CN112560237B - 一种燃气胶管的寿命快速测试方法及其测试系统 - Google Patents

一种燃气胶管的寿命快速测试方法及其测试系统 Download PDF

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Abstract

一种燃气胶管的寿命快速测试方法及其测试系统，包括下列步骤：步骤一：设定测试系统的工作压力P与燃气流速V，在测试胶管对象上采集样本，测试初始样本的拉断伸长率ε0，准备加速试验；步骤二：进行样本的加速老化试验，记录每个样本在相应的加速温度应力下的试验测量时间，并确定各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk；步骤三：根据各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk，利用拉断伸长率的保有率的数据轨迹，建立胶管老化加速模型，预测胶管的寿命。该测试系统能够在只需要获取少量失效时间数据的前提下，通过本发明的快速测试方法完成预测胶管寿命的目标，有效减少胶管寿命的测试时间。

Description

一种燃气胶管的寿命快速测试方法及其测试系统
技术领域
本发明涉及燃气设备检测技术领域，具体为一种燃气胶管的寿命快速测试方法及其测试系统。
背景技术
橡胶软管作为一种流体输送管道，具有弹性好、耐腐蚀等优势，在市政燃气系统中应用尤其广泛。由于在供气系统的工作环境使用过程中，燃气胶管面临温度、空气和燃气介质等因素影响，长期运行使用时，其机械性能会逐步退化，极易发生老化、龟裂等现象，进而导致泄漏事故发生。
由于胶管老化而引起的燃气室内事故层出不穷，胶管寿命评估亟待开展；传统的橡胶寿命预测方法是以获取失效时间数据为目标，但由于行业出现了部分高可靠、长寿命的胶管，即使采用了加速寿命试验也无法在较短时间内获取足够多的失效时间数据，给寿命预测带来了不小难度，仍采用传统寿命预测方法需要较长时间，严重影响胶管寿命评价在工程中的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种燃气胶管的寿命快速测试方法及其测试系统，该测试系统能够在只需要获取少量失效时间数据的前提下，通过本发明的快速测试方法完成预测胶管寿命的目标，有效减少胶管寿命的测试时间。
一种燃气胶管的寿命快速测试方法，包括下列步骤：
步骤一：设定测试系统的工作压力P与燃气流速V，在测试胶管对象上采集样本，测试初始样本的拉断伸长率ε0，准备加速试验；
步骤二：进行样本的加速老化试验，记录每个样本在相应的加速温度应力下的试验测量时间，并确定各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk；
步骤三：根据各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk，利用拉断伸长率的保有率的数据轨迹，建立胶管老化加速模型，预测胶管的寿命。
而且，步骤一中测试用样本为直接从所测胶管上节取的哑铃型样本，而后取5个样本在空气中放置24h后测试其初始样本的拉断伸长率，取其平均值作为样本的初始拉断性能Eb0。
而且，步骤二中的加速老化试验包括以下子步骤：
步骤1：为模拟胶管使用条件，向试验罐中通入工作压力小于10kPa，流速为2m/s的甲烷气体；
步骤2：设定试验参数，温度应力水平i≥3、各应力水平下样本量为u，试验测量时间t和测量次数w；
步骤3：将样本放在各个温度应力水平的试验罐中，待时间达到预定试验时间时，取出至少5个样本并在室温下放置至少1h，而后进行拉伸试验，取其平均值作为老化后的拉断伸长率；
步骤四：计算各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk，根据公式yijk＝Ebijk/Eb0，得到第j个样本在第i个温度应力水平、第k次试验时的拉断伸长率保有率；
其中Ebijk表示样本的拉断伸长率；i＝1,2,3；j＝1,2,……,u；k＝1,2,……,w。
而且，步骤三中需根据步骤二中所得的各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk，利用拉断伸长率的保有率的数据轨迹，建立胶管老化加速模型，并预测胶管的寿命，其预测方法包括以下子步骤：
步骤a：根据第j个样本在第i个温度应力水平、第k次试验时的拉断伸长率保有率和第k次试验测量时间tk，利用最小二乘法回归分析得到第i个温度应力水平下样本拉断伸长率保有率老化曲线；
步骤b：利用第i个温度应力水平下样本老化曲线，计算拉断伸长率保有率在n1、n2、n3时对应的试验测量时间，得到ti,n1、ti,n2、ti,n3；
步骤c：将计算得到的拉断伸长率保有率n1时的(T1，ti,n1)、(T2，ti,n1)代入ln(t*T)＝Ea/(R*T)+C公式，拟合求解Ea/R；按上述方法得到拉断伸长率保有率n2、拉断伸长率保有率n3的Ea/R值，求三个数值的均值作为最终值；其中，T1、T2为温度应力水平的绝对温度；
步骤d：将获得的Ea/R最终值，以及试验温度应力T和胶管工作温度Tref，代入胶管老化加速模型aT＝(T/Tref)*exp(Ea/R(1/Tref-1/T)，分别得到第i个温度应力水平下的加速因子aT，i；
步骤e：用第i个温度应力水平下的加速因子aT，i乘以第i个温度应力水平下的试验测量时间t，将第i个温度应力水平下的拉断伸长率保有率数据轨迹试验数据，转换成胶管工作温度Tref条件下的拉断伸长率保有率数据轨迹试验数据；
步骤f：通过拉断伸长率保有率的失效阈值，预测工作温度Tref条件下的寿命。
一种燃气胶管的寿命快速测试方法所采用的测试系统，测试系统包括压缩机、第一缓冲罐、第二缓冲罐、PLC控制主机、试验罐、三通电磁阀、温度传感器及多个温度压力控制装置，其中试验罐设有多个且并联设置；压缩机的排气端连通第一缓冲罐，该第一缓冲罐的排气端并联联通多个试验罐的排气端；试验罐的排气端并联连通三通电磁阀的进气口，该三通电磁阀的第一排气口连通压缩机的进气端，三通电磁阀的第二排气口连通第二缓冲罐；第二缓冲罐的排气端与压缩机的进气端连通；温度传感器设置在试验罐内；温度压力控制装置分别设置在第一缓冲罐的排气端以及三通电磁阀的进气口处；PLC控制主机采集温度传感器的输出信号，并分别向压缩机、三通电磁阀及多个温度压力控制装置输出控制信号。
而且，测试系统内还设有多个开关阀，该开关阀分别设置在第一缓冲罐的进气端管路及排气端管路、第二缓冲罐的进气端管路及排气端管路、每个并联连接的试验罐的进气端管路及排气端管路上。
而且，第二缓冲罐的排气端联通有补充气源。
本发明的优点和技术效果是：
本发明的一种燃气胶管的寿命快速测试方法及其测试系统，将拉断伸长率保有率作为老化特性指标，用温度作为加速应力进行加速老化试验，利用拉断伸长率的保有率的数据轨迹，建立胶管老化加速模型，通过加速因子直接将试验数据转换成工作温度下的性能老化轨迹，在只需要获取少量失效时间数据，就能完成预测胶管寿命的目标，节约了大量测试时间且具有良好的操作性；与传统的橡胶寿命预测方法相比，不仅减少了温度应力的个数，也避免了在实验测试前就需要确定橡胶的失效阈值的问题，且经本方法处理后胶管寿命结果直观可见。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图；
图2为本发明的加速测试装置；
图3为本发明的胶管老化轨迹数据分析图；
图4为本发明的胶管老化加速因子对应关系示意图；
图5为本发明的测试不同温度条件下胶管的拉断伸长率保有率数据轨迹的试验数据图；
其中：1-压缩机；2-第一缓冲罐；3-PLC控制主机；4-试验罐；5-三通电磁阀；6-温度传感器；7-第二缓冲罐；8-补充气源；9-温度压力控制装置；10-开关阀。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种燃气胶管的寿命快速测试方法，包括下列步骤：
步骤一：设定测试系统的工作压力P与燃气流速V，在测试胶管对象上采集样本，测试初始样本的拉断伸长率ε0，准备加速试验；
步骤二：进行样本的加速老化试验，记录每个样本在相应的加速温度应力下的试验测量时间，并确定各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk；
步骤三：根据各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk，利用拉断伸长率的保有率的数据轨迹，建立胶管老化加速模型，预测胶管的寿命。
而且，步骤一中测试用样本为直接从所测胶管上节取的哑铃型样本，而后取5个样本在空气中放置24h后测试其初始样本的拉断伸长率，取其平均值作为样本的初始拉断性能Eb0。
而且，步骤二中的加速老化试验包括以下子步骤：
步骤1：为模拟胶管使用条件，向试验罐中通入工作压力小于10kPa，流速为2m/s的甲烷气体；
步骤2：设定试验参数，温度应力水平i≥3、各应力水平下样本量为u，试验测量时间t和测量次数w；
步骤3：将样本放在各个温度应力水平的试验罐中，待时间达到预定试验时间时，取出至少5个样本并在室温下放置至少1h，而后进行拉伸试验，取其平均值作为老化后的拉断伸长率；
步骤四：计算各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk，根据公式yijk＝Ebijk/Eb0，得到第j个样本在第i个温度应力水平、第k次试验时的拉断伸长率保有率；
其中Ebijk表示样本的拉断伸长率；i＝1,2,3；j＝1,2,……,u；k＝1,2,……,w。
而且，步骤三中需根据步骤二中所得的各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk，利用拉断伸长率的保有率的数据轨迹，建立胶管老化加速模型，并预测胶管的寿命，其预测方法包括以下子步骤：
步骤a：根据第j个样本在第i个温度应力水平、第k次试验时的拉断伸长率保有率和第k次试验测量时间tk，利用最小二乘法回归分析得到第i个温度应力水平下样本拉断伸长率保有率老化曲线；
步骤b：利用第i个温度应力水平下样本老化曲线，计算拉断伸长率保有率在n1、n2、n3时对应的试验测量时间，得到ti,n1、ti,n2、ti,n3；
步骤c：将计算得到的拉断伸长率保有率n1时的(T1，ti,n1)、(T2，ti,n1)代入ln(t*T)＝Ea/(R*T)+C公式，拟合求解Ea/R；按上述方法得到拉断伸长率保有率n2、拉断伸长率保有率n3的Ea/R值，求三个数值的均值作为最终值；其中，T1、T2为温度应力水平的绝对温度；
步骤d：将获得的Ea/R最终值，以及试验温度应力T和胶管工作温度Tref，代入胶管老化加速模型aT＝(T/Tref)*exp(Ea/R(1/Tref-1/T)，分别得到第i个温度应力水平下的加速因子aT，i；
步骤e：用第i个温度应力水平下的加速因子aT，i乘以第i个温度应力水平下的试验测量时间t，将第i个温度应力水平下的拉断伸长率保有率数据轨迹试验数据，转换成胶管工作温度Tref条件下的拉断伸长率保有率数据轨迹试验数据；
步骤f：通过拉断伸长率保有率的失效阈值，预测工作温度Tref条件下的寿命。
一种燃气胶管的寿命快速测试方法所采用的测试系统，测试系统包括压缩机1、第一缓冲罐2、第二缓冲罐7、PLC控制主机3、试验罐4、三通电磁阀5、温度传感器6及多个温度压力控制装置9，其中试验罐设有多个且并联设置；压缩机的排气端连通第一缓冲罐，该第一缓冲罐的排气端并联联通多个试验罐的排气端；试验罐的排气端并联连通三通电磁阀的进气口，该三通电磁阀的第一排气口连通压缩机的进气端，三通电磁阀的第二排气口连通第二缓冲罐；第二缓冲罐的排气端与压缩机的进气端连通；温度传感器设置在试验罐内；温度压力控制装置分别设置在第一缓冲罐的排气端以及三通电磁阀的进气口处；PLC控制主机采集温度传感器的输出信号，并分别向压缩机、三通电磁阀及多个温度压力控制装置输出控制信号。
而且，测试系统内还设有多个开关阀10，该开关阀分别设置在第一缓冲罐的进气端管路及排气端管路、第二缓冲罐的进气端管路及排气端管路、每个并联连接的试验罐的进气端管路及排气端管路上。
而且，第二缓冲罐的排气端联通有补充气源8。
另外，本发明优选的PLC控制主机、三通电磁阀、温度传感器及温度压力控制装置均采用现有技术中的成熟产品。
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面提供一种实施例：
本发明的一个实施例中，按上述方法进行寿命预测：
步骤1：温度水平在100℃、90℃、80℃进行加速老化试验，第2天测量一次拉断伸长率保有率，其计进行20天，其老化轨迹见图3。
表1试验过程中试样的拉断伸长率保有率
Figure GDA0004166459500000051
Figure GDA0004166459500000061
步骤2：利用第i个温度应力水平下样本老化曲线，计算拉断伸长率保有率在n1、n2、n3时对应的试验测量时间，得到ti,n1、ti,n2、ti,n3；
表2不同拉断伸长率保有率对应时间
Figure GDA0004166459500000062
步骤3：将计算得到的拉断伸长率保有率n1时的(T1，ti,n1)、(T2，ti,n1)代入ln(t*T)＝Ea/(R*T)+C公式，拟合求解Ea/R；按上述方法得到拉断伸长率保有率n2、拉断伸长率保有率n3的Ea/R值，求三个数值的均值作为最终值；其对应关系见图4。
步骤4：将步骤(C3)获得的Ea/R终值、以及试验温度应力T和胶管工作温度Tref，代入胶管老化加速模型aT＝(T/Tref)*exp(Ea/R(1/Tref-1/T)，分别得到第i个温度应力水平下的加速因子aT，i
表3加速因子
Figure GDA0004166459500000063
步骤5：用第i个温度应力水平下的加速因子aT，i乘以第i个温度应力水平下的试验测量时间t，将第i个温度应力水平下的拉断伸长率保有率数据轨迹试验数据，转换成胶管工作温度Tref条件下的拉断伸长率保有率数据轨迹试验数据；见图5。
表4工作温度下的老化轨迹
Figure GDA0004166459500000071
步骤6：通过拉断伸长率保有率的失效阈值，可预测工作温度Tref条件下的寿命。
表5不同失效阈值下的寿命预测
Figure GDA0004166459500000072
本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
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 (6)

1.一种燃气胶管的寿命快速测试方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一：设定测试系统的工作压力P与燃气流速V，在测试胶管对象上采集样本，测试初始样本的拉断伸长率ε0，准备加速试验；
步骤二：进行样本的加速老化试验，记录每个样本在相应的加速温度应力下的试验测量时间，并确定各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk；
步骤三：根据各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk，利用拉断伸长率的保有率的数据轨迹，建立胶管老化加速模型，预测胶管的寿命，其预测方法包括以下子步骤：
步骤a：根据第j个样本在第i个温度应力水平、第k次试验时的拉断伸长率保有率和第k次试验测量时间tk；利用最小二乘法回归分析得到第i个温度应力水平下样本拉断伸长率保有率老化曲线；
步骤b：利用第i个温度应力水平下样本老化曲线，计算拉断伸长率保有率在n1、n2、n3时对应的试验测量时间，得到ti,n1、ti,n2、ti,n3；
步骤c：将计算得到的拉断伸长率保有率n1时的(T1，ti,n1)代入ln(t*T)＝Ea/(R*T)+C公式，拟合求解Ea/R；按上述方法得到拉断伸长率保有率n2、拉断伸长率保有率n3的Ea/R值，求三个数值的均值作为最终值；其中，T1、T2为温度应力水平的绝对温度；
步骤d：将获得的Ea/R最终值，以及试验温度应力T和胶管工作温度Tref，代入胶管老化加速模型aT＝(T/Tref)*exp(Ea/R(1/Tref-1/T)，分别得到第i个温度应力水平下的加速因子aT，i；
步骤e：用第i个温度应力水平下的加速因子aT，i乘以第i个温度应力水平下的试验测量时间t，将第i个温度应力水平下的拉断伸长率保有率数据轨迹试验数据，转换成胶管工作温度Tref条件下的拉断伸长率保有率数据轨迹试验数据；
步骤f：通过拉断伸长率保有率的失效阈值，预测工作温度Tref条件下的寿命。
2.根据权利要求1所述的一种燃气胶管的寿命快速测试方法，其特征在于：所述步骤一中测试用样本为直接从所测胶管上节取的哑铃型样本，而后取5个样本在空气中放置24h后测试其初始样本的拉断伸长率，取其平均值作为样本的初始拉断性能Eb0。
3.根据权利要求1所述的一种燃气胶管的寿命快速测试方法，其特征在于：所述步骤二中的加速老化试验包括以下子步骤：
步骤1：为模拟胶管使用条件，向试验罐中通入工作压力小于10kPa，流速为2m/s的甲烷气体；
步骤2：设定试验参数，温度应力水平i、各应力水平下样本量为u，试验测量时间t和测量次数w；
步骤3：将样本放在各个温度应力水平的试验罐中，待时间达到预定试验时间时，取出至少5个样本并在室温下放置至少1h，而后进行拉伸试验，取其平均值作为老化后的拉断伸长率；
步骤4：计算各个试验过程中的拉断伸长率的保有率yijk，根据公式yijk＝Ebijk/Eb0，得到第j个样本在第i个温度应力水平、第k次试验时的拉断伸长率保有率；
其中Ebijk表示样本的拉断伸长率；i＝1,2,3；j＝1,2,……,u；k＝1,2,……,w。
4.一种如权利要求1所述的燃气胶管的寿命快速测试方法所采用的测试系统，其特征在于：所述测试系统包括压缩机、第一缓冲罐、第二缓冲罐、PLC控制主机、试验罐、三通电磁阀、温度传感器及多个温度压力控制装置，其中试验罐设有多个且并联设置；所述压缩机的排气端连通第一缓冲罐，该第一缓冲罐的排气端并联联通多个试验罐的排气端；所述试验罐的排气端并联连通三通电磁阀的进气口，该三通电磁阀的第一排气口连通压缩机的进气端，三通电磁阀的第二排气口连通第二缓冲罐；所述第二缓冲罐的排气端与压缩机的进气端连通；所述温度传感器设置在试验罐内；所述温度压力控制装置分别设置在第一缓冲罐的排气端以及三通电磁阀的进气口处；所述PLC控制主机采集温度传感器的输出信号，并分别向压缩机、三通电磁阀及多个温度压力控制装置输出控制信号。
5.根据权利要求4所述的燃气胶管的寿命快速测试方法所采用的测试系统，其特征在于：所述测试系统内还设有多个开关阀，该开关阀分别设置在第一缓冲罐的进气端管路及排气端管路、第二缓冲罐的进气端管路及排气端管路、每个并联连接的试验罐的进气端管路及排气端管路上。
6.根据权利要求4所述的燃气胶管的寿命快速测试方法所采用的测试系统，其特征在于：所述第二缓冲罐的排气端联通有补充气源。
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