132Mpa智能疲劳试验机的研究与开发.pdf

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1、Research&眺cussm研究与探讨132Mpa智能疲劳试验机的研究与开发程聪1马建宇2倪晓31河北省特种设备监督检验研究院河北省石家庄050000；2河北省特种设备监督检验研究院河北省石家庄0500003河北省特种设备技术应急中心河北省石家庄050000摘要分别对机械系统和控制系统进行了研究，研发出一套试验压力可达132MPa的智能疲劳试验测试系统，该系统用于国家管道元件产品质量监督检验中心天然气拖车气瓶、焊接钢管、无缝钢管和管状设备进行高压疲劳载荷试验，旨在考核被测工件是否能够承受足够次数的高压、快速的载荷冲击能力。关键词疲劳测

2、试钢管试验机研发中图分类号TU602文献标识码B文章编号1672—9323(2017)03—0018—04压力管道元件产品是重要的特种设备基础配套产品之一，广泛地应用于石油化工、石油天然气运输、核工业、火力发电、冶金、医药卫生等各行业，其产品质量问题也越来越受到人们的关注。随着国家西气东输等重大项目实施，大口径，高钢级输送管产量越来越大。鉴于石油天然气的远距离输送属于能源供给的国家战略，高安全性、高可靠性钢管的技术要求毋庸置疑。钢管的材质、焊接、承压等性能直接决定了其整体性能是否合格，疲劳测试则是抽检验证手段之一。从长远的发展来看，国家

3、管道元件产品质量监督检验中心将主要对容积不大于3000L的受试工件在10～20次18I石油化工建设2。17．03／13的试验频率下进行疲劳测试，而目前还没有既可以达到此项测试要求，又同时能够实现试验数据实时观测和采集的设备。本文拟研究开发一套试验压力可达132MPa的智能疲劳试验机试验测试系统，该系统用于国家管道元件产品质量监督检验中心天然气拖车气瓶、焊接钢管、无缝钢管和管状设备进行高压疲劳载荷试验，旨在考核被测工件是否能够承受足够次数的高压、快速的载荷冲击能力。1试验参数1．1主要测试对象天然气拖车气瓶、焊接钢管、无缝钢管和管状设备1

4、．2试验项目(1)疲劳试验；(2)承受内压下被测工件应力和应变测试；(3)升压过程中被测件进水总量的计量。1。3试验参数(1)试验压力：高压疲劳Max．132MPa，低压疲劳Max．45MPa；(2)钢管直径一般在2000mm以下(中≤2000mm)，被测工件容积一般≤10m?；(3)交变频率：不小于10～20次／h；(4)达到压力上限时保压时间：可在1“5s范围内自行调节。2机械系统方案100MPa爆破增压单元被测钢管l1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J132MPa疲劳系统厂]I．．．．．．．．．．．．．．．。．．．

5、．．．．．．．_J45MPa疲劳系统图1系统工艺流程图2．1132MPa疲劳系统设计原理工艺流程图如图1所示。设计核心部件采用1台高压小流量(Max．132MPa)和1台低压大流量(Max．45MPa)电动柱塞水泵，采用低压高寿命电磁阀结合大通径高压气动阀实现快速泄压。设计首先根据较大通径的气动阀确定能够达到的泄压时间，然后根据增压时间确定柱塞泵的压力和流量参数。假设，对容积为V。的工件预充满水后，忽略工件变形所需的补水量，由P产0增压到P，其所需的补水Research砌scuSs咖研究与探讨量V-与v0和P之间存在以下关系：V。=鲁(

6、P0-P)熹P(式1)式中：Ev为水的体积弹性模量，不影响精度情况下取常数Ev=2000MPa=2．9×105psi。事实上，压力的变化将致使工件发生弹性变形，变形量Vz与压力P的关系如下：V。=K}V。(式2)式中：P。为增压上限压力；K为变形率。所以，总补水量V和增压压力P之间关系为：V=V。+v2=[击音]Pvo(式3)联立(式1)、(式2)可得到泄压过程中气瓶内用于增压部分的水量V和泄压流量q之间的关系：v-导[亩音]q2(删可以看出，泄压流量和气瓶内用于增压的水量成平方根关系，这点同和压力的关系一致。所以水量的微分(水量的变化

7、微量)：av-孚[亩+鲁]qdqc削对应水量变化微量的泄压时间t微量：at=罟=孚[亩+寄]dq(删增压压力为上限40MPa刚刚开始泄压时流量最大为q0，直到流量为0时泄压完成，此阶段所需时间：』f孚[亩+鲁]dq=孚[专+鲁]q。=平[专音]c削工程上实际泄压时间均按3～5s考虑，根据流量选择泄放阀门。按照(式4)可分别计算所需的增压水量和流量，如表1所示。2．2系统配置专用高压疲劳测试系统采用清洁自来水作为增压介质，最大可增压至132MPa。疲劳试验过程中，在达到设定最高压力并保压一定时间后，通过程序控制快速自动降压到0或某设定值，

8、一次疲劳加载卸载周期完石油化工建设2017．0379．．．．．：p]像一摄一『--形号号一秽审到姐esearch&Discussion究与探讨表1600L，132MPa疲劳系统最大增压压力P，132MPa工