专利名称：一种燃气调压器加速失效实验方法及所用的实验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于城市燃气领域，涉及一种燃气调压器加速失效实验方法及实验装置。
背景技术：
燃气调压装置是燃气供应系统中的重要网络中枢，是控制着城市输配管网供气安全的重要节点设备，调压装置失效后果较埋地管网局部破损事故导致的灾害性更大。为此，人们除了加强维护保养外，更十分关注产品设备的安全可靠性预测研究，使用寿命预测是关注的焦点之一。所谓寿命预测，是通过使设备加速失效的试验方法和相关性理论的研究，对设备安全运行的时间或失效预期，给予较为明确的判断。当前，我国在燃气调压器寿命预测方面尚属技术空白，虽然产品的各类相关标准中规定了一些试验方法，用于判定产品的长期运行可靠性，但其实验数据与实际运行的相关性太差，均不足以成为燃气调压设备整机的寿命预测依据，无法实现量化指标。与本发明相关的现有技术现状是I)耐久性试验。该试验方法在常温下进行，用压缩空气作为工作介质驱动燃气调压器进行往复启闭的动作，按照标准进行一定的次数后停止试验，比较燃气调压器实验前后的静特性指标，当变化在许可范围内则认定该燃气调压器的耐久性能合格。该试验的技术缺陷在于对燃气调压器的执行机构在常温下运行的机械传动可靠性进行了考核，但不足以表征燃气调压器在不同燃气介质和不同极端运行温度下的实际运行可靠性。工程实践也充分证明该实验数据与实际运行存在一定的相关性联系，但作为寿命预测的实验依据相关度较差。2)耐燃气试验。该试验方法在常温下进行，选取燃气调压器的皮膜试片浸泡在规定的试验介质溶剂中若干小时，然后比较实验前后的重量和体积变化率，当变化率在规定较小范围内认定为合格。该试验的技术缺陷在于该试验以燃气调压器运行安全的薄弱部件进行了静态的耐燃气介质腐蚀加速老化试验，但不足以表征该非金属部件在承受运行压力工况的应力状下和不同极端运行温度下的实际运行可靠性，更无法表征燃气调压设备整机的运行可靠性。工程实践证明，该试验方法还存在着明显瑕疵，这就是将同一批次产品的新品和已使用过一段时间的旧品进行耐燃气试验比对，结果已使用过的试片较新品的重量和体积变化率更能符合标准规定，进一步表明了用耐燃气试验的重量变化率和体积变化率数据作为寿命预测的不可靠性。3)热空气老化试验。该试验将燃气调压设备中的非金属部件试件置于恒温箱中，分别在不同温度的热空气环境下静置若干小时后取出，比较实验前后试件的拉伸强度或压缩变形指标的变化，该方法是行业广泛采用的分析橡胶材料老化性能和预测寿命的技术方法。早在十几年前，我们依据此方法对燃气设备的橡胶密封性能和使用寿命进行过实验和预测，但实践表明这种方法与实际使用效果仍存在较大差距。主要缺陷在于燃气设备的橡胶密封件并非在如试验的含氧环境下运行，因此橡胶的热氧老化特征不足以表征燃气设备的老化衰变特性。当然，有关行业标准中也提出过热介质老化试验方法，但其缺陷仍在于仅能够表征燃气设备某非金属部件材料的静态耐腐蚀老化性能，仍不足以说明该零件在运行工况下的可靠寿命，更不可能说明整体设备安全可靠运行的使用寿命。随着广业科技水平的提闻和对安全防范意识的提闻，科技人员正在从事故后处理、事故诊断向事故预警、寿命预测方向发展，基于实态运行仿真的加速老化、加速失效实验的寿命预测技术正在成为行业的关注焦点。
发明内容
本发明的目的就在于顺应行业科技发展的迫切需求，克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种燃气调压器寿命预测实验方法及实验装置，该方法及装置基于实态运行仿真的思想，集成运行环境加速老化、机械耐久试验、燃气介质腐蚀加速老化等试验方法，对燃气调压器整机进行耐用性实验，实现为寿命预测提供更贴近生产实际的技术参数的目标。一种燃气调压器加速失效实验方法，其特征在于通过监控放置在预设的温度环境中的被测燃气调压器出口侧实验介质压力变化的方法，驱动被测燃气调压器按控制模式进行往复启闭动作，直至达到设定的试验次数或失效，从而实现测试被测燃气调压器加速失效的试验目的。控制模式采用两种其一是按照预设的固定时间间隔控制被测燃气调压器的启闭，其二是以满足最大和最小试验压力为条件，控制被测燃气调压器的启闭，压力变化范围是依据被侧燃气调压器的调压特性区间选定的试验参数。上述燃气调压器加速失效实验方法所用的实验装置，其特征在于包括恒温箱、循环压缩机、进、出口缓冲气罐、实验用燃气介质灌、进、出口电磁阀、进、出口节流阀、调压器出口压力变送器和可编程控制器；被测燃气调压器放置在恒温箱内，循环压缩机的入口实验管路与被测燃气调压器的出口连接，循环压缩机的出口实验管路与被测燃气调压器的进口连接，使被测调压器与循环压缩机的出口实验管路形成密闭的管路系统；在循环压缩机的出、入口实验管路上分别安装进、出缓冲罐、进、出口电磁阀和进、出口节流阀；在循环压缩机入口管路上连通实验用燃气介质气罐，在循环压缩机出口管路上连通被测燃气调压器出口压力变送器；可编程控制器分别与电源、循环压缩机、循环压缩机的出、入口实验管路上的进、出口电磁阀和测燃气调压器出口压力变送器连接。上述循环压缩机的出、入口实验管路也可均连接被测燃气调压器的出口，使被测调压器与循环压缩机的出口实验管路形成密闭的管路系统。被测燃气调压器的进口用盲板密封。利用上述燃气调压器加速失效实验装置所用的实验方法的是将被测燃气调压器放置在实验装置的恒温箱中，被测调压器与循环压缩机的出、入口实验管路连接，形成密闭的试验管路系统，在实验管路中注入实验用燃气介质，通过可编程控制器按预设的试验程序，驱动循环压缩机运行及进、出口电磁阀交替启停动作，控制实验回路的压力变化，使被测燃气调压器在预设的温度环境和试验介质的条件下，进行往复启闭的动作，直至达到设定的试验次数或失效，从而实现测试被测燃气调压器加速失效的试验目的。上述循环压缩机的扬程应不小于最大实验压力，排量应不小于满足实现系统压力变化波动要求的循环气量。
上述预设的温度环境中的温度范围是_40°C至+80°C。本发明的工作原理是通过被测燃气调压器在高低温环境试验的做法，强化环境的影响；通过采用实验用燃气介质运行的方法，强化腐蚀影响；通过连续往复启闭动作的方法，强化疲劳影响，从而实现模拟燃气调压器的实际运行状况并强化不利条件，达到加速燃气调压器失效的基本实验目标。本发明具有如下的优点和积极效果采用了包含机械耐久性试验、耐燃气试验、热空气老化试验、热介质老化试验等加速失效技术思想的燃气调压器整机加速失效实验方法及装置，实验数据与设备的实际运行效果的相关度更高。与常规的机械耐久性试验相比，本方法强化了燃气介质腐蚀和环境温度的影响因素；与常规的热空气老化实验相比，本方法强化了整机实验和燃气介质及运行压力的影响因素；与热介质试验和耐燃气试验相比，本方法保留了设备与大气连通侧氧老化和燃气流动的影响因素，强化了动荷载的影响因素。依据本发明技术方法及在实验装置完成的实验数据，可以直接作为燃气调压器设备的耐用性的评价指标，也可作为使用寿命预测的基础数据。基于本发明技术方法及实验装置完成的实验数据，进行的燃气调压设备的耐用性评价及寿命预测，与设备在工程实际中运行可靠性的相关度更高，大大优于既有技术。
图1是本发明实验装置的结构示意图。1-被测燃气调压器、2-恒温箱、3-循环压缩机、4-可编程控制器、5-进出口缓冲气罐、6-工作电源、7-试验用燃气介质气罐、8-试验用燃气介质注入口、9-进出口电磁阀、10-进出口节流阀、11-调压器出口压力变送器、12-实验系统管道。
具体实施例方式按图1所示的连接关系组成实验装置将循环压缩机3进出口缓冲气罐5、试验用燃气介质气罐7、试验用燃气介质注入口 8、进出口电磁阀9、进出口节流阀10、调压器出口压力变送器11等部件用金属实验系统管道12连接；将进出口电磁阀9、调压器出口压力变送器11、循环压缩机3及恒温箱2的控制电路与可编程控制器4的连接；将工作电源6与可编程控制器4及循环压缩机3、恒温箱2连接。根据已经完成静特性试验的被测燃气调压器I的关闭压力等级和稳压精度参数，确定本发明实验装置运行的控制参数并按试验要求选择实验装置运行的控制模式，即完成了实验装置的搭建和实验准备。本实验装置可以运行不同的试验用燃气介质，试验用燃气介质按被测燃气调压器预期实际运行燃气或介质腐蚀性更强的试验气体确定，基准试验气为商业甲烷、商业异丁烧、工业氢气。利用上述燃气调压器加速失效实验装置所用的实验方法的是具体实验方案1:I)将被测燃气调压器I固定在恒温箱2中；2)将被测燃气调压器进口用盲板密封，用金属软管将被测燃气调压器的出口同时与实验装置的实验系统管道12的进出口连接；3)用真空泵对试验管道系统抽真空，并检查气密性；4)气密性检查合格后，开启试验用燃气介质气罐7，通过试验用燃气介质注入口 8向试验系统中注入试验介质，当系统压力达到最大实验压力时，关闭试验用燃气介质注入口 8的阀门，停止充气。5)启动恒温箱2运行，使温度达到预先设置的试验温度并稳定一段时间；6)开启循环压缩机，启动可编程控制器4，进、出口电磁阀9均处于开启状态；7)通过压力变送器11监测被测燃气调压器的出口压力变化，按当监测压力分别处于最大和最小设定值时交替启闭进出口电磁阀9的模式运行；8)调节进出口节流阀10，可改变进出口电磁阀9交替启闭的频率，用于控制整个实验的周期；9)实验装置可自动记录进出口电磁阀9启闭的次数，直至达到预定的总次数，实验装置自动停止实验。10)在实验过程中，出现监测压力异常时，系统亦能自动停止试验；11)取出被测燃气调压器，重新进行静特性测试，并记录数据。具体实验方案2 I)将被测燃气调压器I固定在恒温箱2中；2)将被测燃气调压器进出口用金属软管与实验装置的实验系统管道12进出口分别连接；3)用真空泵对试验管道系统抽真空，并检查气密性；4)气密性检查合格后，开启试验用燃气介质气罐7，通过试验用燃气介质注入口 8向试验系统中注入试验介质，当系统压力达到被测燃气调压器I的关闭压力时，关闭试验用燃气介质注入口 8的阀门，停止充气。5)启动恒温箱2运行，使温度达到预先设置的试验温度并稳定一段时间；6)开启循环压缩机，启动可编程控制器4，进出口电磁阀9均处于开启状态；7)按固定时间间隔交替启闭进出口电磁阀9的模式运行；8)通过压力变送器11监测被测燃气调压器的出口压力变化；9)调节进出口节流阀10，可改变被测燃气调压器的出口压力变化区间；10)实验装置可自动记录进出口电磁阀9启闭的次数，直至达到预定的总次数，实验装置自动停止实验；11)在实验过程中，实验装置可自动监测并记录每次启闭的压力变化值，监测压力出现异常时，系统亦能自动停止试验；12)取出被测燃气调压器，重新进行静特性测试，并记录数据。本实验方法可以是基于固定循环往复试验次数，比较燃气调压器的静特性指标的衰减，也可以是基于设定指标界限，比较循环往复试验次数；根据加速失效试验数据与实际运行效果的相关性研究，可实现对燃气调压器的运行可靠性及寿命预测判断的技术分析。本发明最大限度的对燃气调压器的实际工况进行了模拟重构，在充分尊重既有机械疲劳试验、加速老化试验、耐介质腐蚀试验的理论基础上，研发了更贴近生产实际的加速失效试验方法和实验装置。本发明可大幅度降低燃气设备寿命预测与生产实际的偏差，对提升我国燃气设备安全防御、事故预警技术的发展有十分重大的意义。
权利要求
1.一种燃气调压器加速失效实验方法，其特征在于通过监控放置在预设的温度环境中的被测燃气调压器出口侧实验介质压力变化的方法，驱动被测燃气调压器按控制模式进行往复启闭动作，直至达到设定的试验次数或失效，从而实现测试被测燃气调压器加速失效的试验目的；控制模式采用两种其一是按照预设的固定时间间隔控制被测燃气调压器的启闭，其二是以满足最大和最小试验压力为条件，控制被测燃气调压器的启闭，压力变化范围是依据被测燃气调压器的调压特性区间选定的试验参数。
2.一种根据权利要求1所述的燃气调压器加速失效实验方法所用的实验装置，其特征在于包括恒温箱、循环压缩机、进、出口缓冲气罐、实验用燃气介质灌、进、出口电磁阀、进、 出口节流阀、调压器出口压力变送器和可编程控制器；被测燃气调压器放置在恒温箱内，循环压缩机的入口实验管路与被测燃气调压器的出口连接，循环压缩机的出口实验管路与被测燃气调压器的进口连接，使被测调压器与循环压缩机的出口实验管路形成密闭的管路系统；在循环压缩机的出、入口实验管路上分别安装进、出缓冲罐、进、出口电磁阀和进、出口节流阀；在循环压缩机入口管路上连通实验用燃气介质气罐，在循环压缩机出口管路上连通被测燃气调压器出口压力变送器；可编程控制器分别与电源、循环压缩机、循环压缩机的出、入口实验管路上的进、出口电磁阀和测燃气调压器出口压力变送器连接。
3.一种根据权利要求2所述的燃气调压器加速失效实验方法所用的实验装置，其特征在于上述循环压缩机的出、入口实验管路也可均连接被测燃气调压器的出口，使被测调压器与循环压缩机的出口实验管路形成密闭的管路系统；被测燃气调压器的进、口用盲板密封。
4.一种根据权利要求2所述的燃气调压器加速失效所用的实验装置所用的实验方法的是将被测燃气调压器放置在实验装置的恒温箱中，被测燃气调压器与循环压缩机的出、 入口实验管路连接，形成密闭的试验管路系统，在实验管路中注入实验用燃气介质，通过可编程控制器按预设的试验程序，驱动循环压缩机运行及进、出口电磁阀交替启停动作，控制实验回路的压力变化，使被测燃气调压器在预设的温度环境和试验介质的条件下，进行往复启闭的动作，直至达到设定的试验次数或失效，从而实现测试被测燃气调压器加速失效的试验目的。
5.根据权利要求2所述的燃气调压器加速失效实验方法所用的实验装置，其特征在于上述循环压缩机的扬程应不小于最大实验压力，排量应不小于满足实现系统压力变化波动要求的循环气量。
6.根据权利要求1或4所述的燃气调压器加速失效实验方法，其特征在于上述预设的温度环境中的温度范围是-40 V至+80 V。
全文摘要
一种燃气调压器加速失效实验方法，通过监控放置在预设的温度环境中的被测燃气调压器出口侧实验介质压力变化的方法，驱动被测燃气调压器按控制模式进行往复启闭动作，直至达到设定的试验次数或失效，从而实现测试被测燃气调压器加速失效的试验目的。控制模式采用两种其一是按照预设的固定时间间隔控制被测燃气调压器的启闭，其二是以满足最大和最小试验压力为条件，控制被测燃气调压器的启闭。本发明可以是基于固定循环往复试验次数，比较燃气调压器的静特性指标的衰减；也可以是基于设定指标界限，比较循环往复试验次数；根据实验数据和相关性研究，可实现对燃气调压器的运行可靠性及寿命预测进行评价。
文档编号G01M13/00GK103033350SQ20121049692
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者赵自军, 翟军, 严荣松, 陈浩, 岳明, 郝冉冉 申请人:中国市政工程华北设计研究总院