專利名稱：金屬管內壓蠕變試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高溫下由氣壓產生的壓力試驗裝置，特別涉及一種可模擬火 電站鍋爐管實際運行狀態中蠕變行為的金屬管內壓蠕變試驗裝置。
背景技術：
無縫或有縫金屬管及其管件是火力發電、核電、石油化工、航空航天等行業一大類 高溫承壓元件，金屬材料在高溫下產生蠕變變形或斷裂是這些部件失效的主要方式之一。 在金屬管材料選用、設計時需要知道其基本性能，特別是高溫蠕變及持久性能；在部件服役 期間也需要取樣進行高溫蠕變及持久試驗以更準確估計部件的剩余壽命。通常金屬材料的高溫蠕變或持久強度的測定是用標準的圓形橫截面試樣進行高 溫單向拉伸蠕變或持久試驗，而在實際使用條件下，高溫下承受內壓的金屬管實際上受到 的是環向和軸向二維的應力，傳統的拉伸蠕變與持久試驗方法的結果與實際工況有一定差 距。因此，采用金屬管在高溫下直接承受內壓進行內壓蠕變試驗可以更好地模擬金屬管部 件實際應用中的應力狀態，試驗結果具有更強的指導意義。從上個世紀70年代起，國內火力發電行業的各研究院所、鍋爐廠先后建立了一批 鍋爐管內壓蠕變試驗機，對新鍋爐管以及運行以后的鍋爐管進行了大量的內壓蠕變試驗研 究，在保證火力發電機組的安全運行中發揮了重要作用。但是這些試驗機均存在泄漏率高、 試驗壓力不穩定，溫度控制精度差等嚴重影響試驗結果的缺陷。同時由于系統承壓能力過 低，在進行一些強度較高的金屬管材的試驗時無法達到所需的壓力，在試驗系統的安全設 計等方面也不夠完善。目前這些試驗機已基本全部淘汰。
發明內容本實用新型的目的是設計一種低泄漏率、承壓能力高、試驗壓力和溫度精確可控 同時試樣可靈活拆卸、安全可靠的金屬管內壓蠕變試驗裝置，該試驗裝置壓力最高可達 200MPa，試驗溫度最高可達1000°C。為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是包括加壓單元、加熱單元和試 樣，所說的試樣設置在加熱單元內并與加壓單元相連；所說的加壓單元包括氣瓶組以及與氣瓶組相連通的超高壓氣泵，超高壓氣泵的出 口管路上依次連接有高壓壓力表和單向閥，單向閥的出口管路上并連有兩組或兩組以上的 高壓截止閥；高壓截止閥的出口均與設置在加溫單元內的試樣相連通；所述的加溫單元包括支撐架以及通過彈簧安裝在支撐架上的管式電加熱爐，所述 的試樣設置在管式電加熱爐內，且在試樣表面附近還安裝有熱電偶，溫度控制柜分別與熱 電偶和管式電加熱爐相連接。本實用新型的氣瓶組與超高壓氣泵之間的管路上還依次連接有過濾器、進氣截止 閥和進氣壓力表；[0011]超高壓氣泵上安裝有電控器，且在超高壓氣泵的進出口管路上分別設置壓力傳感 器；超高壓氣泵與單向閥之間的管路還依次設置有高壓緩沖管組和安全頭；單向閥與高壓截止閥之間的管路上還設置有微型進給閥和卸荷閥；高壓截止閥與試樣之間的管路上還設置有卸荷閥、高壓壓力表和彈簧管路；管式 電加熱爐內設有減緩試樣破壞對設備沖擊的耐熱鋼管；試樣包括管樣以及設置在管樣兩端的上封頭、下封頭，且在上封頭上還設置有與 管樣相連通的壓力注入管，該壓力注入管與壓力單元相連，所說的壓力注入管與上、下封頭 選擇與管樣強度相等或更高的材料；管樣內填充實心金屬芯棒，芯棒與管樣的管壁之間的間隙為l_5mm，且在該間隙之 間填充高溫下性質穩定的細小石英砂或鋼珠固體顆粒；管式電加熱爐采用多段加熱控溫，且管式電加熱爐18均溫區應不小于內管樣計 算長度的1. 2倍，所說的計算長度Lj = ，其中隊為管樣的初始外徑，L0為管樣的初 始長度。本實用新型的加壓單元與加溫單元之間相互獨立，互不干擾，整個試驗是加壓單 元終端和加溫單元終端在試樣表面附近的耦合，將達到試驗溫度后的試樣加壓至所要求的 試驗壓力并保持穩定得到金屬管內壓蠕變的試驗結果。
下面通過實施例和附圖對本實用新型進一步加以說明。圖1是本實用新型的整體結構示意圖；圖2是本實用新型試樣20的結構示意圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型包括加壓單元、加熱單元和試樣，加壓單元包括氣瓶組1以 及與氣瓶組1相連通的超高壓氣泵5，氣瓶組1與超高壓氣泵5之間的管路上還依次連接 有過濾器2、進氣截止閥3和進氣壓力表4，超高壓氣泵5上安裝有電控器7，且在超高壓氣 泵的進出口管路上分別設置壓力傳感器6，超高壓氣泵5的出口管路上依次連接有高壓緩 沖管組8、安全頭9、高壓壓力表10和單向閥11，單向閥11的出口管路上設置有微型進給 閥12、卸荷閥13以及并連的兩組高壓截止閥14，高壓截止閥14的出口管路上均與設置在 加溫單元內的試樣20相連通；高壓截止閥14與試樣20之間的管路上還設置有卸荷閥13、 高壓壓力表10和彈簧管路15 ；所述的加溫單元包括支撐架17以及通過彈簧16安裝在支撐架17上的管式電加 熱爐18，所述的試樣20設置在管式電加熱爐18內，且在試樣20上還安裝有熱電偶19，溫 度控制柜21分別與熱電偶19和管式電加熱爐18相連接，且在管式電加熱爐18內設有減 緩試樣破壞對設備沖擊的耐熱鋼管。其中加壓單元的詳細的實施方式為氣瓶組1中的加壓介質通過過濾器2、進氣截 止閥3，由超高壓氣泵5進行升壓，經單向閥11和微型進給閥12可分別輸入到每一試驗的 壓力回路。進氣壓力表4和高壓壓力表10分別對升壓前后的壓力進行測量，超高壓氣泵5的動作由壓力傳感器6和電控器7控制，超高壓氣泵達到設定壓力時自動停機，低于設定壓 力時自動補償；管路中增設高壓緩沖管組8可以提高加壓單元的壓力穩定性；管路中增設安全頭9可保證管路超壓時的安全；在每一單獨試驗壓力回路上設有高壓截止閥14、高壓壓力表10和卸荷閥13，可以 保證每一試驗回路獨立設定試驗壓力、開始或終止內壓蠕變試驗。在壓力管路與試驗試樣20的連接部分采用具有彈簧結構的管路_彈簧管路15連 接，這種連接具有一定的柔性，便于試樣安裝和位置調整。選擇合適的管路元件和超高壓氣泵可實現不同的最高試驗壓力等級，本實用新型 選擇200MPa級別的管路元件和380MPa級別的超高壓氣泵，最高的試驗壓力可達到200MPa。參見圖2，本實用新型的試樣20包括管樣25以及設置在管樣25兩端的上封頭23、 下封頭27，且在上封頭23上還設置有與管樣25相連通的壓力注入管22，該壓力注入管22 與壓力單元相連，所說的壓力注入管22與上、下封頭23、27選擇與管樣20強度相等或更高 的材料，管樣25內填充實心金屬芯棒24，芯棒24與管樣25的管壁之間的間隙為l_5mm，且 在該間隙之間填充高溫下性質穩定的細小石英砂或鋼珠固體顆粒26。為了保證有足夠的均溫區長度，本實用新型的管式電加熱爐18采用多段加熱控 溫，且管式電加熱爐18均溫區應不小于內管樣25計算長度的1. 2倍，所說的計算長度Lj =，其中隊為管樣25的初始外徑，L0為管樣25的初始長度。試驗區域的溫度偏差 控制在士3°C內。本實施例中管式電加熱爐的最高使用溫度可達到1000°C。加壓用氣體采用氬氣、氮氣、空氣和經過處理的水蒸汽等在試驗條件下對系統不 會產生非預期腐蝕的介質。加壓單元通過氣體介質對試樣施加所需的壓力，加溫單元將試 樣加熱到所需的試驗溫度。實施例中管樣的溫度可控制在士3°C以內，壓力示值降低1. 0% 或IMPa的時間不短于240小時。目前，在650°C下的連續試驗時間已經超過12000小時。
權利要求一種金屬管內壓蠕變試驗裝置，包括加壓單元、加熱單元和試樣，其特征在于所說的試樣設置在加熱單元內并與加壓單元相連；所說的加壓單元包括氣瓶組(1)以及與氣瓶組(1)相連通的超高壓氣泵(5)，超高壓氣泵(5)的出口管路上依次連接有高壓壓力表(10)和單向閥(11)，單向閥(11)的出口管路上并連有兩組或兩組以上的高壓截止閥(14)；高壓截止閥(14)的出口均與設置在加溫單元內的試樣(20)相連通；所述的加溫單元包括支撐架(17)以及通過彈簧(16)安裝在支撐架(17)上的管式電加熱爐(18)，所述的試樣(20)設置在管式電加熱爐(18)內，且在試樣(20)上還安裝有熱電偶(19)，溫度控制柜(21)分別與熱電偶(19)和管式電加熱爐(18)相連接。
2.根據權利要求1所述的金屬管內壓蠕變試驗裝置，其特征在于所說的氣瓶組(1)與超高壓氣泵(5)之間的管路上還依次連接有過濾器(2)、進氣截止閥(3)和進氣壓力表 ⑷。
3.根據權利要求1所述的金屬管內壓蠕變試驗裝置，其特征在于所說的超高壓氣泵 (5)上安裝有電控器(7)，且在超高壓氣泵的進出口管路上分別設置壓力傳感器(6)。
4.根據權利要求1所述的金屬管內壓蠕變試驗裝置，其特征在于所說的超高壓氣泵 (5)與單向閥(11)之間的管路還依次設置有高壓緩沖管組(8)和安全頭(9)。
5.根據權利要求1所述的金屬管內壓蠕變試驗裝置，其特征在于所說的單向閥(11) 與高壓截止閥(14)之間的管路上還設置有微型進給閥(12)和卸荷閥(13)。
6.根據權利要求1所述的金屬管內壓蠕變試驗裝置，其特征在于所說的高壓截止閥 (14)與試樣(20)之間的管路上還設置有卸荷閥(13)、高壓壓力表(10)和彈簧管路(15)。
7.根據權利要求1所述的金屬管內壓蠕變試驗裝置，其特征在于所說的管式電加熱 爐(18)內設有減緩試樣破壞對設備沖擊的耐熱鋼管。
8.根據權利要求1所述的金屬管內壓蠕變試驗裝置，其特征在于所說的試樣(20)包 括管樣(25)以及設置在管樣(25)兩端的上封頭(23)、下封頭(27)，且在上封頭(23)上還 設置有與管樣(25)相連通的壓力注入管(22)，該壓力注入管(22)與壓力單元相連，所說的 壓力注入管(22)與上、下封頭(23、27)選擇與管樣(20)強度相等或更高的材料。
9.根據權利要求8所述的金屬管內壓蠕變試驗裝置，其特征在于所說的管樣(25)內 填充實心金屬芯棒(24)，芯棒(24)與管樣(25)的管壁之間的間隙為l_5mm，且在該間隙之 間填充高溫下性質穩定的細小石英砂或鋼珠固體顆粒(26)。
10.根據權利要求1或8所述的金屬管內壓蠕變試驗裝置，其特征在于所說的管式電 加熱爐(18)采用多段加熱控溫，且管式電加熱爐(18)均溫區應不小于內管樣(25)計算長 度的1. 2倍，所說的計算長度Lj = L0-2D0，其中D0為管樣(25)的初始外徑，k為管樣(25) 的初始長度。
專利摘要一種金屬管內壓蠕變試驗裝置，包括加壓單元、加熱單元和試樣，所說的加壓單元包括氣瓶組以及與氣瓶組相連通的超高壓氣泵，超高壓氣泵的出口管路上依次連接有高壓壓力表和單向閥，單向閥的出口管路上并連有兩組或兩組以上的高壓截止閥；高壓截止閥的出口均與設置在加溫單元內的試樣相連通；所述的加溫單元包括支撐架以及通過彈簧安裝在支撐架上的管式電加熱爐，所述的試樣設置在管式電加熱爐內，且在試樣表面附近還安裝有熱電偶，溫度控制柜分別與熱電偶和管式電加熱爐相連接。該試驗裝置具有低泄漏率，承壓能力高，試驗壓力和溫度精確可控，試樣可靈活拆卸，安全可靠，系統試驗壓力最高可達200MPa，試驗溫度最高可達1000℃。
文檔編號G01N3/12GK201583455SQ20092027487
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者于在松, 黨小亮, 劉玉民, 劉雪鋒, 周榮燦, 唐麗英, 張紅軍, 郭巖 申請人:西安熱工研究院有限公司