132Mpa智能疲勞試驗機的研究與開發(fā).pdf

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1、Research&眺cussm研究與探討132Mpa智能疲勞試驗機的研究與開發(fā)程聰1馬建宇2倪曉31河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗研究院河北省石家莊050000；2河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗研究院河北省石家莊0500003河北省特種設(shè)備技術(shù)應(yīng)急中心河北省石家莊050000摘要分別對機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，研發(fā)出一套試驗壓力可達(dá)132MPa的智能疲勞試驗測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于國家管道元件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心天然氣拖車氣瓶、焊接鋼管、無縫鋼管和管狀設(shè)備進(jìn)行高壓疲勞載荷試驗，旨在考核被測工件是否能夠承受足夠次數(shù)的高壓、快速的載荷沖擊能力。關(guān)鍵詞疲勞測

2、試鋼管試驗機研發(fā)中圖分類號TU602文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號1672—9323(2017)03—0018—04壓力管道元件產(chǎn)品是重要的特種設(shè)備基礎(chǔ)配套產(chǎn)品之一，廣泛地應(yīng)用于石油化工、石油天然氣運輸、核工業(yè)、火力發(fā)電、冶金、醫(yī)藥衛(wèi)生等各行業(yè)，其產(chǎn)品質(zhì)量問題也越來越受到人們的關(guān)注。隨著國家西氣東輸?shù)戎卮箜椖繉嵤?，大口徑，高鋼級輸送管產(chǎn)量越來越大。鑒于石油天然氣的遠(yuǎn)距離輸送屬于能源供給的國家戰(zhàn)略，高安全性、高可靠性鋼管的技術(shù)要求毋庸置疑。鋼管的材質(zhì)、焊接、承壓等性能直接決定了其整體性能是否合格，疲勞測試則是抽檢驗證手段之一。從長遠(yuǎn)的發(fā)展來看，國家

3、管道元件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心將主要對容積不大于3000L的受試工件在10～20次18I石油化工建設(shè)2。17．03／13的試驗頻率下進(jìn)行疲勞測試，而目前還沒有既可以達(dá)到此項測試要求，又同時能夠?qū)崿F(xiàn)試驗數(shù)據(jù)實時觀測和采集的設(shè)備。本文擬研究開發(fā)一套試驗壓力可達(dá)132MPa的智能疲勞試驗機試驗測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于國家管道元件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心天然氣拖車氣瓶、焊接鋼管、無縫鋼管和管狀設(shè)備進(jìn)行高壓疲勞載荷試驗，旨在考核被測工件是否能夠承受足夠次數(shù)的高壓、快速的載荷沖擊能力。1試驗參數(shù)1．1主要測試對象天然氣拖車氣瓶、焊接鋼管、無縫鋼管和管狀設(shè)備1

4、．2試驗項目(1)疲勞試驗；(2)承受內(nèi)壓下被測工件應(yīng)力和應(yīng)變測試；(3)升壓過程中被測件進(jìn)水總量的計量。1。3試驗參數(shù)(1)試驗壓力：高壓疲勞Max．132MPa，低壓疲勞Max．45MPa；(2)鋼管直徑一般在2000mm以下(中≤2000mm)，被測工件容積一般≤10m?；(3)交變頻率：不小于10～20次／h；(4)達(dá)到壓力上限時保壓時間：可在1“5s范圍內(nèi)自行調(diào)節(jié)。2機械系統(tǒng)方案100MPa爆破增壓單元被測鋼管l1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J132MPa疲勞系統(tǒng)廠]I．．．．．．．．．．．．．．．。．．．

5、．．．．．．．_J45MPa疲勞系統(tǒng)圖1系統(tǒng)工藝流程圖2．1132MPa疲勞系統(tǒng)設(shè)計原理工藝流程圖如圖1所示。設(shè)計核心部件采用1臺高壓小流量(Max．132MPa)和1臺低壓大流量(Max．45MPa)電動柱塞水泵，采用低壓高壽命電磁閥結(jié)合大通徑高壓氣動閥實現(xiàn)快速泄壓。設(shè)計首先根據(jù)較大通徑的氣動閥確定能夠達(dá)到的泄壓時間，然后根據(jù)增壓時間確定柱塞泵的壓力和流量參數(shù)。假設(shè)，對容積為V。的工件預(yù)充滿水后，忽略工件變形所需的補水量，由P產(chǎn)0增壓到P，其所需的補水Research砌scuSs咖研究與探討量V-與v0和P之間存在以下關(guān)系：V。=魯(

6、P0-P)熹P(式1)式中：Ev為水的體積彈性模量，不影響精度情況下取常數(shù)Ev=2000MPa=2．9×105psi。事實上，壓力的變化將致使工件發(fā)生彈性變形，變形量Vz與壓力P的關(guān)系如下：V。=K}V。(式2)式中：P。為增壓上限壓力；K為變形率。所以，總補水量V和增壓壓力P之間關(guān)系為：V=V。+v2=[擊音]Pvo(式3)聯(lián)立(式1)、(式2)可得到泄壓過程中氣瓶內(nèi)用于增壓部分的水量V和泄壓流量q之間的關(guān)系：v-導(dǎo)[畝音]q2(刪可以看出，泄壓流量和氣瓶內(nèi)用于增壓的水量成平方根關(guān)系，這點同和壓力的關(guān)系一致。所以水量的微分(水量的變化

7、微量)：av-孚[畝+魯]qdqc削對應(yīng)水量變化微量的泄壓時間t微量：at=罟=孚[畝+寄]dq(刪增壓壓力為上限40MPa剛剛開始泄壓時流量最大為q0，直到流量為0時泄壓完成，此階段所需時間：』f孚[畝+魯]dq=孚[專+魯]q。=平[專音]c削工程上實際泄壓時間均按3～5s考慮，根據(jù)流量選擇泄放閥門。按照(式4)可分別計算所需的增壓水量和流量，如表1所示。2．2系統(tǒng)配置專用高壓疲勞測試系統(tǒng)采用清潔自來水作為增壓介質(zhì)，最大可增壓至132MPa。疲勞試驗過程中，在達(dá)到設(shè)定最高壓力并保壓一定時間后，通過程序控制快速自動降壓到0或某設(shè)定值，

8、一次疲勞加載卸載周期完石油化工建設(shè)2017．0379．．．．．：p]像一攝一『--形號號一穢審到姐esearch&Discussion究與探討表1600L，132MPa疲勞系統(tǒng)最大增壓壓力P，132MPa工