅱ，具体结构如下：
在波纹管两端的直口处内侧设置承力环，承力环的内侧分别通过内固定片连接十字梁Ⅰ、十字梁Ⅱ，波纹管两端的直口处外侧设置外固定片，外固定片、波纹管、承力环和内固定片通过螺杆Ⅲ连接固定，位于波纹管内侧的两个十字梁：十字梁Ⅰ和十字梁Ⅱ平行上下设置，十字梁Ⅰ或十字梁Ⅱ与内固定片焊接，形成十字头夹具；十字梁Ⅰ和十字梁Ⅱ的中心分别穿设有螺杆Ⅰ和螺杆Ⅳ，螺杆Ⅰ的一端通过螺纹连接测力计，螺杆Ⅰ于上部的十字梁Ⅰ两侧紧固安装螺母Ⅰ；螺杆Ⅳ的一端通过螺纹连接作动器，螺杆Ⅳ于下部的十字梁Ⅱ两侧紧固安装螺母Ⅱ；
波纹管两端的十字梁Ⅰ和十字梁Ⅱ之间连接有至少两个螺杆Ⅱ，螺杆Ⅱ平行、均布；螺杆Ⅱ于上部的十字梁Ⅰ两侧紧固安装限位螺母Ⅰ，螺杆Ⅱ于下部的十字梁Ⅱ两侧安装限位螺母Ⅱ，限位螺母Ⅱ与下部的十字梁Ⅱ两侧之间留有3-5mm间隙。
2.按照权利要求1所述的大型波纹管构件的疲劳试验装置，其特征在于：十字梁Ⅰ和十字梁Ⅱ为工字钢。
3.一种利用权利要求1所述的大型波纹管构件的疲劳试验装置的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将波纹管构件套在疲劳试验机上，使疲劳试验机位于波纹管构件的空间；
（2）将螺杆Ⅰ穿过位于上部的十字梁Ⅰ中心孔，螺杆Ⅰ上的两个螺母Ⅰ于十字梁Ⅰ两侧连接固定，螺杆Ⅰ的上端与测力计通过螺纹连接，通过螺杆Ⅲ依次连接十字梁Ⅰ端部焊接的内固定片、承力环、波纹管、外固定片，使上部的十字梁Ⅰ与波纹管连接固定；
（3）将螺杆Ⅳ穿过位于下部的十字梁Ⅱ中心孔，螺杆Ⅳ上的两个螺母Ⅱ于十字梁Ⅱ两侧连接固定，螺母Ⅱ调节到试验的控制位置；螺杆Ⅳ的下端与疲劳试验机的作动器通过螺纹连接；通过螺杆Ⅲ依次连接位于下部的十字梁Ⅱ端部焊接的内固定片、承力环、波纹管、外固定片，使下部的十字梁Ⅱ与波纹管连接固定；
（4）将十字梁Ⅰ和十字梁Ⅱ之间连接至少两个螺杆Ⅱ，螺杆Ⅱ平行、均布；将螺杆Ⅱ于上部的十字梁Ⅰ两侧紧固安装限位螺母Ⅰ，螺杆Ⅱ于下部的十字梁Ⅱ两侧安装限位螺母Ⅱ，限位螺母Ⅱ与下部的十字梁Ⅱ两侧之间留有3-5mm间隙；
（5）启动疲劳试验机的作动器，设定加载速率和加载幅度进行疲劳试验加载。
4.按照权利要求3所述的试验方法，其特征在于，在波纹管构件上下分别根据构件不同选取不同厚度的承力环作为支架，与波纹管构件进行钻孔连接保证连接位置至少八处，每处对称安排四套螺母、螺栓锁紧。
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