CN113348357A - 大型管道用热疲劳裂纹产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大型管道用热疲劳裂纹产生装置。本发明涉及一种通过对直径250至610mm的大型样品管可精确地管理控制加热和冷却条件，从而可以大大提高对热疲劳循环的准确度和再现性的可靠性，并可以对非破坏性检查的性能验证确保可靠性及有效性的大型管道用热疲劳裂纹发生装置。

Description

大型管道用热疲劳裂纹产生装置
技术领域
本发明涉及一种在与实际环境相同的条件下可以对大型管道形成热疲劳裂纹的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，更详细而言，涉及一种通过可以对用于核电站结构的各种尺寸的大型管道进行检查，从而，提高利用性，尤其通过精确地管理控制重复加热和冷却的热疲劳循环，而确保检查的可靠性，可以准确地预测和诊断实际核电站设备的风险。
背景技术
国际原子能机构(IAEA)目前在全球拥有435个核电厂，其中80％以上的核电厂已经运行了20多年，因此，已经诊断出因老化而引起的安全问题。以韩国为例，自1978年第一座古里核电厂开始商业运行以来，一直负责大部分韩国家用电力的核电厂，也已达到其设计寿命极限，请参照表1所示。
[表1]
韩国核电站的剩余寿命
Figure BDA0003045753360000011
随着核电站的老化，国内外核电站持续报告会对运行中的核电站引起安全性问题的热疲劳裂纹(Thermal Fatigue Crack)和应力腐蚀裂纹(Stress Corrosion crack,SCC)等的损伤及内部裂纹发生事例。
尤其，对核电厂结构造成重大损伤的热疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹，主要由核电厂的运行条件而引起，众所周知，在稳压器波动管线(Pressurizer Surge Line)、RCS安全泄压管线(Safety Relief Line)及应急堆芯冷却系统中由热分层(ThermalStratification)引起的热应力梯度是造成热疲劳裂纹的原因。
换而言之，在核电站结构发生裂纹现象的原因是高温高压、腐蚀环境及残余应力等，由于在蒸汽发生器、反应堆压力容器、喷嘴及增压器等中发生而造成辐射泄漏的风险，因此，必须检查由于核电站结构的老化而持续发生的损坏和裂纹等，为此，定期进行运行中检查(In-Service Inspection，ISI)。这种运行中的检查是可能通过非破坏检查方法(以下，NDT)发生的安全事故的预防性维护。
因此，为了确保核电站的安全性和非破坏检查技术的可靠性，确保可以形成类似于在运行中的核电站中发生的实际缺陷的自然裂纹的技术是非常重要的。
为此，用于构建在实际核电站结构中可以模拟热疲劳裂纹发生条件的实验装置的本发明可以提高核电站的可靠性及安全性，并且，可以改善能诊断运行中的缺陷的精确诊断技术。即，如果确保了在核电厂实际使用的管道材料中产生热疲劳实际模拟裂纹和精确诊断的源技术，则可以通过此技术发展运行中的检查技术，而且，可以用作原子能结构安全法规和维护标准的资料。
以韩国为例，为了克服对精度检测能力和可靠性的局限性，自2005年开始引入并应用了2000年开始由非破坏检查员执行技能验证的美国的技能验证制度，但PDI测试片(实际裂纹测试片)并未直接用于设备校准以精确诊断核电站结构，而仅用于验证非破坏检查员的技能，并且，韩国国内使用的大部分PDI测试片由于缺乏实际裂纹制造技术，因此，全部从国外进口。
此外，大部分情况下这些测试片不能在类似于自然裂纹的环境中直接在管道上形成，是通过常规的疲劳试验形成，而不是通过电火花线切割和CT测试片等利用放电而产生的热疲劳裂纹，然后，将这些测试片植入于通常的管道材料或焊接部分，由于通过现有的一般疲劳裂纹形成方式形成的测试片是作为模拟测试片制作的，而不是在实际运行中的核电站或装置产业设备中发生的管道材料上发生，因此，在很多地方与实际裂纹存在差异，所以，存在不能确实地保证非破坏检查的技能验证的缺点。
此外，很多情况下难以在必要时立即使用，并且，存在为了NDT行业的技能验证及训练而需要多个测试片时，难以满足需求的问题。作为解决这些问题的现有技术，曾提出过韩国授权专利第10-0801404的“热疲劳裂纹形成装置”，在该发明的权利要求1公开了“一种热疲劳裂纹形成装置，其中，包括：加热单元，具备导电构件及感应加热线圈，导电构件沿圆周方向附着于管形样品的一侧外周面，所述感应加热线圈与所述导电构件相邻接布置；冷却单元，具备冷却水泵及冷却水软管，所述冷却水泵及冷却水软管用于将冷却水从冷却水储藏源强制注入至管形样品的内径面；以及控制单元，用于控制所述加热单元和冷却单元的操作。
作为其他的现有技术，本申请发明人曾提出过韩国授权专利第10-0920102(2009.09.25)的“纵向热疲劳裂纹形成装置”，在该发明的权利要求1公开了“一种纵向热疲劳裂纹形成装置，所述装置，包括：加热单元，其具备在内表面形成有切口的管形样品的一侧外周面沿圆周方向与管形样品相邻接布置的感应加热线圈；冷却单元，具备冷却水泵及冷却水软管，所述冷却水泵及冷却水软管用于将冷却水从冷却水储藏源强制注入至管形样品的内径面；以及控制单元，用于控制所述加热单元和冷却单元的操作，其特征在于，包括冷却块，所述冷却块为设置成紧贴并缠绕在所述管形样品的一侧外周面上以控制圆周方向上的应力大小的管形构件，向长度方向形成有用于调整裂纹位置的狭缝，在内部形成有冷却水管线，所述冷却水管线通过管道连接于由冷却温度控制器控制的冷却器，注入由冷却水或冷却气体而成的冷却源而使之循环，并选择性地接收冷却源，反复冷却被所述加热单元加热的管形样品，从而调整温度梯度。
作为其他的现有技术，本申请发明人曾提出过韩国授权专利第10-0909118的“应力腐蚀裂纹形成装置”，该发明的权利要求1公开了“一种应力腐蚀裂纹形成装置，其特征在于，包括：加热单元，具备导电构件及加热线圈，导电构件沿圆周方向附着于管形样品的一侧外周面，所述加热线圈与所述导电构件相邻接布置，以在管内部产生蒸气压；两端限制单元，用于密封被敞开的两侧，以防止在所述管形样品的内部产生的蒸汽压泄漏；控制单元，用于控制所述加热单元及所述两端限制单元，所述两端限制单元，包括：用于遮蔽所述管形样品的两端的上板和下板；气液缸，用于调整所述上板和下板之间的间隔，将气液压作为工作压；或张力杆，由驱动器提供，通过供应电源使杆进出。
然而，根据现有技术的大型管道用热疲劳裂纹产生装置通过在管形样品的局部重复进行加热和冷却来产生热疲劳，但是这种结构不能精确且均匀地控制热疲劳循环，因此，提高检查可靠性是有极限的，结果，存在一个严重的问题，就是不能准确地预测和诊断实际核电厂设施的风险。
此外，由于无法检查各种尺寸的管道样品，因此，应根据管道样品的尺寸制造专用设备，由此，不仅经济效率低，而且，必须根据管道样品的尺寸运行多个设备，所以，在设置并运行装置的空间和维护方面存在效率低的问题。为了解决所述问题，本申请人曾提出过韩国授权专利第10-2038781号的“流量控制型热疲劳裂纹产生装置”，该发明的权利要求1中公开了“一种流量控制型热疲劳裂纹产生装置，其特征在于，包括：框架单元，紧贴于管道样品的两侧面，从外部接收冷却水，并引导至管道样品的内部；加热单元，其邻近所述管样品的一侧外表面而布置，进行局部加热；以及冷却单元，具备冷却水泵、流量检测器、流量调整阀，所述冷却水泵向所述管道样品的内部强制供应冷却水进行冷却，所述流量检测器，用于检测管道样品的内部流量，所述流量调整阀，设置于连接所述冷却水泵和管道样品的冷却水管线上，用于调整流量；以及控制单元，检测所述加热单元的加热温度和加热时间，并基于此计算处理通过所述管道样品内部的冷却水的流量及通水时间，并对所述加热单元和冷却单元施加控制信号，包括热疲劳循环控制部及热应力控制部，其中，所述热疲劳循环控制部，具备：加热控制模块，用于控制所述加热单元的发热温度及开关动作；发热位置检测模块，用于检测所述局部加热的管道样品的发热点的位置；以及热应力控制部，从所述发热位置检测模块接收管道样品的发热点位置信息，并基于此计算处理用于设置热应力发生区间的冷却点的位置，并对所述流量调整阀施加控制信号使得冷却水的水位保持在所计算的冷却点的位置。
但是，本申请人所提出的流量控制型热疲劳裂纹产生装置容易加热和冷却直径小于250mm的小管道样品，从而可以精确地管理重复加热和冷却的热疲劳循环，但是，对于直径250mm至610mm的大型管道样品而言，由于加热和冷却所需的时间长，因此，难以精确地管理热疲劳循环，最终，难以控制对热疲劳裂纹的尺寸，提高非破坏检查员的检查可靠性受到限制，并且，存在无法准确地预测和诊断实际核电厂设施的安全性评价的问题。
发明内容
技术问题
本发明是为解决如上所述的现有技术问题而提出的，其目的在于，提供一种大型管道用热疲劳裂纹产生装置，所述装置通过对用于核电站结构中的直径为250mm至610mm的各种大型样品管道可以进行检查，从而，可以提高对设备标准化的运行效率，尤其，可以均匀且精密地控制重复加热和冷却的热疲劳循环，从而，可以提高检查可靠性。
尤其，通过将加热单元放置在管道样品的下部，根据设定温度的加热温度和通过设置在管道样品本身的冷却水吐出控制单元进行冷却时，可以最精密地控制管理与管道样品内部表面的温度之差，由此，期待可以大大提高通过重复加热和冷却的热疲劳循环而形成的热应力再现性的可靠性，并对直径250mm以上的大型管道可以保证用于非破坏检查的技能验证的实际裂纹对比样品的可靠性及实效性的有效的优点。即，本发明通过迅速且精密地管理控制通过样品管道的内部的冷却水的流量和排放，从而，可以提供确保对热应力的有规则的再现性，并可以可靠地预测诊断的大型管道用热疲劳裂纹产生装置。
技术方案
为实现所述目的，根据本发明的优选实施例的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，其中，包括：框架单元，用于固定支撑具有半圆弧形截面的管道样品，所述管道样品是向长度方向切断直径250mm至610mm的圆筒形管道而形成；加热单元，邻近所述管道样品的下侧外表面而布置，以进行局部加热；冷却单元，具备冷却水泵，用于将冷却水强制地供应至所述管道样品的内部；排放单元，设置在所述管道样品的一侧，用于将其内部的冷却水排放至外部；冷却水吐出控制单元，对所述加热单元和冷却单元施加控制信号，并对管道样品重复进行加热和冷却来产生由热疲劳循环而形成的热应力，所述冷却水吐出控制单元感应所述加热单元是否进行加热动作，并进行控制在加热动作之前向所述排放单元施加控制信号，排放管道样品内部的冷却水之后执行加热单元的加热动作。
作为本发明的优选一特征，所述框架单元，包括：固定凸缘，紧贴于所述管道样品的长度方向的两侧面中的一面进行遮蔽；可动凸缘，通过多个导柱可前后滑动地连接于所述固定凸缘，并紧贴于所述管道样品的另一面进行遮蔽，在一侧连接从外部接收冷却水的冷却水供应管线；伸缩感应部，用于感应对固定支撑于所述固定凸缘和可动凸缘之间的管道样品作用的加热及冷却作用而产生的伸缩率；以及热膨胀补偿部，从所述伸缩感应部接收感应信号使所述固定凸缘和可动凸缘向长度方向位移。
作为本发明的优选的其他特征，所述加热单元，包括：加热器，其由感应加热线圈或直接加热线圈中的一个而构成，其中感应加热线圈是通过接收高频电流产生磁场来感应发热，直接加热线圈具有通过接收电力来发热的发热线；加热温度传感器，用于测量所述加热器的加热温度；以及加热计时器，用于测量所述加热器的加热时间。
作为本发明的优选的其他另一特征，所述冷却单元，包括：流量检测器，用于检测所述管道样品中的冷却水的流量；流量调整阀，安装在所述冷却水泵和用于向所述管道样品的内部供应冷却水的冷却水管线上而调整流量；以及水温传感器，用于测量供应至所述管道样品的冷却水的温度。
作为本发明的优选的其他另一特征，所述排放单元，包括：排放管道，通过所述管道样品的下侧连接至内部；以及排放阀，设置在所述排放管上选择性地开闭管道，用于将所述管道样品中的冷却水排放至外部。
作为本发明的优选的其他另一特征，所述冷却水吐出控制单元，包括：排放控制部，向所述排放单元施加用于排放动作的控制信号，使得在冷却水被供应至所述管道样品的内部的状态下，在加热单元开始加热动作之前，将所述管道样品的冷却水全部吐出至外部；加热控制部，从所述排放控制部接收冷却水排放结束信号，以控制所述加热单元的加热温度及开关动作；以及发热位置检测部，用于检测由所述加热单元局部加热的管道样品的发热点的位置。
作为本发明的优选的其他另一特征，所述伸缩感应部具备弹性位移传感器或压力传感器中的一个，其中弹性位移传感器连接所述固定凸缘与可动凸缘，根据所述管道样品的伸缩测量弹性位移，压力传感器设置于所述固定凸缘及可动凸缘中的一个或两个，并设置于与所述管道样品接触的部分，用于测量压力；所述热膨胀补偿部，具备：压力控制部，用于输出控制信号，使得从所述伸缩感应部接收感应信息计算处理所述管道样品的伸缩率，并基于此，将所述可动凸缘相对于所述固定凸缘进行前后方向的位置移动以调整对所述管道样品的紧贴程度；以及驱动器，从所述压力控制部施加控制信号，连接设置于所述可动凸缘及固定凸缘中的一个，通过驱动源产生向直线方向的位置位移。
有益效果
根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，可以对直径250至610mm的大型样品管精确地管理控制加热和冷却条件，从而，期待可以大大地提高对热疲劳循环的准确度和再现性的可靠性，并对非破坏检测的性能验证确保可靠性及有效性的优点。
而且，本发明通过对大型管道样品进行加热作用时发生的热膨胀和收缩现象可以补偿伸缩率，从而，期待按原样再现实际管道安装环境，可根据测试条件提高可靠性的效果。
而且，本发明具有可动凸缘相对于固定凸缘通过驱动器前后移动的结构，从而，可以相对于具有半圆弧形截面的管道样品的敞开的两侧保持坚固且稳定地紧贴的状态，因此，具有不仅可以事先防止冷却水的漏水等的弊端，还可以改善准备测试工作时的工作性及工作时间的优点。
尤其，由于可以对各种尺寸的大型管道样品进行检查，因此，具有通过有效运用装置可以提高经济性及维修方便性的效果。
本发明的特征及优点由通过附图的后述的详细说明将会更加变明确。在说明之际，在本说明书及权利要求范围中所使用的术语或单词不得解释为通常或词典上的含义，应基于发明人为了以最佳的方法说明自己的发明而能适当地定义概念的原则，解释为符合本发明的技术思想的含义及概念。
附图说明
图1是表示在根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中安装有管道样品的状态的立体图。
图2是图1所示的大型管道用热疲劳裂纹产生装置的后视立体图。
图3是图2所示的大型管道用热疲劳裂纹产生装置的仰视立体图。
图4及图5是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置的结构的立体图。
图6是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的伸缩感应部和热膨胀补偿部的结构的模式图。
图7是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的冷却单元的结构的模式图。
图8是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的冷却水吐出控制单元的结构的框图。
图9是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的引导单元的结构的框图。
图10是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的冷却单元的结构的框图。
附图标记说明
1：大型管道用热疲劳裂纹产生装置
10：框架单元 11：固定凸缘
12：导柱 13：可动凸缘
15：伸缩感应部 17a：压力控制部
17b：驱动器 20：引导单元
30：冷却单元 31：流量检测器
32：冷却水管线 33：流量调整阀
34：冷却水泵 36：冷却水箱
40：排放装置 41：排放管道
43：排放阀 50：吐出控制单元
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明实施例的构成及作用。但是，应理解这些包括本发明的精神及技术范围所包含的所有变更、均等物乃至代替物而不限制本发明。在本申请中，“包括”或“具有”等术语所要指定说明书上记载的特征、步骤、动作、构成元件、部件或这些组合的存在，而不得理解为排除一个以上的其他特征或数字、动作、构成元件、部件或这些组合的存在或附加可能性。在整篇说明书中，除非另有定义，某部分“包括”某构成元件时，并不排除其他的构成元件，而可进一步包括其他的构成元件。
另外，除非另有定义，包含技术术语或科学术语在内的使用于本说明书中的所有术语具有与本发明所属技术领域的技术人员普遍理解的含义相同的含义。在普遍使用的词典中所定义的术语应解释为具有与相关技术的文脉上所具有的含义一致的含义，并且，除非在本说明书中明确定义，则不应以理想性或过于公式化的含义来进行解释。
此处，为了明确本发明的要旨，将省略反复的说明以及使本发明的要旨不明确的公知功能及结构的详细说明。本发明的实施方式是为了给本领域的普通技术人员更加完整地说明本发明而提供的。因此，为了更加明确地说明，图中元件的形状及大小等可以夸张表示。
图1至图3是从多个方向看安装有管道样品的本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置的立体图。
图中示出大型管道用热疲劳裂纹产生装置1，其包括：框架单元10，用于支撑具有半圆弧形截面的管道样品100的两侧及上面，管道样品是向长度方向切断圆筒形管道而形成；引导单元20，邻近所述管道样品100的下侧外表面而布置，以对管道样品100进行局部加热；排放单元40，在所述引导单元20的一侧的不干扰位置的位置贯通所述管道样品100的下部而连接至其内部，用于向外排放所述管道样品100内的冷却水；冷却单元30，连接于构成所述框架单元10的可动凸缘13的一侧，将从外部接收的冷却水注入至所述管道样品100的内部；冷却水吐出控制单元，重复控制所述引导单元20和冷却单元30的动作而形成热疲劳循环，由此产生热应力。
图4及图5是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置的结构的图，是示出未安装管道样品100的状态的立体图。
图中示出大型管道用热疲劳裂纹产生装置1，包括：框架单元10，构成骨架，具备固定凸缘11及可动凸缘13，相面对布置，紧贴接触于管道样品100的两端进行遮蔽、多个导柱12，用于连接所述固定凸缘11与可动凸缘13、以及伸缩感应部15，按压支撑所述管道样品100的上端边缘并限制；冷却单元30，具备连接于所述可动凸缘13的一侧，并从外部接收冷却水并向所述管道样品100的内部注入的冷却水管线32及流量调整阀33；以及加热单元20，在所述管道样品100的下部一侧执行局部加热。
图6是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的伸缩感应部和热膨胀补偿部的结构的模式图，是图1的大型管道用热疲劳裂纹产生装置的俯视图。
图中示出了两端和上端部被框架单元10限制的状态的管道样品100，在此，所述管道样品100在其下表面的一侧贯穿形成有冷却水排放孔10h，所述冷却水排放孔连接于构成后述的排放单元40的排放管道41而排放冷却水。并图示构成所述框架单元10的可动凸缘13在一侧连接构成冷却单元30的冷却水管线32及流量调整阀33的结构。所述伸缩感应部15紧贴于所述管道样品100的上部边缘以执行限制的作用，而且，因重复加热和冷却作用而被限制于所述固定凸缘11和可动凸缘13之间的管道样品向长度方向发生伸缩现象时，所述伸缩感应部感应此现象，通过所述伸缩感应部15感应的信息可通过构成所述热膨胀补偿部的压力控制部17a及驱动器17b调整所述固定凸缘11和可动凸缘13之间的间隔，图中示出了由此结构构成的大型管道用热疲劳裂纹产生装置1。
图7是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的冷却单元的结构的模式图。
图中示出具有半圆弧形截面的管道样品100被形成骨架的框架单元10而限制的状态，在所述框架单元10的下部一侧以互不干扰位置的方式布置加热单元20及排放单元40。另外，在构成所述框架单元10的元件中可动凸缘13的一侧连接构成冷却单元30的冷却水管线32，通过所述冷却水管线32供应的冷却水通过形成在所述可动凸缘13的贯穿孔流入至管道样品100的内部。另外，所述冷却单元30，包括：冷却水箱36，用于储藏冷却水；流量调整阀33，设置在连接冷却水箱36和可动凸缘13的冷却水管线32上，用于调整供应至所述管道样品100的冷却水的流量；以及冷却水泵34，用于将储藏在所述冷却水箱36的冷却水供应至所述管道样品100的内部。
图8是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的冷却水吐出控制单元的结构的框图。
图中示出冷却水吐出控制单元50，所述冷却水吐出控制单元控制加热单元20和冷却单元30以使得对管道样品100有规律地执行加热和冷却，从而，可以再现热疲劳循环。所述冷却水吐出控制单元50，包括：排放控制部51，控制用于排放冷却水的排放单元40的排放动作；加热控制部53，用于控制加热单元20的加热温度及开关动作；以及发热位置检测部55，用于检测通过所述加热单元20局部加热的管道样品100的发热点的位置。
图9是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的引导单元的结构的框图。
图中示出加热单元20，所述加热单元，包括：加热器21，从外部接收电源而进行加热的元件，由感应加热线圈或直接加热线圈中的一个而构成；加热温度传感器23，用于测量所述加热器21的加热温度；以及加热计时器25，用于测量所述加热器21的加热时间。
图10是用于说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置中的冷却单元的结构的框图。
图中示出冷却单元30，所述冷却单元，包括：流量检测器31，用于检测所述管道样品100内的冷却水流量；冷却水箱36，用于储藏冷却水，冷却水管线32，用于向所述管道样品100供应冷却水；冷却水泵34，设置于所述冷却水管线32上，抽吸被储藏在所述冷却水箱36的冷却水进行强制输送；流量调整阀33，用于调整供应至所述管道样品110的冷却水的流量；以及水温传感器39，用于测量供应至所述管道样品100的冷却水的温度。
参考以上图，将说明根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置的结构。
根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，不控制供应到管道样品100的内部的冷却水的流量，而是控制为在设置在所述管道样品100的下部一侧进行局部加热的加热单元20进行加热动作之前，通过排放单元40将填充在所述管道样品100内部的冷却水完全排放至外部，然后，运行所述加热单元20对所述管道样品100进行局部加热，结果，在所述管道样品100的外部表面没有形状变化的情况下可以使内部温度偏差最大，并可以精确地控制，因此，可以提高对属于大型管道的直径为250mm至610mm的管道样品100进行非破坏检查的技能验证时的实际裂纹对比试验片的可靠性及实效性。
为此，根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，包括：框架单元10，形成骨架；加热单元20，设置于被所述框架单元10限制支撑的管道样品100的下部一侧，进行局部加热；冷却单元30，连接于所述框架单元10的一侧，用于向所述管道样品100的内部供应冷却水；排放单元40，连接于贯穿所述管道样品100的下部一侧的冷却水排放孔100h，接收控制信号向外排放所述管道样品100内的冷却水；以及控制单元50，控制所述加热单元20、冷却单元30以及排放单元40的动作，对所述管道样品100产生热疲劳裂纹。
框架单元10是用于固定和支撑管道样品100的元件，管道样品100具有将直径250mm至610mm的圆筒形管道向长度方向切断的半圆弧形截面。如所述结构的框架单元10，包括：板状固定凸缘11及可动凸缘13，互相相对布置，紧贴于所述半圆弧形的管道样品100的两端进行遮蔽；导柱12，用于连接所述固定凸缘11和可动凸缘13，并以可动凸缘13可相对于固定凸缘11进行前后移动的方式进行支撑；以及伸缩感应部15，接触于所述管道样品100的上部边缘部分，通过加压支撑来防止移动。
另外，所述可动凸缘13是在一侧连接构成冷却单元30的冷却水管线32的构造，并形成有可供通过所述冷却水管线32供应的冷却流入至管道样品100的内部的通孔。
另一方面，通过作用于固定支撑在所述固定凸缘11和可动凸缘13之间的管道样品100上的加热及冷却而发生伸缩现象，本发明提出附加伸缩感应部15及热膨胀补偿部使得感应所述管道样品100的伸缩率使所述固定凸缘11和可动凸缘13保持适当的间隔。
所述伸缩感应部15紧贴于具有所述半圆弧形截面的管道样品100的上部边缘执行限制作用以防移动，并且，因重复加热和冷却作用而被限制在所述固定凸缘11和可动凸缘13之间的管道样品100向长度方向发生伸缩现象时，所述伸缩感应部15执行感应此现象的功能。通过由所述伸缩感应部15感应到的信息通过构成所述热膨胀补偿部的压力控制部17a和驱动器17b调整所述固定凸缘11和可动凸缘13之间的间隔。
作为一例，由于作用于所述管道样品100的热疲劳应力而朝长度方向拉伸5mm时，所述伸缩感应部15感应朝长度方向拉伸的力或距离，并对构成所述热膨胀补偿部的压力控制部17a施加信号。接着，所述压力控制部17a基于所感应到的信息对将所述可动凸缘13向所述固定凸缘11侧按压支撑的驱动器17b施加控制信号来控制所述可动凸缘13和固定凸缘11保持预设间隔。
另一方面，所述伸缩感应部15可以使用根据所述管道样品100的伸缩产生弹性位移，并可以测量弹性位移的公知的弹性位移传感器；或者设置于固定凸缘11及可动凸缘13中的一个或两个，并设置于与所述管道样品100接触的部分随着管道样品100的伸缩测量加压力的压力传感器，如此，利用公知的各种技术感应管道样品100的伸缩也无妨。
加热单元20是邻近所述管道样品的下部外表面而布置执行局部加热功能的元件。所述加热单元20，包括：加热器21，邻近所述管道样品100的下部一侧外表面而布置执行局部加热，所述加热器由感应加热线圈或直接加热线圈中的一个而构成，所述感应加热线圈接收高频电流而产生磁场来感应发热，直接加热线圈具备接收电源来发热的发热线；加热温度传感器23，用于测量所述加热器21的加热温度；以及加热计时器25，用于测量所述加热器21的加热时间。此处，作为所述加热器21提出了高频感应加热线圈，但本发明不限于此，使用具备接收电源来发热的发热线的直接加热线圈也无妨。
冷却单元30是通过将冷却水强制供应至所述管道样品100的内部来进行冷却的元件。所述冷却单元30用于通过将冷却水强制供应至所述管道样品100的内部而进行冷却，包括：流量检测器31，用于检测由框架单元10限制的管道样品100中的冷却水的流量；冷却水箱36，用于储藏预定量的冷却水；冷却水泵34，设置于用于向所述管道样品100供应冷却水的冷却水管线32上，抽吸储藏在所述冷却水箱36的冷却水进行强制输送；流量调整阀33，用于调整供应至所述管道样品100的冷却水的流量；以及水温传感器39，用于测量供应至所述管道样品100的冷却水的温度。
参照附图，在所述可动凸缘13的一侧连接冷却水管线32的一端通过管道连接来供应冷却水，此时，所述可动凸缘13形成有贯穿孔(省略图示)，所述贯穿孔可用于将通过所述冷却水管线32供应的冷却水供应至位于内侧的管道样品100的内部。
而且，流量调整阀33设置于所述冷却水管线32上用于调整被供应至所述管道样品100的冷却水的流量，所述流量调整阀33可以设置手动阀或电磁阀，手动阀可通过手动操作开闭管道，电磁阀接收后述的冷却水吐出控制单元50的控制信号来开闭管道，这些通过公知技术实施也无妨，因此，将省略详细说明。
所述排放单元40是设置在所述管道样品100的一侧，用于将其内部的冷却水排放到外部的元件。所述排放单元40，包括：排放管道41，一端连接于贯穿形成在所述管道样品100的下侧的冷却水排放孔100h；排放阀43，设置于所述排放管道41上，选择性地开闭管道来将所述管道样品100内的冷却水排放至外部。此处，所述冷却水排放孔100h优选贯穿形成于所述管道样品100的下面的中央部分，使得可以自然地排放填充于所述管道样品100内的冷却水，所述排放阀43建议使用电磁阀以使得接收后述的冷却水吐出控制单元50的控制信号来开闭管道。
所述冷却水吐出控制单元50是向所述加热单元20和冷却单元30施加控制信号通过管道样品100重复进行加热和冷却而形成热疲劳循环，由此可以产生局部热应力的元件，所述冷却水吐出控制单元感应所述加热单元20是否进行加热动作，在加热操作之前，对所述排放单元40施加控制信号来将填充于管道样品100的内部的冷却水全部排放之后，执行所述加热单元20的加热操作。所述冷却水吐出控制单元50大致由排放控制部51、加热控制部53及发热位置检测部而构成。
所述排放控制部51是向所述排放单元40施加用于排放动作的控制信号，使得在将冷却水供应至所述管道样品100的内部的状态下，在加热单元20开始加热动作之前，将所述管道样品100中的所有冷却水吐出至外部的元件。
所述加热控制部53是从所述排放控制部51接收冷却水排放结束信号并控制所述加热单元20的加热温度及开关操作的元件。即，本发明的技术特征在于，所述加热控制部在完全排放管道样品100内部的冷却水的状态下控制加热单元20对管道样品100进行局部加热，并且，通过重复执行此过程，在所述管道样品100的外表面没有形状变化的状态下，可以使内部温度偏差最大。即，通过将加热单元20放置在管道样品100的下方，根据设定温度的加热温度和通过设置在管道样品100本身的冷却水吐出控制单元50进行冷却时，可以最精密地控制管理与所述管道样品100内部表面的温度之差，由此，可以大大提高通过重复加热和冷却的热疲劳循环而形成的热应力再现性的可靠性。结果，对直径250mm至610mm的厚度比较厚的大型管道可以保证用于非破坏检查的技能验证的实际裂纹对比样品的可靠性及实效性。
所述发热位置检测部是用于检测由所述加热单元局部加热的管道样品的发热点的位置的元件。
如上所述构成的根据本发明的大型管道用热疲劳裂纹产生装置可以有规则且均匀地再现对管道样品100的加热及冷却作用，其结果，可以提高对热疲劳循环再现的可靠性，另外，当管道样品100由于热疲劳而发生伸缩时，构成框架单元10的可动凸缘13和固定凸缘11通过伸缩感应部15和压力控制部17a适当地调整间隔，从而，可以事先防止因收缩而引起的管道样品100或框架单元10的物理损伤或变形。
另一方面，在本发明中，在加热单元20加热管道样品100之前，将填充在所述管道样品100的内部的冷却水全部排到外部，然后通过加热单元20加热时，使冷却水不会残留在管道样品100的内部，从而，在大型管道大管的外表面没有形状变化的情况下使内部温度偏差最大。
即，通过将加热单元20放置在管道样品100的下方，根据设定温度的加热温度和通过所述冷却单元30的管道样品100的冷却，可以最精密地控制管理与所述管道样品100的内部表面的温度之差，由此，可以大大提高通过重复加热和冷却的热疲劳循环而形成的热应力再现性的可靠性，尤其，对直径250mm至610mm的厚度比较厚的大型管道可以保证用于非破坏检查的技能验证的实际裂纹对比样品的可靠性及实效性。
另外，本发明不限于所描述的实施例，可以通过改变应用部位来使用，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改和变形是对本发明所属技术领域的普通技术人员来说是自明的。因此，这种变形例或修改例应包括在本发明的权利要求的范围之内。

Claims (7)

1.一种大型管道用热疲劳裂纹产生装置，其特征在于，包括：
框架单元，用于固定支撑具有半圆弧形截面的管道样品，所述管道样品是向长度方向切断直径250mm至610mm的圆筒形管道而形成；
加热单元，邻近所述管道样品的下侧外表面而布置，以进行局部加热；
冷却单元，具备冷却水泵，所述冷却水泵用于将冷却水强制地供应至所述管道样品的内部；
排放单元，设置在所述管道样品的一侧，用于将其内部的冷却水排放至外部；
冷却水吐出控制单元，对所述加热单元和冷却单元施加控制信号，并对管道样品重复进行加热和冷却来产生由热疲劳循环而形成的热应力，所述冷却水吐出控制单元感应所述加热单元是否进行加热动作，并进行控制在加热动作之前向所述排放单元施加控制信号，排放管道样品内部的冷却水之后执行加热单元的加热动作。
2.根据权利要求1所述的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，其特征在于，所述框架单元，包括：
固定凸缘，紧贴于所述管道样品的长度方向的两侧面中的一面进行遮蔽；
可动凸缘，通过多个导柱可前后滑动地连接于所述固定凸缘，并紧贴于所述管道样品的另一面进行遮蔽，在一侧连接从外部接收冷却水的冷却水供应管线；
伸缩感应部，用于感应对固定支撑于所述固定凸缘和可动凸缘之间的管道样品作用的加热及冷却作用而产生的伸缩率；以及
热膨胀补偿部，从所述伸缩感应部接收感应信号使所述固定凸缘和可动凸缘向长度方向位移。
3.根据权利要求1所述的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，其特征在于，所述加热单元，包括：
加热器，其由感应加热线圈或直接加热线圈中的一个而构成，其中感应加热线圈是通过接收高频电流产生磁场来感应发热，直接加热线圈具有通过接收电力来发热的发热线；
加热温度传感器，用于测量所述加热器的加热温度；以及
加热计时器，用于测量所述加热器的加热时间。
4.根据权利要求1所述的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，其特征在于，所述冷却单元，包括：
流量检测器，用于检测所述管道样品中的冷却水的流量；
流量调整阀，安装在所述冷却水泵和用于向所述管道样品的内部供应冷却水的冷却水管线上而调整流量；以及
水温传感器，用于测量供应至所述管道样品的冷却水的温度。
5.根据权利要求1所述的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，其特征在于，所述排放单元，包括：
排放管道，通过所述管道样品的下侧连接至内部；以及
排放阀，设置在所述排放管上选择性地开闭管道，用于将所述管道样品中的冷却水排放至外部。
6.根据权利要求1所述的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，其特征在于，所述冷却水吐出控制单元，还包括：
排放控制部，向所述排放单元施加用于排放动作的控制信号，使得在冷却水被供应至所述管道样品的内部的状态下，在加热单元开始加热动作之前，将所述管道样品的冷却水全部吐出至外部；
加热控制部，从所述排放控制部接收冷却水排放结束信号，以控制所述加热单元的加热温度及开关动作；以及
发热位置检测部，用于检测由所述加热单元局部加热的管道样品的发热点的位置。
7.根据权利要求2所述的大型管道用热疲劳裂纹产生装置，其特征在于，所述伸缩感应部具备弹性位移传感器或压力传感器中的一个，其中弹性位移传感器连接所述固定凸缘与可动凸缘，根据所述管道样品的伸缩测量弹性位移，压力传感器设置于所述固定凸缘及可动凸缘中的一个或两个，并设置于与所述管道样品接触的部分，用于测量压力；
所述热膨胀补偿部，具备：
压力控制部，用于输出控制信号，使得从所述伸缩感应部接收感应信息计算处理所述管道样品的伸缩率，并基于此，将所述可动凸缘相对于所述固定凸缘进行前后方向的位置移动以调整对所述管道样品的紧贴程度；以及
驱动器，从所述压力控制部施加控制信号，连接设置于所述可动凸缘及固定凸缘中的一个，通过驱动源产生向直线方向的位置位移。
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