承压设备周期性变化压力作用疲劳失效试验装置

摘要

承压设备周期性变化压力作用疲劳失效试验装置为一种疲劳失效试验装置，涉及到在周期性变动压力作用下的承压设备，试验介质为导热油，贮油罐(2)位于试件平台(1)的下方，贮油罐(2)的出口经截止阀(10)与柱塞油泵(3)的吸入口连接，柱塞油泵(3)的排出口经单向阀(9)与电加热器(6)的入口连接，电加热器(6)的出口与四通换向阀(5)供油管路的入口连接，连接管路中间分一支路连接蓄能罐(4)，蓄能罐(4)的上部接高压气源(7)；四通换向阀(5)供油管路的出口与换向阀(5)回油管路的入口相连，中间分一支路与试验件的接口连接，四通换向阀(5)回油管路的出口经截止阀(10)与贮油罐(2)的入口连接，蓄能罐(4)上装有超压保护安全阀。

说明书

技术领域

本发明为一种疲劳失效试验装置，涉及到在周期性变动压力作用下的承压设备，是一种试验设备在周期性变动压力作用下抗疲劳失效能力的装置。

技术背景

机械、化工等行业使用着各种设备，这其中有大量设备工作在周期性变化的压力之下，这些设备都承受着规则或不规则变化的交变应力的作用。在周期性变化的交变应力的作用下，因为设备的制造材料的原因，或因为生产工艺方面的原因，会使得材料疲劳失效，强度降低，影响产品的使用性能，并造成安全问题。统计结果表明，在各种机械的断裂事故中，大约有80％以上是由于疲劳失效引起的。因此，对于承受交变应力的设备，检验其抗疲劳应力作用的能力，在工程应用中占有重要的地位。工业设备的疲劳损坏，是一个长期的、缓慢的渐变过程，而其造成的危害和后果，却是突然的，瞬时的和不可预知的。工业化生产中，在较短的时间内，掌握产品的抗交变应力作用的能力，对产品在交变压力作用下，设备的安全性做出评估，显得非常重要。这就需要一种装置，快速检验设备，抗交变压力疲劳作用而不失效的能力。为此，我们发明了此压力疲劳试验装置。该装置适用于下列容器及设备的压力疲劳试验：1)贮存或输送气体、液体或汽液、汽固、固液两相或汽固液三相物质的容器、箱体、罐体和管道；2)进行热量交换的气体气体、液体液体和气体液体换热器。这些容器设备工作条件，受到周期性变化的交变压力作用，容器设备因此可能产生疲劳失效。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种承压设备周期性变化压力作用疲劳失效试验装置，对于提高产品质量，降低产品成本，保证生产安全，都具有非常积极的现实意义。

技术方案：本发明的承压设备周期性变化压力作用疲劳失效试验装置包括试件平台、贮油罐、柱塞油泵、蓄能罐、四通换向阀、电加热器、高压气源、四通换向阀驱动电机、单向阀；试验介质为导热油，贮油罐位于试件平台的下方，贮油罐(的出口经截止阀与柱塞油泵的吸入口连接，柱塞油泵的排出口经单向阀与电加热器的入口连接，电加热器的出口与四通换向阀供油管路的入口连接，连接管路中间分一支路连接蓄能罐，蓄能罐的上部接高压气源；四通换向阀供油管路的出口与四通换向阀回油管路的入口相连，中间分一支路与试验件的接口连接，四通换向阀回油管路的出口经截止阀与贮油罐的入口连接，蓄能罐上装有超压保护安全阀。

贮油罐的高度为0.3至0.65米，位于试件平台的正下方，贮油罐的高度加上试件平台底座的厚度，高度在0.35至0.7米之间；试件平台的长与宽尺寸，比贮油罐的长与宽方向尺寸小；贮油罐上侧为槽形，并开有回油孔，四通换向阀的供油管路的入口与回油管路的入口位于四通换向阀的同一侧面，柱塞油泵的排出口上方安装单向阀门。

四通换向阀整体及阀芯轴线呈垂直安装状态；驱动电机安装基础为四通换向阀上水平面端盖，驱动电机与四通换向阀之间通过齿轮减速传动。

有益效果：

1)采用蓄能罐缓冲与调节供给压力，其上接有高压气源，可以维持相对稳定的供给压力；

2)采用电加热器加热导热油，并配合使用固态继电器调节加热功率，以获得稳定的导热油温度；

3)采用四通换向阀作为压力切换元件，周期性地向试验件提供处于交变压力状态的导热油，创造特定的压力试验条件；

4)四通阀阀芯的旋转，实现油路的通断切换，压力变化连续而稳定，频率变化可调范围宽并且连续可调，部件运转故障率低，安全可靠；

5)四通换向阀采用阀芯轴线垂直安装方式，供油管路的入口与回油管路的入口位于四通换向阀的同一侧面，有着合理的结构设计。

附图说明

图1是本发明实施的结构示意图；

图2是图1中A-A位置的剖视图；

图3是图1中的C向视图；

图4是图2中B-B位置的剖视图。

以上的图中有：试件平台1、贮油罐2、柱塞油泵3、蓄能罐4、四通换向阀5、电加热器6、高压气源7、驱动电机8、单向阀9、截止阀10。

具体实施方式

装置由试件平台1、贮油罐2、柱塞油泵3、蓄能罐4、四通换向阀5、电加热器6、高压气源7组成，试验介质为导热油。贮油罐2的高度为0.3至0.65米，位于试件平台1的正下方；试件平台长与宽方向尺寸比贮油罐的长与宽尺寸略小，每一方向上尺寸的差值在5cm以内，高度为0.35至0.7米；贮油罐出口经截止阀10与柱塞油泵3的吸入口连接；柱塞油泵3的排出口经单向阀与电加热器6入口连接；电加热器6的出口与四通换向阀5供油管路的入口连接，连接管路中间分一支路连接蓄能罐4；蓄能罐4的上部接高压气源；四通换向阀5供油管路的出口与换向阀5回油管路的入口相连，中间分一支路与试验件的接口连接；四通换向阀5回油管路的出口经截止阀10与贮油罐2的入口连接。蓄能罐4上装有超压保护安全阀。试件平台1的正面、左右两侧面、顶面装有防爆玻璃窗，形成一个封闭空间。

采用导热油作为试验介质。利用高压油泵，将导热油加压至试验压力，利用电加热器加热至试验温度，并利用四通换向阀周期性地供给试验件，以实现在试验件上建立一个周期性变化的作用压力，并维持一定的试验温度。蓄能器起到缓冲和稳定试验压力的作用，在阀门通断时，缓和因流量突变而带来的压力的急剧变化，使得压力波形接近正弦曲线。

整体结构布置，贮油罐2的高度为0.3至0.65米，位于试件平台1的正下方。试件平台立柱内侧的尺寸与贮油罐的宽度尺寸相同；贮油罐2上部为积油槽形状，并开有回油孔。四通换向阀5整体及阀芯轴线呈垂直安装状态；驱动电机8安装基础为四通换向阀5上水平面端盖，驱动电机与四通换向阀之间通过齿轮减速传动。四通换向阀5的供油管路的入口与回油管路的入口位于四通换向阀的同一侧面。柱塞油泵3的吸入口与贮油罐2之间装设手动截止阀，柱塞油泵3的排出口上方安装单向阀门，四通换向阀5回油管路的出口与贮油罐2之间也装设手动截止阀。与试验件连接的接口处设置压力和温度传感器。

其工作流程如下：利用高压油泵，将导热油加压至试验压力，利用电加热器加热至试验温度，并利用四通换向阀周期性地与试验器件的承压容积部分接通，在其建立一定的压力状态，周期性地将试验件承压容积部分与贮油罐接通，释放压力。这样，就在试验件上建立一个周期性变化的作用压力，使试验件工作在周期性交变压力之下，经过一段时间的连续作用，以达到试验件在一定的温度条件下，在一定的周期性交变压力作用下，压力疲劳失效试验的目的。试验过程中，高压油泵工作是连续的，而向试验件供油过程是非连续的。在四通换向阀切断试验件供油管路的时间段，高压油泵输出的导热油，被送往蓄能器贮存；而在四通换向阀接通试验件供油管路的瞬间，因被压较低，导热油流量突然增加，超过高压油泵的供油能力，超出部分导热油，由蓄能器提供。蓄能器起到缓冲和稳定试验压力的作用，使得压力变化波形接近于正弦曲线。

周期性变化压力作用疲劳失效试验装置，为承压容器提供一个检验其抗压力疲劳试验的条件，为新产品的开发与检验提供了一种验证设备与试验手段，可以利用此装置对产品进行试验，通过试验发现产品的缺陷与不足，探求改进的措施，检验改进的效果，对于提高产品质量，降低产品成本，保证生产安全，都具有非常积极的现实意义。