CN110044737A - 一种管件的疲劳测试装置及疲劳测试方法 - Google Patents

一种管件的疲劳测试装置及疲劳测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种管件的疲劳测试装置，包括环境仓、内部介质输入管、及内部介质输出管，所述环境仓的侧壁上设有外部介质入口和外部介质出口，所述环境仓用于容纳管件，所述内部介质输入管与管件的一端相连通，所述内部介质输出管与管件的另一端相连通。本发明中管件的疲劳测试装置，在对管件进行疲劳测试过程中，通过内部介质输入管向管件的内部输入内部介质，以模拟出实际使用时管件内部的工作环境，并通过外部介质入口向环境仓中输入外部介质，以模拟出实际使用时管件外部的工作环境，使得管件在测试过程中所处的环境与实际的工作环境一致，从而保证对管件进行疲劳测试的准确性更高。

Description

一种管件的疲劳测试装置及疲劳测试方法
技术领域
本发明涉及一种疲劳测试装置，特别是涉及一种管件的疲劳测试装置及疲劳测试方法。
背景技术
核电、火电、化工和油气行业中有多种U型弯管，管道在服役过程中因内外压力变化、温度波动等而承受着交变载荷的作用，进而导致疲劳/腐蚀疲劳失效。管道疲劳/腐蚀疲劳寿命预测是管道安全评价的重要组成部分。如核电蒸汽发生器的传热管，该传热管的内部是含有放射性物质的一回路水，传热管的外部具有二回路水。传热管一旦发生失效，将引起放射性物质泄漏、并将会导致灾难性事故。
在疲劳寿命预测方面通常会采用疲劳可靠性设计法、局部应力应变分析法和名义应力疲劳设计法等。这些疲劳设计法只能近似估算管道的疲劳寿命，而且数据分散性较大；在实际工程应用中，需要采用试验法来更准确地评价管道的疲劳寿命。目前，少数特殊装置能够实现全尺寸直管道疲劳测试，没有能够实现全尺寸U型弯管疲劳测试的装置。一般疲劳测试主要是在管道上切取试样，然后进行试样疲劳试验。且先进行腐蚀试验、再进行疲劳试验；或者在腐蚀环境中进行疲劳试验来模拟管道在受力状态和腐蚀环境共同作用下的腐蚀疲劳失效情况。
上述现有疲劳测试方法并不能真实地反映出U型管道工件的疲劳失效机理。一方面U型弯管和直管段的加工制造工艺不同，从而造成其微观组织结构、残余应力等方面的差异；另一方面，把管道直接放在同一腐蚀介质中不能真实反映出实际工件内外壁所处的真实环境。如海洋油气管道内壁接触的是油气，而外壁接触则是海洋侵蚀性环境。
相对于管道直管段，弯管加工工艺更加复杂，且容易产生微观缺陷而具有较差的力学性能、耐蚀性等。同时，在实际工况中弯管处承受的介质冲刷作用也会更强烈，因此弯管处是管道系统的薄弱环节。另外，管道工件在实际服役环境条件下的疲劳试验可以更真实反映管道疲劳失效情况，为其疲劳寿命分析与安全可靠性评估提供数据支持。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种管件的疲劳测试装置，该疲劳测试装置对管件的疲劳测试准确性更高。
为实现上述目的，本发明提供一种管件的疲劳测试装置，包括环境仓、内部介质输入管、及内部介质输出管，所述环境仓的侧壁上设有外部介质入口和外部介质出口，所述环境仓用于容纳管件，所述内部介质输入管与管件的一端相连通，所述内部介质输出管与管件的另一端相连通。
进一步地，所述内部介质输入管通过输入管接头与管件的一端相连通，所述内部介质输出管通过输出管接头与管件的另一端相连通。
进一步地，所述管件的疲劳测试装置，还包括连接夹具和固定夹具，所述连接夹具用于将管件的一端与疲劳试验机的传动轴相连接；所述固定夹具用于将管件的另一端固定在环境仓中。
进一步地，所述固定夹具包括连接轴和用于套设在管件的另一端上的连接块，所述连接轴的一端与连接块固接，所述连接轴的另一端与环境仓的内壁固接。
进一步地，所述连接轴有两根，且两根连接轴对称地分布在连接块的前后两侧。
进一步地，所述连接夹具用于套设在管件的一端，且所述连接夹具用于与疲劳试验机的传动轴相连接。
进一步地，所述内部介质输入管和内部介质输出管均为金属软管。
进一步地，所述内部介质输入管的一端用于与管件的一端相连通，所述内部介质输入管的另一端延伸至环境仓的外部；所述内部介质输出管的一端用于与管件的另一端相连通，所述内部介质输出管的另一端延伸至环境仓的外部。
进一步地，所述管件为U型弯管。
如上所述，本发明涉及的管件的疲劳测试装置，具有以下有益效果：
本发明中管件的疲劳测试装置，在使用时，将管件放置在环境仓中；并将管件的一端与疲劳试验机的传动轴相连接，将管件的另一端进行固定；且将管件的一端与内部介质输入管相连通，将管件的另一端与内部介质输出管相连通；再通过内部介质输入管向管件的内部输入内部介质，并通过外部介质入口向环境仓中输入外部介质，直至管件的内部和外部的环境均达到设定状态，即管件的内部和外部的环境达到实际使用时的状态；启动疲劳试验机，疲劳试验机的传动轴给管件的一端施加沿上下方向的作用力，即疲劳试验机的传动轴给管件的一端施加交变载荷，从而实现对管件的疲劳测试。同时，本发明中管件的疲劳测试装置，在上述测试过程中，通过内部介质输入管向管件的内部输入内部介质，以模拟出实际使用时管件内部的工作环境，并通过外部介质入口向环境仓中输入外部介质，以模拟出实际使用时管件外部的工作环境，使得管件在测试过程中所处的环境与实际的工作环境一致，从而保证对管件进行疲劳测试的准确性更高。
本发明要解决的另一个技术问题在于提供一种对管件的疲劳测试准确性更高的疲劳测试方法。
为实现上述目的，本发明提供一种采用所述管件的疲劳测试装置的疲劳测试方法，包括如下步骤：
S1、将管件放置在环境仓中；并将管件的一端与疲劳试验机的传动轴相连接，将管件的另一端固定在环境仓中；且将管件的一端与内部介质输入管相连通，将管件的另一端与内部介质输出管相连通；
S2、通过内部介质输入管向管件的内部输入内部介质，并通过外部介质入口向环境仓中输入外部介质，直至管件的内部和外部的环境均达到设定状态；
S3、启动疲劳试验机，疲劳试验机的传动轴给管件的一端施加沿上下方向的作用力，并对管件进行疲劳测试。
如上所述，本发明涉及的疲劳测试方法，具有以下有益效果：
本发明中上述疲劳测试方法，基于上述步骤S1至S3，实现了对管件的疲劳测试；且本疲劳测试方法，基于上述步骤S2，通过内部介质输入管向管件的内部输入内部介质，以模拟出实际使用时管件内部的工作环境，并通过外部介质入口向环境仓中输入外部介质，以模拟出实际使用时管件外部的工作环境，使得管件在后续步骤S3的测试过程中所处的环境与实际的工作环境一致，从而保证本发明疲劳测试方法对管件进行疲劳测试的准确性更高。
附图说明
图1为本发明中管件的疲劳测试装置的结构示意图。
图2为本发明中管件的疲劳测试装置的左视图。
元件标号说明
1 环境仓
11 外部介质入口
12 外部介质出口
21 内部介质输入管
211 内部介质入口
22 内部介质输出管
221 内部介质出口
3 管件
41 输入管接头
42 输出管接头
51 连接夹具
52 固定夹具
521 连接轴
522 连接块
6 传动轴
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1和图2所示，本发明提供一种管件的疲劳测试装置，包括环境仓1、内部介质输入管21、及内部介质输出管22，环境仓1的侧壁上设有外部介质入口11和外部介质出口12，环境仓1用于容纳管件3，内部介质输入管21与管件3的一端相连通，内部介质输出管22与管件3的另一端相连通。本发明中管件的疲劳测试装置，在使用时，将管件3放置在环境仓1中；并将管件3的一端与疲劳试验机的传动轴6相连接，将管件3的另一端进行固定；且将管件3的一端与内部介质输入管21相连通，将管件3的另一端与内部介质输出管22相连通；再通过内部介质输入管21向管件3的内部输入内部介质，并通过外部介质入口11向环境仓1中输入外部介质，直至管件3的内部和外部的环境均达到设定状态，即管件3的内部和外部的环境达到实际使用时的状态；启动疲劳试验机，疲劳试验机的传动轴6给管件3的一端施加沿上下方向的作用力，即疲劳试验机的传动轴6给管件3的一端施加交变载荷，从而实现对管件3的疲劳测试。同时，本发明中管件的疲劳测试装置，在上述测试过程中，通过内部介质输入管21向管件3的内部输入内部介质，以模拟出实际使用时管件3内部的工作环境，并通过外部介质入口11向环境仓1中输入外部介质，以模拟出实际使用时管件3外部的工作环境，使得管件3在测试过程中所处的环境与实际的工作环境一致，从而保证对管件3进行疲劳测试的准确性更高。
如图1和图2所示，本发明还提供一种采用上述管件的疲劳测试装置的疲劳测试方法，包括如下步骤：
S1、将管件3放置在环境仓1中；并将管件3的一端与疲劳试验机的传动轴6相连接，将管件3的另一端固定在环境仓1中；且将管件3的一端与内部介质输入管21相连通，将管件3的另一端与内部介质输出管22相连通；
S2、通过内部介质输入管21向管件3的内部输入内部介质，并通过外部介质入口11向环境仓1中输入外部介质，直至管件3的内部和外部的环境均达到设定状态，即管件3的内部和外部的环境达到实际使用时的状态；
S3、启动疲劳试验机，疲劳试验机的传动轴6给管件3的一端施加沿上下方向的作用力，并对管件3进行疲劳测试。
本发明中上述疲劳测试方法，基于上述步骤S1至S3，实现了对管件3的疲劳测试；且本疲劳测试方法，基于上述步骤S2，通过内部介质输入管21向管件3的内部输入内部介质，以模拟出实际使用时管件3内部的工作环境，并通过外部介质入口11向环境仓1中输入外部介质，以模拟出实际使用时管件3外部的工作环境，使得管件3在后续步骤S3的测试过程中所处的环境与实际的工作环境一致，从而保证本发明疲劳测试方法对管件3进行疲劳测试的准确性更高。
如图1和图2所示，本实施例中内部介质输入管21通过输入管接头41与管件3的一端相连通，内部介质输出管22通过输出管接头42与管件3的另一端相连通。本实施例中输入管接头41和输出管接头42均呈圆管状结构。输入管接头41的左端与管件3的一端固接，输入管接头41的右端与内部介质输入管21固接。输出管接头42的左端与管件3的另一端固接，输出管接头42的右端与内部介质输出管22固接。
如图1和图2所示，本实施例中管件的疲劳测试装置，还包括连接夹具51和固定夹具52，连接夹具51用于将管件3的一端与疲劳试验机的传动轴6相连接；固定夹具52用于将管件3的另一端固定在环境仓1中。在上述步骤S1中，将管件3的一端通过连接夹具51与疲劳试验机的传动轴6相连接，并将管件3的另一端通过固定夹具52固定在环境仓1中；从而在上述步骤S3中，疲劳试验机的传动轴6沿上下方向动作，就能给管件3的一端施加沿上下方向的作用力，且使管件3承受交变载荷，以模拟出管件3在实际使用时的受力状况。
如图1和图2所示，本实施例中固定夹具52包括连接轴521和用于套设在管件3的另一端上的连接块522，连接轴521的一端与连接块522固接，连接轴521的另一端与环境仓1的内壁固接。本实施例中连接块522呈具有第一通孔的矩形块状结构。在上述步骤S1中，将连接块522套设在管件3的另一端，即将管件3的另一端穿设在连接块522的第一通孔中、并与连接块522固接；且连接轴521的一端与连接块522固接，连接轴521的另一端与环境仓1的内壁固接，从而实现将管件3的另一端与环境仓1的内壁固定连接。同时，如图2所示，本实施例中连接轴521有两根，且两根连接轴521对称地分布在连接块522的前后两侧。本实施例利用两根连接轴521有效保证将连接块522及管件3的另一端牢固地固定在环境仓1的内壁上。
如图1和图2所示，连接夹具51用于套设在管件3的一端，且连接夹具51用于与疲劳试验机的传动轴6相连接。本实施例中连接夹具51呈具有第二通孔的块状结构。上述步骤S1将连接夹具51套设在管件3的一端，即将管件3的一端穿设在连接夹具51的第二通孔中、并与连接夹具51的内壁固接，同时将疲劳试验机的传动轴6与连接夹具51的外壁固接。
本实施例中内部介质输入管21和内部介质输出管22均为金属软管，以便于根据需要调整内部介质输入管21和内部介质输出管22的弯曲形态，并保证内部介质输入管21和内部介质输出管22具有所需的强度。本实施例上述步骤S1中管件3整体位于环境仓1中。如图1和图2所示，上述步骤S1中内部介质输入管21的一端与管件3的一端相连通，该内部介质输入管21的另一端延伸至环境仓1的外部，且内部介质输入管21的另一端设有内部介质入口211；且内部介质输出管22的一端与管件3的另一端相连通，该内部介质输出管22的另一端延伸至环境仓1的外部，且内部介质输出管22的另一端设有内部介质出口221。上述步骤S2及步骤S3中，内部介质由内部介质入口211进入内部介质输入管21，并通过内部介质输入管21进入管件3中，以保证管件3的内部环境与实际工作时的状态一致；同时，管件3中的内部介质通过内部介质输出管22及内部介质出口221排出。另外，在上述步骤S2及步骤S3中，通过改变内部介质的性质，比如内部介质的种类、温度和压力等，可以实现模拟多种复杂的管件3的内部服役环境。且在上述步骤S2和S3中，外部介质通过外部介质入口11进入环境仓1，并从外部介质出口12排出；且通过改变环境仓1中的介质环境，可以模拟出管件3外部的服役环境。本实施例中环境仓1为疲劳试验机的环境仓1，当环境仓1中具有一定的高压时，该环境仓1也可称为高压釜。本实施例中上述内部介质是指在实际工作中，位于管件3的内部的物质；上述外部介质是指在实际工作中，位于管件3的外部的物质。
本实施例的疲劳测试方法，在上述步骤S2中，通过调整内部介质和外部介质的特性，比如介质的化学组成、温度、及压力等参数，来模拟管件3实际的服役环境，从而保证对管件3的疲劳测试准确度更高。其中，在调节管件3中内部介质的温度过程中，可先将内部介质经加热或冷却后，再通过内部介质输入管21流入管件3中。上述步骤S3中，启动疲劳试验机以对管件3进行疲劳试验、即对管件3进行疲劳测试，研究管件3的疲劳寿命，并进行管件3在服役环境中的安全评估。
如图1所示，本实施例中上述管件3为U型弯管。本实施例上述管件的疲劳测试装置及疲劳测试方法能对U型弯管进行疲劳测试。本实施例中管件的疲劳测试装置具体为一种U型弯管的疲劳测试装置。本疲劳测试装置及疲劳测试方法可用于多种材质U型弯管的疲劳及腐蚀疲劳测试，且可以模拟U型弯管的内外部承受不同高温高压流动介质的服役环境。上述疲劳测试装置及疲劳测试方法可用于U型管道工件的疲劳和腐蚀疲劳的机理研究和寿命评估。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种管件的疲劳测试装置，其特征在于，包括环境仓(1)、内部介质输入管(21)、及内部介质输出管(22)，所述环境仓(1)的侧壁上设有外部介质入口(11)和外部介质出口(12)，所述环境仓(1)用于容纳管件(3)，所述内部介质输入管(21)与管件(3)的一端相连通，所述内部介质输出管(22)与管件(3)的另一端相连通。
2.根据权利要求1所述管件的疲劳测试装置，其特征在于，所述内部介质输入管(21)通过输入管接头(41)与管件(3)的一端相连通，所述内部介质输出管(22)通过输出管接头(42)与管件(3)的另一端相连通。
3.根据权利要求1所述管件的疲劳测试装置，其特征在于，还包括连接夹具(51)和固定夹具(52)，所述连接夹具(51)用于将管件(3)的一端与疲劳试验机的传动轴(6)相连接；所述固定夹具(52)用于将管件(3)的另一端固定在环境仓(1)中。
4.根据权利要求3所述管件的疲劳测试装置，其特征在于，所述固定夹具(52)包括连接轴(521)和用于套设在管件(3)的另一端上的连接块(522)，所述连接轴(521)的一端与连接块(522)固接，所述连接轴(521)的另一端与环境仓(1)的内壁固接。
5.根据权利要求4所述管件的疲劳测试装置，其特征在于，所述连接轴(521)有两根，且两根连接轴(521)对称地分布在连接块(522)的前后两侧。
6.根据权利要求3所述管件的疲劳测试装置，其特征在于，所述连接夹具(51)用于套设在管件(3)的一端，且所述连接夹具(51)用于与疲劳试验机的传动轴(6)相连接。
7.根据权利要求1所述管件的疲劳测试装置，其特征在于，所述内部介质输入管(21)和内部介质输出管(22)均为金属软管。
8.根据权利要求1所述管件的疲劳测试装置，其特征在于，所述内部介质输入管(21)的一端用于与管件(3)的一端相连通，所述内部介质输入管(21)的另一端延伸至环境仓(1)的外部；所述内部介质输出管(22)的一端用于与管件(3)的另一端相连通，所述内部介质输出管(22)的另一端延伸至环境仓(1)的外部。
9.根据权利要求1所述管件的疲劳测试装置，其特征在于，所述管件(3)为U型弯管。
10.一种采用如权利要求1至9任一项所述管件的疲劳测试装置的疲劳测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将管件(3)放置在环境仓(1)中；并将管件(3)的一端与疲劳试验机的传动轴(6)相连接，将管件(3)的另一端固定在环境仓(1)中；且将管件(3)的一端与内部介质输入管(21)相连通，将管件(3)的另一端与内部介质输出管(22)相连通；
S2、通过内部介质输入管(21)向管件(3)的内部输入内部介质，并通过外部介质入口(11)向环境仓(1)中输入外部介质，直至管件(3)的内部和外部的环境均达到设定状态；
S3、启动疲劳试验机，疲劳试验机的传动轴(6)给管件(3)的一端施加沿上下方向的作用力，并对管件(3)进行疲劳测试。
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