专利名称：一种波纹管低温疲劳试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种输送管道的试验系统，更具体地说，涉及一种波纹管低温疲劳试验系统。
背景技术：
波纹管是具有多个横向波纹的圆柱形薄壁折皱壳体，一般由不锈钢或铜合金加工制成，具有较高的轴向弹性。波纹管是增压输送系统管路的重要组成部分，在管路系统所发挥的功能包括补偿管路系统及相邻部件的结构变形及安装尺寸的偏差；吸收或部分吸收产品的振动，改善管系的振动条件，减少产品向贮箱管口传递的强烈机械振动；增加管系的柔度，减少产品启动和关机时的水压力。新一代运载火箭波纹管材料为lCrl8Ni9Ti，分单层和多层，属于低温波纹管，输送介质为液氧，环境温度_183°C，工作压力0. SMPa l.OMPa。 国内目前还没有相关设备对波纹管的低温疲劳设计指标进行试验验证。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种波纹管低温疲劳试验系统，自动检测和控制波纹管在低温环境下抗疲劳参数和指标，填补了国内在波纹管低温疲劳试验领域的空白，为波纹管研制提供了新的验证手段，有力保证了波纹管研制的顺利推进。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种波纹管低温疲劳试验系统，主要由波纹管试验机及控制装置、调压装置、恒压装置、低温环境装置组成，所述波纹管试验机及控制装置用于提供波纹管在疲劳试验中的变形位移和变形力，并检测和调节该变形位移和变形力的大小；所述调压装置用于提供波纹管内的充压介质；所述恒压装置用于调节波纹管在疲劳试验中管内的压力波动；所述低温环境装置用于向波纹管提供恒定的低温环境。所述波纹管试验机包括液压油源，其通过液压油管向液压缸内注入液压油，液压缸的活塞杆下端连接一绝热连接法兰，在其连接处安装载荷传感器，绝热连接法兰下端通过一连接杆连接到波纹管的上端。所述液压缸安装在液压缸安装架上，所述液压缸安装架安装在波纹管试验机框架上。所述波纹管试验机控制装置包括数据采集仪，其连接位移传感器和载荷传感器， 并通过与之连接的工业计算机与远程控制电脑之间实现数据交换和远程控制。所述调压装置包括瓶装氦气以及氦气配气台，通过氦气加注管向恒压装置注入氦气。所述恒压装置包括储气罐，其通过氦气加注管连接到波纹管上，在储气罐与氦气加注管的连接处安装压力传感器，压力传感器连接到波纹管试验机的控制装置上，波纹管试验机的控制装置检测波纹管内的压力波动值。所述压力波动值不大于10%。
所述低温环境装置包括液氮贮罐，其通过液氮加注管向液氮桶内注入液氮，液氮贮罐与液氮加注管之间安装低温电磁阀，液氮桶内壁上安装液氮液位传感器，波纹管安装在波纹管固定工装的底板上，并完全浸没在液氮中。所述液氮桶放置在液氮桶升降车上。试验中，所述液氮桶固定在波纹管试验机上。波纹管在进行低温疲劳试验时要求应在专用的疲劳试验装置上进行，疲劳试验装置应保证能约束波纹管推力与位移反力，并能保证施加的试验轴向循环位移与波纹管轴线同轴。试验过程中，波纹管内的充压介质为氦气，利用液氮产生低温环境；试验压力等于设计压力，过程中压力波动值不大于试验压力的10%;试验循环位移为轴向循环位移，范围应等于设计轴向位移量或设计相当轴向位移量，循环速率应使循环位移在各波纹中均勻分配所需时间确定，且应小于30周/min。结果应满足，无穿透壁厚的裂纹。本发明提供的波纹管低温疲劳试验系统，通过远程电脑控制波纹管的循环位移和循环速率以及检测波纹管内的压力波动值，满足上述的试验要求，确认波纹管的性能指标，为研制和设计波纹管提供新的验证手段。
图1是单层波纹管结构示意图和局部放大图；图2是本发明实施例的结构示意图；图3是图2实施例的试验流程图。
具体实施例方式波纹管按照层数可分为单层波纹管和多层波纹管，本发明以图1所示的单层波纹管为例进行设计。如图2所示，本系统由五个部分组成，分别为波纹管试验机1及控制装置2、调压装置3、恒压装置4、低温环境装置5。波纹管试验机1包括液压油源11，其通过液压油管12向液压缸14内注入液压油， 为了防止低温使得液压缸14内的液压油凝固，在液压缸14的活塞杆下端连接一个非金属的绝热连接法兰16，在其连接处安装载荷传感器13，绝热连接法兰16下端通过一连接杆17 螺接到波纹管55的上端法兰。液压缸14安装在液压缸安装架18上，液压缸安装架18安装在波纹管试验机框架19上。波纹管试验机控制装置2包括数据采集仪21，采集位移传感器15和载荷传感器 13上的循环位移和循环速率，并连接到工业计算机22上，工业计算机22用于实现数据采集仪21与远程控制电脑23之间的数据交换。工业计算机22和数据采集仪21之间通过VME 总线，大大缩短了通讯时间，为系统数据采集、安全检测等节省了时间，使得采样速度可缩短到10ms。控制装置2可以进行信号的调理、放大、闭环运算、阀驱动等，控制循环速率使得循环位移在各波纹中均勻分配所需时间确定，且应小于30周/min。它还可以根据用户要求自动产生不规则波形，并输出，方便用户检测。调压装置3包括瓶装氦气31，其通过氦气加注管33将氦气注入氦气配气台32，再通过氦气加注管33向恒压装置4注入氦气。
恒压装置4包括储气罐41，其通过氦气加注管33连接到波纹管55上向波纹管55 内注入氦气。储气罐41的主要作用是通过增大波纹管55试验管路的容积，减小疲劳试验时波纹管55内腔容积变化(压缩、拉伸)引起的压力波动，保证整个试验过程中波纹管55 内的压力波动< 10%。在储气罐41与氦气加注管33的连接处安装压力传感器42，压力传感器42连接到波纹管试验机的控制装置2的数据采集仪21上，通过控制装置2来控制调节波纹管55内的压力波动值。低温环境装置5包括液氮贮罐51，其通过液氮加注管53向液氮桶59内注入液氮 58，液氮贮罐51与液氮加注管53之间安装低温电磁阀52，液氮桶59内壁上安装液氮液位传感器54，波纹管55安装在波纹管固定工装57的底板上，波纹管55完全浸没在液氮58 内，利用液氮58保证试验时的环境温度维持在-196°C 士 2°C。液氮液位传感器54对液氮 58的液位进行监控，当液位过低时，低温电磁阀52自动开启，往液氮桶59内补充液氮58， 从而保证试验过程中环境温度恒定。液氮桶59放置在液氮桶升降车56上。试验中，当液氮桶升降车56将液氮桶59抬升到位后，将波纹管固定工装57螺接在波纹管试验机1的试验机框架19的底板上。本发明实施例的波纹管低温疲劳试验系统的工作流程如图3所示。经过该试验流程，即可确定波纹管试验件的抗疲劳指标，从而保证波纹管的设计和安全使用。
权利要求
1.一种波纹管低温疲劳试验系统，主要由波纹管试验机(1)及控制装置(2)、调压装置 (3)、恒压装置(4)、低温环境装置(5)组成，所述波纹管试验机(1)及控制装置(2)用于提供波纹管在疲劳试验中的变形位移和变形力，并检测和调节该变形位移和变形力的大小； 所述调压装置(3)用于提供波纹管内的冲压介质；所述恒压装置(4)用于调节在疲劳试验中波纹管内的压力波动；所述低温环境装置(5)用于向波纹管提供恒定的低温环境。
2.根据权利要求1所述的波纹管低温疲劳试验系统，其特征在于所述波纹管试验机 (1)包括液压油源(11)，其通过液压油管(12)向液压缸(14)内注入液压油，液压缸(14) 的活塞杆下端连接一绝热连接法兰(16)，在其连接处安装载荷传感器(13)，绝热连接法兰 (16)下端通过一连接杆(17)连接到波纹管(55)的上端。
3.根据权利要求2所述的波纹管低温疲劳试验系统，其特征在于所述液压缸(14)安装在液压缸安装架(18)上，所述液压缸安装架(18)安装在波纹管试验机框架(19)上。
4.根据权利要求2所述的波纹管低温疲劳试验系统，其特征在于所述波纹管试验机控制装置(2)包括数据采集仪(21)，其连接位移传感器(15)和载荷传感器(13)，并通过与之连接的工业计算机(22)与远程控制电脑(23)之间实现数据交换和远程控制。
5.根据权利要求1所述的波纹管低温疲劳试验系统，其特征在于所述调压装置(3) 包括瓶装氦气(31)以及氦气配气台(32)，通过氦气加注管(33)向恒压装置(4)注入氦气。
6.根据权利要求1所述的波纹管低温疲劳试验系统，其特征在于所述恒压装置(4) 包括储气罐(41)，其通过氦气加注管(33)连接到波纹管(55)内，在储气罐(41)与氦气加注管(33)的连接处安装压力传感器(42)，压力传感器(42)连接到波纹管试验机的控制装置(2)上，波纹管试验机的控制装置(2)检测波纹管(55)内的压力波动值。
7.根据权利要求6所述的波纹管低温疲劳试验系统，其特征在于所述压力波动值不大于10%。
8.根据权利要求1所述的波纹管低温疲劳试验系统，其特征在于所述低温环境装置 (5)包括液氮贮罐(51)，其通过液氮加注管(53)向液氮桶(59)内注入液氮(58)，液氮贮罐 (51)与液氮加注管(53)之间安装低温电磁阀(52)，液氮桶(59)内壁上安装液氮液位传感器(54)，波纹管(55)安装在波纹管固定工装(57)的底板上，并完全浸没在液氮(58)中。
9.根据权利要求8所述的波纹管低温疲劳试验系统，其特征在于所述液氮桶(59)放置在液氮桶升降车(56)上。
10.根据权利要求8或9所述的波纹管低温疲劳试验系统，其特征在于试验中，将波纹管固定工装(57)固定在波纹管试验机(1)的底板上。
全文摘要
本发明涉及一种波纹管低温疲劳试验系统，主要由波纹管试验机及控制装置、调压装置、恒压装置、低温环境装置组成，所述波纹管试验机及控制装置用于提供波纹管在疲劳试验中的变形位移和变形力，并检测和调节该变形位移和变形力的大小；所述调压装置用于提供波纹管内的冲压介质；所述恒压装置用于调节在疲劳试验中波纹管内的压力波动；所述低温环境装置用于向波纹管提供恒定的低温环境。本发明所提供的波纹管低温疲劳试验系统，自动检测和控制波纹管在低温环境下抗疲劳参数和指标，填补了国内在波纹管低温疲劳试验领域的空白，为波纹管研制提供了新的验证手段，有力保证了波纹管研制的顺利推进。
文档编号G01N3/18GK102297809SQ20101020687
公开日2011年12月28日 申请日期2010年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者崔国平, 曹雪峰, 李玮, 袁杏, 韦超 申请人:上海航天精密机械研究所