专利名称：金属管内压蠕变试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高温下由气压产生的压力试验装置，特别涉及一种可模拟火 电站锅炉管实际运行状态中蠕变行为的金属管内压蠕变试验装置。
背景技术：
无缝或有缝金属管及其管件是火力发电、核电、石油化工、航空航天等行业一大类 高温承压元件，金属材料在高温下产生蠕变变形或断裂是这些部件失效的主要方式之一。 在金属管材料选用、设计时需要知道其基本性能，特别是高温蠕变及持久性能；在部件服役 期间也需要取样进行高温蠕变及持久试验以更准确估计部件的剩余寿命。通常金属材料的高温蠕变或持久强度的测定是用标准的圆形横截面试样进行高 温单向拉伸蠕变或持久试验，而在实际使用条件下，高温下承受内压的金属管实际上受到 的是环向和轴向二维的应力，传统的拉伸蠕变与持久试验方法的结果与实际工况有一定差 距。因此，采用金属管在高温下直接承受内压进行内压蠕变试验可以更好地模拟金属管部 件实际应用中的应力状态，试验结果具有更强的指导意义。从上个世纪70年代起，国内火力发电行业的各研究院所、锅炉厂先后建立了一批 锅炉管内压蠕变试验机，对新锅炉管以及运行以后的锅炉管进行了大量的内压蠕变试验研 究，在保证火力发电机组的安全运行中发挥了重要作用。但是这些试验机均存在泄漏率高、 试验压力不稳定，温度控制精度差等严重影响试验结果的缺陷。同时由于系统承压能力过 低，在进行一些强度较高的金属管材的试验时无法达到所需的压力，在试验系统的安全设 计等方面也不够完善。目前这些试验机已基本全部淘汰。
发明内容本实用新型的目的是设计一种低泄漏率、承压能力高、试验压力和温度精确可控 同时试样可灵活拆卸、安全可靠的金属管内压蠕变试验装置，该试验装置压力最高可达 200MPa，试验温度最高可达1000°C。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是包括加压单元、加热单元和试 样，所说的试样设置在加热单元内并与加压单元相连；所说的加压单元包括气瓶组以及与气瓶组相连通的超高压气泵，超高压气泵的出 口管路上依次连接有高压压力表和单向阀，单向阀的出口管路上并连有两组或两组以上的 高压截止阀；高压截止阀的出口均与设置在加温单元内的试样相连通；所述的加温单元包括支撑架以及通过弹簧安装在支撑架上的管式电加热炉，所述 的试样设置在管式电加热炉内，且在试样表面附近还安装有热电偶，温度控制柜分别与热 电偶和管式电加热炉相连接。本实用新型的气瓶组与超高压气泵之间的管路上还依次连接有过滤器、进气截止 阀和进气压力表；[0011]超高压气泵上安装有电控器，且在超高压气泵的进出口管路上分别设置压力传感 器；超高压气泵与单向阀之间的管路还依次设置有高压缓冲管组和安全头；单向阀与高压截止阀之间的管路上还设置有微型进给阀和卸荷阀；高压截止阀与试样之间的管路上还设置有卸荷阀、高压压力表和弹簧管路；管式 电加热炉内设有减缓试样破坏对设备冲击的耐热钢管；试样包括管样以及设置在管样两端的上封头、下封头，且在上封头上还设置有与 管样相连通的压力注入管，该压力注入管与压力单元相连，所说的压力注入管与上、下封头 选择与管样强度相等或更高的材料；管样内填充实心金属芯棒，芯棒与管样的管壁之间的间隙为l_5mm，且在该间隙之 间填充高温下性质稳定的细小石英砂或钢珠固体颗粒；管式电加热炉采用多段加热控温，且管式电加热炉18均温区应不小于内管样计 算长度的1. 2倍，所说的计算长度Lj = ，其中队为管样的初始外径，L0为管样的初 始长度。本实用新型的加压单元与加温单元之间相互独立，互不干扰，整个试验是加压单 元终端和加温单元终端在试样表面附近的耦合，将达到试验温度后的试样加压至所要求的 试验压力并保持稳定得到金属管内压蠕变的试验结果。
下面通过实施例和附图对本实用新型进一步加以说明。图1是本实用新型的整体结构示意图；图2是本实用新型试样20的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型包括加压单元、加热单元和试样，加压单元包括气瓶组1以 及与气瓶组1相连通的超高压气泵5，气瓶组1与超高压气泵5之间的管路上还依次连接 有过滤器2、进气截止阀3和进气压力表4，超高压气泵5上安装有电控器7，且在超高压气 泵的进出口管路上分别设置压力传感器6，超高压气泵5的出口管路上依次连接有高压缓 冲管组8、安全头9、高压压力表10和单向阀11，单向阀11的出口管路上设置有微型进给 阀12、卸荷阀13以及并连的两组高压截止阀14，高压截止阀14的出口管路上均与设置在 加温单元内的试样20相连通；高压截止阀14与试样20之间的管路上还设置有卸荷阀13、 高压压力表10和弹簧管路15 ；所述的加温单元包括支撑架17以及通过弹簧16安装在支撑架17上的管式电加 热炉18，所述的试样20设置在管式电加热炉18内，且在试样20上还安装有热电偶19，温 度控制柜21分别与热电偶19和管式电加热炉18相连接，且在管式电加热炉18内设有减 缓试样破坏对设备冲击的耐热钢管。其中加压单元的详细的实施方式为气瓶组1中的加压介质通过过滤器2、进气截 止阀3，由超高压气泵5进行升压，经单向阀11和微型进给阀12可分别输入到每一试验的 压力回路。进气压力表4和高压压力表10分别对升压前后的压力进行测量，超高压气泵5的动作由压力传感器6和电控器7控制，超高压气泵达到设定压力时自动停机，低于设定压 力时自动补偿；管路中增设高压缓冲管组8可以提高加压单元的压力稳定性；管路中增设安全头9可保证管路超压时的安全；在每一单独试验压力回路上设有高压截止阀14、高压压力表10和卸荷阀13，可以 保证每一试验回路独立设定试验压力、开始或终止内压蠕变试验。在压力管路与试验试样20的连接部分采用具有弹簧结构的管路_弹簧管路15连 接，这种连接具有一定的柔性，便于试样安装和位置调整。选择合适的管路元件和超高压气泵可实现不同的最高试验压力等级，本实用新型 选择200MPa级别的管路元件和380MPa级别的超高压气泵，最高的试验压力可达到200MPa。参见图2，本实用新型的试样20包括管样25以及设置在管样25两端的上封头23、 下封头27，且在上封头23上还设置有与管样25相连通的压力注入管22，该压力注入管22 与压力单元相连，所说的压力注入管22与上、下封头23、27选择与管样20强度相等或更高 的材料，管样25内填充实心金属芯棒24，芯棒24与管样25的管壁之间的间隙为l_5mm，且 在该间隙之间填充高温下性质稳定的细小石英砂或钢珠固体颗粒26。为了保证有足够的均温区长度，本实用新型的管式电加热炉18采用多段加热控 温，且管式电加热炉18均温区应不小于内管样25计算长度的1. 2倍，所说的计算长度Lj =，其中队为管样25的初始外径，L0为管样25的初始长度。试验区域的温度偏差 控制在士3°C内。本实施例中管式电加热炉的最高使用温度可达到1000°C。加压用气体采用氩气、氮气、空气和经过处理的水蒸汽等在试验条件下对系统不 会产生非预期腐蚀的介质。加压单元通过气体介质对试样施加所需的压力，加温单元将试 样加热到所需的试验温度。实施例中管样的温度可控制在士3°C以内，压力示值降低1. 0% 或IMPa的时间不短于240小时。目前，在650°C下的连续试验时间已经超过12000小时。
权利要求一种金属管内压蠕变试验装置，包括加压单元、加热单元和试样，其特征在于所说的试样设置在加热单元内并与加压单元相连；所说的加压单元包括气瓶组(1)以及与气瓶组(1)相连通的超高压气泵(5)，超高压气泵(5)的出口管路上依次连接有高压压力表(10)和单向阀(11)，单向阀(11)的出口管路上并连有两组或两组以上的高压截止阀(14)；高压截止阀(14)的出口均与设置在加温单元内的试样(20)相连通；所述的加温单元包括支撑架(17)以及通过弹簧(16)安装在支撑架(17)上的管式电加热炉(18)，所述的试样(20)设置在管式电加热炉(18)内，且在试样(20)上还安装有热电偶(19)，温度控制柜(21)分别与热电偶(19)和管式电加热炉(18)相连接。
2.根据权利要求1所述的金属管内压蠕变试验装置，其特征在于所说的气瓶组(1)与超高压气泵(5)之间的管路上还依次连接有过滤器(2)、进气截止阀(3)和进气压力表 ⑷。
3.根据权利要求1所述的金属管内压蠕变试验装置，其特征在于所说的超高压气泵 (5)上安装有电控器(7)，且在超高压气泵的进出口管路上分别设置压力传感器(6)。
4.根据权利要求1所述的金属管内压蠕变试验装置，其特征在于所说的超高压气泵 (5)与单向阀(11)之间的管路还依次设置有高压缓冲管组(8)和安全头(9)。
5.根据权利要求1所述的金属管内压蠕变试验装置，其特征在于所说的单向阀(11) 与高压截止阀(14)之间的管路上还设置有微型进给阀(12)和卸荷阀(13)。
6.根据权利要求1所述的金属管内压蠕变试验装置，其特征在于所说的高压截止阀 (14)与试样(20)之间的管路上还设置有卸荷阀(13)、高压压力表(10)和弹簧管路(15)。
7.根据权利要求1所述的金属管内压蠕变试验装置，其特征在于所说的管式电加热 炉(18)内设有减缓试样破坏对设备冲击的耐热钢管。
8.根据权利要求1所述的金属管内压蠕变试验装置，其特征在于所说的试样(20)包 括管样(25)以及设置在管样(25)两端的上封头(23)、下封头(27)，且在上封头(23)上还 设置有与管样(25)相连通的压力注入管(22)，该压力注入管(22)与压力单元相连，所说的 压力注入管(22)与上、下封头(23、27)选择与管样(20)强度相等或更高的材料。
9.根据权利要求8所述的金属管内压蠕变试验装置，其特征在于所说的管样(25)内 填充实心金属芯棒(24)，芯棒(24)与管样(25)的管壁之间的间隙为l_5mm，且在该间隙之 间填充高温下性质稳定的细小石英砂或钢珠固体颗粒(26)。
10.根据权利要求1或8所述的金属管内压蠕变试验装置，其特征在于所说的管式电 加热炉(18)采用多段加热控温，且管式电加热炉(18)均温区应不小于内管样(25)计算长 度的1. 2倍，所说的计算长度Lj = L0-2D0，其中D0为管样(25)的初始外径，k为管样(25) 的初始长度。
专利摘要一种金属管内压蠕变试验装置，包括加压单元、加热单元和试样，所说的加压单元包括气瓶组以及与气瓶组相连通的超高压气泵，超高压气泵的出口管路上依次连接有高压压力表和单向阀，单向阀的出口管路上并连有两组或两组以上的高压截止阀；高压截止阀的出口均与设置在加温单元内的试样相连通；所述的加温单元包括支撑架以及通过弹簧安装在支撑架上的管式电加热炉，所述的试样设置在管式电加热炉内，且在试样表面附近还安装有热电偶，温度控制柜分别与热电偶和管式电加热炉相连接。该试验装置具有低泄漏率，承压能力高，试验压力和温度精确可控，试样可灵活拆卸，安全可靠，系统试验压力最高可达200MPa，试验温度最高可达1000℃。
文档编号G01N3/12GK201583455SQ20092027487
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者于在松, 党小亮, 刘玉民, 刘雪锋, 周荣灿, 唐丽英, 张红军, 郭岩 申请人:西安热工研究院有限公司