專利名稱：一種波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種輸送管道的試驗系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
波紋管是具有多個橫向波紋的圓柱形薄壁折皺殼體，一般由不銹鋼或銅合金加工制成，具有較高的軸向彈性。波紋管是增壓輸送系統(tǒng)管路的重要組成部分，在管路系統(tǒng)所發(fā)揮的功能包括補償管路系統(tǒng)及相鄰部件的結(jié)構(gòu)變形及安裝尺寸的偏差；吸收或部分吸收產(chǎn)品的振動，改善管系的振動條件，減少產(chǎn)品向貯箱管口傳遞的強烈機械振動；增加管系的柔度，減少產(chǎn)品啟動和關機時的水壓力。新一代運載火箭波紋管材料為lCrl8Ni9Ti，分單層和多層，屬于低溫波紋管，輸送介質(zhì)為液氧，環(huán)境溫度_183°C，工作壓力0. SMPa l.OMPa。 國內(nèi)目前還沒有相關設備對波紋管的低溫疲勞設計指標進行試驗驗證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，自動檢測和控制波紋管在低溫環(huán)境下抗疲勞參數(shù)和指標，填補了國內(nèi)在波紋管低溫疲勞試驗領域的空白，為波紋管研制提供了新的驗證手段，有力保證了波紋管研制的順利推進。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，主要由波紋管試驗機及控制裝置、調(diào)壓裝置、恒壓裝置、低溫環(huán)境裝置組成，所述波紋管試驗機及控制裝置用于提供波紋管在疲勞試驗中的變形位移和變形力，并檢測和調(diào)節(jié)該變形位移和變形力的大??；所述調(diào)壓裝置用于提供波紋管內(nèi)的充壓介質(zhì)；所述恒壓裝置用于調(diào)節(jié)波紋管在疲勞試驗中管內(nèi)的壓力波動；所述低溫環(huán)境裝置用于向波紋管提供恒定的低溫環(huán)境。所述波紋管試驗機包括液壓油源，其通過液壓油管向液壓缸內(nèi)注入液壓油，液壓缸的活塞桿下端連接一絕熱連接法蘭，在其連接處安裝載荷傳感器，絕熱連接法蘭下端通過一連接桿連接到波紋管的上端。所述液壓缸安裝在液壓缸安裝架上，所述液壓缸安裝架安裝在波紋管試驗機框架上。所述波紋管試驗機控制裝置包括數(shù)據(jù)采集儀，其連接位移傳感器和載荷傳感器， 并通過與之連接的工業(yè)計算機與遠程控制電腦之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和遠程控制。所述調(diào)壓裝置包括瓶裝氦氣以及氦氣配氣臺，通過氦氣加注管向恒壓裝置注入氦氣。所述恒壓裝置包括儲氣罐，其通過氦氣加注管連接到波紋管上，在儲氣罐與氦氣加注管的連接處安裝壓力傳感器，壓力傳感器連接到波紋管試驗機的控制裝置上，波紋管試驗機的控制裝置檢測波紋管內(nèi)的壓力波動值。所述壓力波動值不大于10%。
所述低溫環(huán)境裝置包括液氮貯罐，其通過液氮加注管向液氮桶內(nèi)注入液氮，液氮貯罐與液氮加注管之間安裝低溫電磁閥，液氮桶內(nèi)壁上安裝液氮液位傳感器，波紋管安裝在波紋管固定工裝的底板上，并完全浸沒在液氮中。所述液氮桶放置在液氮桶升降車上。試驗中，所述液氮桶固定在波紋管試驗機上。波紋管在進行低溫疲勞試驗時要求應在專用的疲勞試驗裝置上進行，疲勞試驗裝置應保證能約束波紋管推力與位移反力，并能保證施加的試驗軸向循環(huán)位移與波紋管軸線同軸。試驗過程中，波紋管內(nèi)的充壓介質(zhì)為氦氣，利用液氮產(chǎn)生低溫環(huán)境；試驗壓力等于設計壓力，過程中壓力波動值不大于試驗壓力的10%;試驗循環(huán)位移為軸向循環(huán)位移，范圍應等于設計軸向位移量或設計相當軸向位移量，循環(huán)速率應使循環(huán)位移在各波紋中均勻分配所需時間確定，且應小于30周/min。結(jié)果應滿足，無穿透壁厚的裂紋。本發(fā)明提供的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，通過遠程電腦控制波紋管的循環(huán)位移和循環(huán)速率以及檢測波紋管內(nèi)的壓力波動值，滿足上述的試驗要求，確認波紋管的性能指標，為研制和設計波紋管提供新的驗證手段。


圖1是單層波紋管結(jié)構(gòu)示意圖和局部放大圖；圖2是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2實施例的試驗流程圖。
具體實施例方式波紋管按照層數(shù)可分為單層波紋管和多層波紋管，本發(fā)明以圖1所示的單層波紋管為例進行設計。如圖2所示，本系統(tǒng)由五個部分組成，分別為波紋管試驗機1及控制裝置2、調(diào)壓裝置3、恒壓裝置4、低溫環(huán)境裝置5。波紋管試驗機1包括液壓油源11，其通過液壓油管12向液壓缸14內(nèi)注入液壓油， 為了防止低溫使得液壓缸14內(nèi)的液壓油凝固，在液壓缸14的活塞桿下端連接一個非金屬的絕熱連接法蘭16，在其連接處安裝載荷傳感器13，絕熱連接法蘭16下端通過一連接桿17 螺接到波紋管55的上端法蘭。液壓缸14安裝在液壓缸安裝架18上，液壓缸安裝架18安裝在波紋管試驗機框架19上。波紋管試驗機控制裝置2包括數(shù)據(jù)采集儀21，采集位移傳感器15和載荷傳感器 13上的循環(huán)位移和循環(huán)速率，并連接到工業(yè)計算機22上，工業(yè)計算機22用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集儀21與遠程控制電腦23之間的數(shù)據(jù)交換。工業(yè)計算機22和數(shù)據(jù)采集儀21之間通過VME 總線，大大縮短了通訊時間，為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、安全檢測等節(jié)省了時間，使得采樣速度可縮短到10ms?？刂蒲b置2可以進行信號的調(diào)理、放大、閉環(huán)運算、閥驅(qū)動等，控制循環(huán)速率使得循環(huán)位移在各波紋中均勻分配所需時間確定，且應小于30周/min。它還可以根據(jù)用戶要求自動產(chǎn)生不規(guī)則波形，并輸出，方便用戶檢測。調(diào)壓裝置3包括瓶裝氦氣31，其通過氦氣加注管33將氦氣注入氦氣配氣臺32，再通過氦氣加注管33向恒壓裝置4注入氦氣。
恒壓裝置4包括儲氣罐41，其通過氦氣加注管33連接到波紋管55上向波紋管55 內(nèi)注入氦氣。儲氣罐41的主要作用是通過增大波紋管55試驗管路的容積，減小疲勞試驗時波紋管55內(nèi)腔容積變化(壓縮、拉伸)引起的壓力波動，保證整個試驗過程中波紋管55 內(nèi)的壓力波動< 10%。在儲氣罐41與氦氣加注管33的連接處安裝壓力傳感器42，壓力傳感器42連接到波紋管試驗機的控制裝置2的數(shù)據(jù)采集儀21上，通過控制裝置2來控制調(diào)節(jié)波紋管55內(nèi)的壓力波動值。低溫環(huán)境裝置5包括液氮貯罐51，其通過液氮加注管53向液氮桶59內(nèi)注入液氮 58，液氮貯罐51與液氮加注管53之間安裝低溫電磁閥52，液氮桶59內(nèi)壁上安裝液氮液位傳感器54，波紋管55安裝在波紋管固定工裝57的底板上，波紋管55完全浸沒在液氮58 內(nèi)，利用液氮58保證試驗時的環(huán)境溫度維持在-196°C 士 2°C。液氮液位傳感器54對液氮 58的液位進行監(jiān)控，當液位過低時，低溫電磁閥52自動開啟，往液氮桶59內(nèi)補充液氮58， 從而保證試驗過程中環(huán)境溫度恒定。液氮桶59放置在液氮桶升降車56上。試驗中，當液氮桶升降車56將液氮桶59抬升到位后，將波紋管固定工裝57螺接在波紋管試驗機1的試驗機框架19的底板上。本發(fā)明實施例的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。經(jīng)過該試驗流程，即可確定波紋管試驗件的抗疲勞指標，從而保證波紋管的設計和安全使用。
權(quán)利要求
1.一種波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，主要由波紋管試驗機(1)及控制裝置(2)、調(diào)壓裝置 (3)、恒壓裝置(4)、低溫環(huán)境裝置(5)組成，所述波紋管試驗機(1)及控制裝置(2)用于提供波紋管在疲勞試驗中的變形位移和變形力，并檢測和調(diào)節(jié)該變形位移和變形力的大??； 所述調(diào)壓裝置(3)用于提供波紋管內(nèi)的沖壓介質(zhì)；所述恒壓裝置(4)用于調(diào)節(jié)在疲勞試驗中波紋管內(nèi)的壓力波動；所述低溫環(huán)境裝置(5)用于向波紋管提供恒定的低溫環(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，其特征在于所述波紋管試驗機 (1)包括液壓油源(11)，其通過液壓油管(12)向液壓缸(14)內(nèi)注入液壓油，液壓缸(14) 的活塞桿下端連接一絕熱連接法蘭(16)，在其連接處安裝載荷傳感器(13)，絕熱連接法蘭 (16)下端通過一連接桿(17)連接到波紋管(55)的上端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，其特征在于所述液壓缸(14)安裝在液壓缸安裝架(18)上，所述液壓缸安裝架(18)安裝在波紋管試驗機框架(19)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，其特征在于所述波紋管試驗機控制裝置(2)包括數(shù)據(jù)采集儀(21)，其連接位移傳感器(15)和載荷傳感器(13)，并通過與之連接的工業(yè)計算機(22)與遠程控制電腦(23)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和遠程控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)壓裝置(3) 包括瓶裝氦氣(31)以及氦氣配氣臺(32)，通過氦氣加注管(33)向恒壓裝置(4)注入氦氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，其特征在于所述恒壓裝置(4) 包括儲氣罐(41)，其通過氦氣加注管(33)連接到波紋管(55)內(nèi)，在儲氣罐(41)與氦氣加注管(33)的連接處安裝壓力傳感器(42)，壓力傳感器(42)連接到波紋管試驗機的控制裝置(2)上，波紋管試驗機的控制裝置(2)檢測波紋管(55)內(nèi)的壓力波動值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，其特征在于所述壓力波動值不大于10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，其特征在于所述低溫環(huán)境裝置 (5)包括液氮貯罐(51)，其通過液氮加注管(53)向液氮桶(59)內(nèi)注入液氮(58)，液氮貯罐 (51)與液氮加注管(53)之間安裝低溫電磁閥(52)，液氮桶(59)內(nèi)壁上安裝液氮液位傳感器(54)，波紋管(55)安裝在波紋管固定工裝(57)的底板上，并完全浸沒在液氮(58)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，其特征在于所述液氮桶(59)放置在液氮桶升降車(56)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，其特征在于試驗中，將波紋管固定工裝(57)固定在波紋管試驗機(1)的底板上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，主要由波紋管試驗機及控制裝置、調(diào)壓裝置、恒壓裝置、低溫環(huán)境裝置組成，所述波紋管試驗機及控制裝置用于提供波紋管在疲勞試驗中的變形位移和變形力，并檢測和調(diào)節(jié)該變形位移和變形力的大小；所述調(diào)壓裝置用于提供波紋管內(nèi)的沖壓介質(zhì)；所述恒壓裝置用于調(diào)節(jié)在疲勞試驗中波紋管內(nèi)的壓力波動；所述低溫環(huán)境裝置用于向波紋管提供恒定的低溫環(huán)境。本發(fā)明所提供的波紋管低溫疲勞試驗系統(tǒng)，自動檢測和控制波紋管在低溫環(huán)境下抗疲勞參數(shù)和指標，填補了國內(nèi)在波紋管低溫疲勞試驗領域的空白，為波紋管研制提供了新的驗證手段，有力保證了波紋管研制的順利推進。
文檔編號G01N3/18GK102297809SQ20101020687
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者崔國平, 曹雪峰, 李瑋, 袁杏, 韋超 申請人:上海航天精密機械研究所