CN112014233A - 一种金属波纹管外压高温疲劳试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不依赖压力维持系统的金属波纹管外压高温疲劳试验装置。利用高压釜内的气相空间,实现液相试验介质下的波纹管外压高温高压疲劳试验,解决现有波纹管难以进行高温高压状态下疲劳试验的难题。试验装置包括:液压伺服试验机,疲劳试验控制系统;液压伺服试验机包括待测波纹管通过定位杆置于高压釜内腔,浸没在试验介质中,并通过阀杆与液压伺服试验机连接;在高压釜筒壁外设有加热装置,与该加热装置相对应位置上设有喷淋装置;在高压釜上部的气相空间侧壁上设置有与低压气源相连通的管线,该管线上依次设有减压阀、低压气源截止阀、放气阀、高压釜截止阀、压力传感器、报警压力传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种波纹管性能检测技术领域,具体地说是一种不依赖压力维持系统的金属波纹管外压高温疲劳试验装置。
背景技术
波纹管的高温高压疲劳寿命是波纹管性能的重要检测指标,受现有技术及装备限制,大部分波纹管外压高温高压疲劳试验均是以常温试验来代替高温试验,试验数据不能完全体现波纹管的真实状态。金属波纹管在疲劳试验过程中,疲劳试验行程会产生波纹管体积的变化,从而带来压力的波动,而疲劳试验的频率又会对压力波动产生叠加效应,使高压釜内的压力场更加恶化,为消除波纹管疲劳试验中因体积变化而产生的压力波动,需要额外配置压力稳定系统,而高温工况下的压力稳定系统,因设计难度较高及材料限制等困难,目前难以推广应用。在已公开的相关技术中没发现具有金属波纹管高温高压疲劳试验方法的相关文献。
中国专利CN201810188344.8公开了一种高温振动疲劳实验装置及试验方法,利用高温炉将待检工件加热至预设温度后再进行振动疲劳试验,工件处于常温下。
中国专利CN201710232760.9公开了一种高温超高周疲劳试验方法,利用高温炉对试件进行加热,工件处于常压下。
中国专利CN201010590796.2公开了一种大型波纹管构件的疲劳试验装置和试验方法,是在常温下对大直径波纹管构件进行疲劳试验,不涉及高温高压。
中国专利CN201310668045.1公开了一种金属波纹管高温高压疲劳试验装置,需配置压力系统维持压力的稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种不依赖压力维持系统的金属波纹管外压高温疲劳试验装置,以满足金属波纹管外压高温高压疲劳试验。
本发明为实现上述目的,通过以下技术途径实现:一种金属波纹管外压高温疲劳试验装置,它包括有:液压伺服试验机,疲劳试验控制系统,高压釜,报警压力传感器,液相试验介质,待测波纹管,其特征在于:所述液压伺服试验机包括待测波纹管通过定位杆置于高压釜内腔,浸没在试验介质中,并通过阀杆与液压伺服试验机连接;阀杆与高压釜上盖之间采用迷宫密封结构;温度传感器设置在阀杆内部;在高压釜筒壁外侧设置有加热装置,与该加热装置相对应位置上还设有喷淋装置;在高压釜上部的气相空间侧壁上设置有与低压气源相连通的管线,在该管线上依次设置有减压阀、低压气源截止阀、放气阀、高压釜截止阀、压力传感器、报警压力传感器。
本发明所述待检波纹管设置在高压釜腔体中部,浸没于液态试验介质内。
本发明所述液态试验介质为纯液态或非饱和态介质。
本发明所述温度传感器与阀杆共用同一外壳。
本发明所述低压气源为低压气瓶。
待测波纹管通过定位杆置于疲劳试验装置内腔,浸没在试验介质中,并通过阀杆与疲劳试验机连接;高压釜内部存在气相空间,使用低压气源向高压釜内进行预充压;利用加热装置加热试验介质;高压釜外部设有喷淋装置,用于对高压釜进行快速冷却降温;疲劳试验装置上部设有报警压力传感器,一旦待测波纹管发生失效泄露,立即进行系统报警。
首先,根据待测金属波纹管的测试行程带来的体积变化量来确定气相空间,将压力波动降低到0.5%以内,从而舍弃了复杂的压力维持系统,并且,在高温试验时,低压气体进入疲劳试验装置后,受热膨胀,达到了利用低压气源实现高压的目的。
与现有技术相比,本专利的有效增益是:可以实现不同温度、不同压力下的金属波纹管外压疲劳试验,无需复杂的压力维持系统进行稳压,波纹管的疲劳试验频率不受限制,温度传感器套装在阀杆内,与波纹管贴合紧密,能实时传递波纹管的真实试验温度;阀杆与高压釜上盖间采用迷宫式密封,节省密封填料,简化结构。本试验装置能真实模拟波纹管高温、高压工况;有效缩短高温疲劳试验时间,提高试验效率,降低试验费用。
以现有材料,本实验装置能够实现设计压力35MPa、设计温度600℃以内的金属波纹管疲劳试验。
附图说明
图1是本发明波纹管高温高压疲劳试验装置系统简图;
图2是图1中温度传感器与阀杆、波纹管连接结构简图;
图3是图1中阀杆与高压釜上盖间的密封结构简图。
其中:1.减压阀;2.低压气源截止阀;3.放气阀;4. 高压釜截止阀;5.压力传感器;6. 液压伺服试验机;7. 温度传感器;8. 作动器;9. 报警压力传感器;10.喷淋装置;11.加热装置;12.液态试验介质;13.阀杆;14.待测波纹管;15. 高压釜;16.高压釜上盖;17.排放口。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
一种金属波纹管外压高温疲劳试验方法及系统。包括:常温低压气源、高压釜、液压伺服试验机、疲劳试验控制系统组成。
具体实施步骤:
如图1-3所示,图中6为液压伺服试验机,疲劳试验控制系统,15为高压釜,9为报警压力传感器,12为液相试验介质,14为待测波纹管;所述液压伺服试验机6包括待测波纹管14通过定位杆置于高压釜15内腔,浸没在液态试验介质12中,并通过阀杆13与液压伺服试验机6连接;阀杆13与高压釜上盖16之间采用迷宫密封结构;温度传感器7设置在阀杆13内部;在高压釜筒壁外侧设置有加热装置11,与该加热装置11相对应位置上还设有喷淋装置10;在高压釜15上部的气相空间侧壁上设置有与低压气源相连通的管线,在该管线上依次设置有减压阀1、低压气源截止阀2、放气阀3、高压釜截止阀4、压力传感器5、报警压力传感器9。
所述的疲劳试验控制系统通过数据线与减压阀1、压力传感器5、温度传感器7、作动器8、报警压力传感器9、喷淋装置10;加热装置11相连接。采集、记录并显示经减压后的低压气源压力;采集、记录并显示高压釜内的压力和温度;控制作动器8产生轴向往复运动,并记录动作的幅度、频率,完成波纹管疲劳试验数据的采集;疲劳试验控制系统根据温度传感器7采集到的高压釜内的温度与系统预设温度对比,控制加热装置11的开启,保证高压釜内的温度稳定在预设范围内;疲劳试验控制系统通过压力传感器5采集并实时显示高压釜内的压力,如压力超过系统预设压力值,系统进行报警,并关闭加热装置,待压力恢复正常后,才能继续进行疲劳试验。
报警压力传感器9的功能是:一旦监控到压力,即视为待测波纹管14失效,疲劳试验控制系统控制作动器8停止工作,数据停止采集,关闭加热装置,启动喷淋系统,对高压釜进行强制降温。
试验时,首先根据待测波纹管检测行程产生的体积变化,利用气体状态方程,结合试验温度、压力以及试验介质的密度变化,确定气相空间容积和试验的初始气相压力。将待测波纹管14连同阀杆13放入高压釜15内,将温度传感器7的探头装入阀杆内,并与待测波纹管14下法兰贴合,阀杆13从高压釜15上盖穿出,与液压伺服试验机作动器8连接,密封高压釜15。通过密封垫的密封,在高压釜内形成两个相对独立的腔室,即下部试验腔室和上部常压腔室。关闭放气阀3,打开高压釜截止阀4和低压气源截止阀2,由低压气源按理论计算的初始压力向高压釜供气,待高压釜15内的压力达到初始压力值后,关闭低压气源截止阀和高压釜截止阀,打开放气阀3。通过加热装置加热液相试验介质到试验温度,观察高压釜内气相压力的增幅,如超出试验压力允许范围,打开放气阀3,适度排放气体,使试验装置内的压力值稳定在试验压力范围内,待温度达到试验温度后,启动液压伺服试验机,按试验大纲对待测波纹管进行疲劳试验。待疲劳试验完成,停止加热并关闭试验系统,打开喷淋系统,对高压釜进行快速降温,待高压釜内试验介质温度降低到室温,开启高压釜截止阀和放气阀,释放装置内部压力到常压后打开高压釜15,取出待测波纹管14。
如待测波纹管14发生失效,高压釜15内的高温高压试验介质从阀杆13与定位杆之间的间隙进入上部常压腔室,受阀杆13与高压釜上盖16间的迷宫密封,高温高压试验介质从排放口17排出,在排放口管道中设置有报警压力传感器8,此时该传感器被触发,疲劳试验系统停止工作,加热系统终止加热,喷淋系统工作,对高压釜进行强制降温,待高压釜15内试验介质温度降低到室温,打开高压釜,取出待测波纹管14。
如疲劳试验压力较低时,可先将待测波纹管14连同阀杆13放入高压釜15内,阀杆13从高压釜顶部的高压釜上盖16穿出,与液压伺服试验机6上作动器7连接,密封高压釜15,通过加热装置11加热高压釜内液态试验介质12达到试验温度,然后通过低压气源向高压釜15内加压,如高压釜15内压力超过试验压力,打开放气阀3,适度排放气体,降低釜内压力,使试验装置内的压力值稳定在试验压力范围内,待压力稳定后,即可按试验大纲对波纹管进行疲劳试验。从而实现了本发明的目的。
以现有条件,可选用气瓶作为低压气源,根据气体状态方程,以瓶内气压12MPa为基准,常温充压后,无需增压,不同温度下的压力见下表(未考虑液相试验介质的密度变化)
温度 ℃ | 腔内压力MPa | 温度 ℃ | 腔内压力MPa | 温度 ℃ | 腔内压力MPa |
100 | 15.23 | 300 | 23.46 | 500 | 31.66 |
150 | 17.32 | 350 | 25.5 | 550 | 33.7 |
200 | 19.37 | 400 | 27.56 | 600 | 35.75 |
250 | 21.42 | 450 | 29.61 |
Claims (6)
1.一种金属波纹管外压高温疲劳试验装置,它包括有:液压伺服试验机,疲劳试验控制系统,高压釜,报警压力传感器,液相试验介质,待测波纹管,其特征在于:所述液压伺服试验机包括待测波纹管通过定位杆置于高压釜内腔,浸没在试验介质中,并通过阀杆与液压伺服试验机连接;阀杆与高压釜上盖之间采用迷宫密封结构;温度传感器设置在阀杆内部;在高压釜筒壁外侧设置有加热装置,与该加热装置相对应位置上还设有喷淋装置;在高压釜上部的气相空间侧壁上设置有与低压气源相连通的管线,在该管线上依次设置有减压阀、低压气源截止阀、放气阀、高压釜截止阀、压力传感器、报警压力传感器。
2.根据权利要求1所述的试验装置,其特征在于:所述待检波纹管设置在高压釜腔体中部,浸没于液态试验介质内。
3.根据权利要求1所述的试验装置,其特征在于:所述液态试验介质为纯液态或非饱和态介质。
4.根据权利要求1所述的试验装置,其特征在于:所述温度传感器与阀杆共用同一外壳。
5.根据权利要求1所述的试验装置,其特征在于:所述低压气源为低压气瓶。
6.根据权利要求1或2所述的试验装置,其特征在于:所述待测波纹管为金属波纹管。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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