CN107894308A - 一种波纹管的失效试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波纹管的失效试验方法，基于一套试验装置，包括左管道和右管道、与左管道连接的管道左法兰、与右管道连接的管道右法兰以及通过螺栓和垫片连接在管道左法兰和管道右法兰之间的波纹管，其中，所述左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔；所述密封腔的外部设有水箱，水箱通过水泵依次连接微压平衡阀和流量计并最终与密封腔连通。本发明波纹管的失效试验方法结构简单、操作方便，既能检测波纹管连接系统是否存在泄漏现象，又能精确地计算出波纹管连接系统的泄漏率。

Description

一种波纹管的失效试验方法
技术领域
本发明涉及一种波纹管的失效试验方法。
背景技术
波纹管是为补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，而设置在容器壳体或管道上的一种挠性结构。利用波纹管工作主体的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移，也可用于降噪减振。已广泛应用与环保、化工、冶金等领域。在环保领域中，为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置波纹管，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。
现有的波纹管大多采用单一材料制造，抗高温效果差，使用寿命短。某些老式波纹管还存在漏气等缺陷，对巡视人员和周围环境存在巨大安全隐患。
为了提高波纹管连接系统的紧密性，需要得到波纹管连接系统在高温下的泄漏率数据，因此需要设计专门的装置测试高温下波纹管连接系统的泄漏率。
发明内容
本发明的目的是提供一种波纹管的失效试验方法，便于波纹管进行安装和清理，波纹管的失效试验方法结构简单、操作方便，既能检测波纹管连接系统是否存在泄漏现象，又能精确地计算出波纹管连接系统的泄漏率。
为了实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：
一种波纹管的失效试验方法，基于一套试验装置，包括左管道和右管道、与左管道连接的管道左法兰、与右管道连接的管道右法兰以及通过螺栓和垫片连接在管道左法兰和管道右法兰之间的波纹管，其中，所述左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔；
所述密封腔的外部设有水箱，水箱通过水泵依次连接微压平衡阀和流量计并最终与密封腔连通，水箱内设有加热装置；所述密封腔内还设有用于测量密封腔内部温度和压力的传感器；
所述波纹管包括波纹管本体和安装在波纹管两端的连接法兰，波纹管的左法兰和管道左法兰之间的螺栓上、以及波纹管的右法兰和管道右法兰之间的螺栓上均连接有用于测量螺栓伸长量的直线位移传感器，所述垫片上连接有用于测量垫片压缩量的直线位移传感器，所述波纹管的左法兰和管道左法兰之间、以及波纹管的右法兰和管道右法兰之间配合连接有用于测量法兰转角的角位移传感器；
以及用于对所述波纹管进行径向位移的液压驱动机构，包括第一液压缸和第二液压缸，所述第一液压缸固定设置在左管道底部，并且第一液压缸的伸缩杆和左管道驱动连接；所述第二液压刚固定设置在右管道底部，并且第二液压缸的伸缩杆和右管道驱动连接；
控制器，所述控制器和所述加热装置以及液压驱动机构连接；
数据采集系统A，所述用于测量密封腔内部温度和压力的传感器、直线位移传感器、角位移传感器均和所述数据采集系统A连接；其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤1.先关闭所有阀门，仅打开水箱与缓冲罐之间的管路上的阀门，水箱中的液体进入缓冲罐中，待液体流速稳定后打开微压平衡阀，将液体输送到密封腔中，观察缓冲罐上压力表和温度传感器的示数，用于测量密封腔内部温度和压力的传感器实时监测并记录密封腔内部液体的温度和压力；
步骤2.当达到待测温度时，保持待测温度并保压足够的时间；所述控制器分别发送指令给第一液压缸和第二液压缸，通过第一液压缸和第二液压缸的伸缩来模拟波纹管在工作时发生的弯曲，此时，若密封腔内液体的压力值不变，则没有发生泄漏，若密封腔内液体的压力值变小，则发生泄漏；液体从密封腔泄漏会影响密封腔的压力，通过微压平衡阀调节管道两侧的压力，密封腔内泄露多少液体就会从水箱里补充多少液体，通过微量体积流量计检测液体的体积变化量ΔV，通过体积变化量ΔV得到体积变化率：(其中，L液体的泄漏率，t为时间间隔)，通过体积变化率表示泄漏率，即可精确求得泄露率；
步骤3.当保温保压一定的时间后，关闭与LVDT和RVDT连接的手动开关，读取相应时间内数据采集系统A中螺栓的伸长量、垫片的压缩量和法兰的转角；
步骤4.待数据采集完毕后，打开右管道上的泄压阀和缓冲罐上的泄压阀对管道进行泄压。
所述的直线位移传感器为LVDT，所述角位移传感器为RVDT。
所述水箱与微压平衡阀之间的管路上设有缓冲罐，所述缓冲罐上设有压力表和温度传感器。
所述缓冲罐上还设有调压阀和泄压阀。
所述水箱内设有液位计。
本发明波纹管的失效试验方法的有益效果是：
第一、工作时，水箱向密封腔内输送液体，实时监测密封腔内液体的温度和压力值，当达到待测温度时，保持待测温度并保压足够的时间，此时，若密封腔内液体的压力值不变，则没有发生泄漏，若密封腔内液体的压力值变小，则发生泄漏；液体从密封腔泄漏会影响密封腔的压力，通过微压平衡阀调节管道两侧的压力，密封腔内泄露多少液体就会从水箱里补充多少液体，通过流量计检测液体的体积变化量，通过体积变化量得到体积变化率，通过体积变化率表示泄漏率，即可精确求得泄露率。该装置结构简单、操作方便，既能检测螺栓法兰连接系统是否存在泄漏现象，又能精确计算出不同压力和温度条件下的泄漏率，对于提高波纹管连接系统的紧密性研究具有参考意义。
第二、通过传感器监测不同压力和温度条件下螺栓的伸长量、垫片压缩量和法兰的转角，可以求得螺栓的预紧力和垫片的应力等数据，为螺栓、垫片和法兰优化和改进提供了数据支持。
第三、水箱内压力较大，如果直接接入微压平衡阀会对微压平衡阀造成损伤，影响工作寿命，因此在水箱与微压平衡阀之间的管路上设有缓冲罐可以起到缓冲作用，同时压力表和温度传感器可以实时检测缓冲罐内的温度和压力。
第四、缓冲罐上设置调压阀用于调节缓冲罐内的压力，进一步保证微压平衡阀的安全工作。
附图说明
图1是本发明试验装置的结构示意图；
图2是本发明中直线位移传感器和角位移传感器的安装示意图。
图中：1-水箱；2-阀门；3-压力表；4-泄压阀；5-缓冲罐；6-调压阀；7-温度传感器；8-微压平衡阀；9-微量体积流量计；10-第一液压缸；11-第二液压缸；13-盲板；14-左管道；15-右管道；16-垫片；17-密封腔；20-用于测量密封腔内部温度和压力的传感器；25-直线位移传感器；26-手动开关；27-角位移传感器；A-数据采集系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种波纹管的失效试验方法，基于一套试验装置，包括左管道和右管道、与左管道连接的管道左法兰、与右管道连接的管道右法兰以及通过螺栓和垫片连接在管道左法兰和管道右法兰之间的波纹管，其中，所述左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔；
所述密封腔的外部设有水箱，水箱通过水泵依次连接微压平衡阀和流量计并最终与密封腔连通，水箱内设有加热装置；所述密封腔内还设有用于测量密封腔内部温度和压力的传感器；
所述波纹管包括波纹管本体和安装在波纹管两端的连接法兰，波纹管的左法兰和管道左法兰之间的螺栓上、以及波纹管的右法兰和管道右法兰之间的螺栓上均连接有用于测量螺栓伸长量的直线位移传感器，所述垫片上连接有用于测量垫片压缩量的直线位移传感器，所述波纹管的左法兰和管道左法兰之间、以及波纹管的右法兰和管道右法兰之间配合连接有用于测量法兰转角的角位移传感器；
以及用于对所述波纹管进行径向位移的液压驱动机构，包括第一液压缸和第二液压缸，所述第一液压缸固定设置在左管道底部，并且第一液压缸的伸缩杆和左管道驱动连接；所述第二液压刚固定设置在右管道底部，并且第二液压缸的伸缩杆和右管道驱动连接；
控制器，所述控制器和所述加热装置以及液压驱动机构连接；
数据采集系统A，所述用于测量密封腔内部温度和压力的传感器、直线位移传感器、角位移传感器均和所述数据采集系统A连接；其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤1.先关闭所有阀门，仅打开水箱与缓冲罐之间的管路上的阀门，水箱中的液体进入缓冲罐中，待液体流速稳定后打开微压平衡阀，将液体输送到密封腔中，观察缓冲罐上压力表和温度传感器的示数，用于测量密封腔内部温度和压力的传感器实时监测并记录密封腔内部液体的温度和压力；
步骤2.当达到待测温度时，保持待测温度并保压足够的时间；所述控制器分别发送指令给第一液压缸和第二液压缸，通过第一液压缸和第二液压缸的伸缩来模拟波纹管在工作时发生的弯曲，此时，若密封腔内液体的压力值不变，则没有发生泄漏，若密封腔内液体的压力值变小，则发生泄漏；液体从密封腔泄漏会影响密封腔的压力，通过微压平衡阀调节管道两侧的压力，密封腔内泄露多少液体就会从水箱里补充多少液体，通过微量体积流量计检测液体的体积变化量ΔV，通过体积变化量ΔV得到体积变化率：(其中，L液体的泄漏率，t为时间间隔)，通过体积变化率表示泄漏率，即可精确求得泄露率；
步骤3.当保温保压一定的时间后，关闭与LVDT和RVDT连接的手动开关，读取相应时间内数据采集系统A中螺栓的伸长量、垫片的压缩量和法兰的转角；
步骤4.待数据采集完毕后，打开右管道上的泄压阀和缓冲罐上的泄压阀对管道进行泄压。
如图1所示，在本实施例中，所述螺栓上连接有用于测量螺栓伸长量的直线位移传感器25，所述垫片16上连接有用于测量垫片16压缩量的直线位移传感器，所述波纹管左法兰和管道左法兰之间、以及波纹管右法兰和管道右法兰之间配合连接有用于测量法兰转角的角位移传感器27。由于LVDT(线性可变差动变压器)和RVDT(旋转可变差动变压器)使用寿命长，精度高适用于测量微小的变形，所以在本实施例中，直线位移传感器采用LVDT，角位移传感器27采用RVDT。通过直线位移传感器25(LVDT)可以测得在相应温度和压力下螺栓的伸长量，然后通过公式计算可以获得螺栓的应变量和预紧力、以及在相应温度和压力下垫片16的压缩量，然后通过公式计算出垫片16的压紧应力和残余压紧应力，最后通过相应的公式(压缩回弹曲线表达式)可以求得垫片16在该温度下的应力，RVDT记录了在相应温度和压力下法兰的转角，LVDT和RVDT为螺栓、垫片16和法兰优化和改进提供了数据支持。
如图1所示，作为本发明技术方案的一个优选实施例，在本实施例中，所述水箱1与微压平衡阀8之间的管路上设有缓冲罐5，水箱1与缓冲罐5之间的管路上设有阀门2，所述缓冲罐5上设有压力表3和温度传感器7。水箱1内压力较大，如果直接接入微压平衡阀8会对微压平衡阀造成损伤，影响工作寿命，因此在水箱1与微压平衡阀8之间的管路上设有缓冲罐5可以起到缓冲作用，同时压力表3和温度传感器7可以实时检测缓冲罐5内的温度和压力。
如图1所示，作为本发明技术方案的一个优选实施例，在本实施例中，所述缓冲罐5上还设有调压阀6和泄压阀4。缓冲罐5上设置调压阀6用于调节缓冲罐5内的压力，进一步保证微压平衡阀8的安全工作；缓冲罐5上设置泄压阀4用于整体检测工作完成后与右管道上的泄压阀4一起泄压。
如图1所示，本发明还设有数据采集系统A，上述所有的传感器，用于测量密封腔内部温度和压力的传感器20、缓冲罐5上的温度传感器7、直线位移传感器25、角位移传感器27均与数据采集系统A连接。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种波纹管的失效试验方法，基于一套试验装置，装置包括左管道和右管道、与左管道连接的管道左法兰、与右管道连接的管道右法兰以及通过螺栓和垫片连接在管道左法兰和管道右法兰之间的波纹管，其中，所述左管道和右管道的非连接端均封闭并在内部形成密封腔；
所述密封腔的外部设有水箱，水箱通过水泵依次连接平衡阀和流量计并最终与密封腔连通，水箱内设有加热装置；所述密封腔内还设有用于测量密封腔内部温度和压力的传感器；
所述波纹管包括波纹管本体和安装在波纹管两端的连接法兰，波纹管的左法兰和管道左法兰之间的螺栓上、以及波纹管的右法兰和管道右法兰之间的螺栓上均连接有用于测量螺栓伸长量的直线位移传感器，所述垫片上连接有用于测量垫片压缩量的直线位移传感器，所述波纹管的左法兰和管道左法兰之间、以及波纹管的右法兰和管道右法兰之间配合连接有用于测量法兰转角的角位移传感器；
以及用于对所述波纹管进行径向位移的液压驱动机构，包括第一液压缸和第二液压缸，所述第一液压缸固定设置在左管道底部，并且第一液压缸的伸缩杆和左管道驱动连接；所述第二液压刚固定设置在右管道底部，并且第二液压缸的伸缩杆和右管道驱动连接；
控制器，所述控制器和所述加热装置以及液压驱动机构连接；
数据采集系统A，所述用于测量密封腔内部温度和压力的传感器、直线位移传感器、角位移传感器均和所述数据采集系统A连接；
其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1.先关闭所有阀门，仅打开水箱与缓冲罐之间的管路上的阀门，水箱中的液体进入缓冲罐中，待液体流速稳定后打开微压平衡阀，将液体输送到密封腔中，观察缓冲罐上压力表和温度传感器的示数，用于测量密封腔内部温度和压力的传感器实时监测并记录密封腔内部液体的温度和压力；
步骤2.当达到待测温度时，保持待测温度并保压足够的时间；所述控制器分别发送指令给第一液压缸和第二液压缸，通过第一液压缸和第二液压缸的伸缩来模拟波纹管在工作时发生的弯曲，此时，若密封腔内液体的压力值不变，则没有发生泄漏，若密封腔内液体的压力值变小，则发生泄漏；液体从密封腔泄漏会影响密封腔的压力，通过微压平衡阀调节管道两侧的压力，密封腔内泄露多少液体就会从水箱里补充多少液体，通过微量体积流量计检测液体的体积变化量ΔV，通过体积变化量ΔV得到体积变化率：其中，L液体的泄漏率，t为时间间隔，通过体积变化率表示泄漏率，即可精确求得泄露率；
步骤3.当保温保压一定的时间后，关闭与直线位移传感器和角位移传感器连接的手动开关，读取相应时间内数据采集系统A中螺栓的伸长量、垫片的压缩量和法兰的转角；
步骤4.待数据采集完毕后，打开右管道上的泄压阀和缓冲罐上的泄压阀对管道进行泄压。
2.如权利要求1所述的波纹管的失效试验方法，其特征在于，所述的直线位移传感器为LVDT，所述角位移传感器为RVDT。
3.如权利要求2所述的波纹管的失效试验方法，其特征在于：所述水箱与平衡阀之间的管路上设有缓冲罐，所述缓冲罐上设有压力表和温度传感器。
4.如权利要求3所述的波纹管的失效试验方法，其特征在于：所述缓冲罐上还设有调压阀。
5.如权利要求3所述的波纹管的失效试验方法，其特征在于：所述水箱内设有液位计。
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