專利名稱：一種大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置和試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疲勞試驗領(lǐng)域，具體方一種大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置和試驗方法，能夠滿足大型發(fā)電機組實際工況下母線構(gòu)件疲勞性能。
背景技術(shù)：
當(dāng)今中國已經(jīng)成為電網(wǎng)規(guī)模最大的國家，電力技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進步中國百萬千瓦超臨界火力發(fā)電機組代表當(dāng)今國際火力發(fā)電技術(shù)的最高水平；壓水堆核燃料元件制造實現(xiàn)了國產(chǎn)化，性能指標(biāo)達(dá)到世界同類水平；大型水輪發(fā)電機組的設(shè)計制造等關(guān)鍵技術(shù)獲得突破，進入了產(chǎn)業(yè)化階段，國產(chǎn)700兆瓦水輪發(fā)電機組達(dá)到國際先進水平；直流輸電、串聯(lián)電容補償、同桿并架等技術(shù)在電網(wǎng)工程中得到推廣應(yīng)用，等等；由于電力技術(shù)的發(fā)展，許多新材料被應(yīng)用發(fā)電機組上，但新材料能否應(yīng)用于實際的工況，符合實際工況的要求是一個難題。國際上公認(rèn)最準(zhǔn)確的試驗方法是對實物構(gòu)件進行疲勞實驗，對安全有較高要求的使役系統(tǒng)都有疲勞壽命的要求，但是目前對于母線外皮的試驗壽命預(yù)測方法多采用試樣取得S-N曲線，由S-N曲線對實際構(gòu)件的壽命進行預(yù)測。構(gòu)件試驗無法進行的原因主要有如下幾點試驗的大型波紋管構(gòu)件具體尺寸內(nèi)徑在1. 8米以上、外徑2. 5米以上、波紋高度約0. 4米左右，壁厚在0. 03-0. 05米左右，但是具體試驗測試能力卻只有100公斤左右，現(xiàn)有的試驗機最寬試驗空間在1. 5米，樣品無法裝夾到試驗機上，而試驗空間大的試驗機測量精度足以影響試驗導(dǎo)致試驗結(jié)果不準(zhǔn)確，費用高昂一個樣品要幾十萬元；試驗的構(gòu)件重量一般在300公斤以上，怎樣保證均勻的加載，沒有進行加載的夾具；母線構(gòu)件疲勞性能的測試，目前國際上并無一個標(biāo)準(zhǔn)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠滿足大型發(fā)電機組實際工況下母線構(gòu)件疲勞性能的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置和試驗方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的樣品無法裝夾到試驗機上，試驗結(jié)果不準(zhǔn)確等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置，該試驗裝置設(shè)有測力計、螺桿I、螺母I、十字梁I、螺桿II、螺母II、作動器、螺桿III、外固定片、波紋管、承力環(huán)、內(nèi)固定片、限位螺母 I、限位螺母II、螺桿IV、十字梁II，具體結(jié)構(gòu)如下在波紋管兩端的直口處內(nèi)側(cè)設(shè)置承力環(huán)，承力環(huán)的內(nèi)側(cè)分別通過內(nèi)固定片連接十字梁I、十字梁II，波紋管兩端的直口處外側(cè)設(shè)置外固定片，外固定片、波紋管、承力環(huán)和內(nèi)固定片通過螺桿III連接固定，位于波紋管內(nèi)側(cè)的兩個十字梁十字梁I和十字梁II平行上下設(shè)置，十字梁I或十字梁II與內(nèi)固定片焊接，形成十字頭夾具；十字梁I和十字梁II 的中心分別穿設(shè)有螺桿I和螺桿IV，螺桿I的一端通過螺紋連接測力計，螺桿I于上部的十字梁I兩側(cè)緊固安裝螺母I ；螺桿IV的一端通過螺紋連接作動器，螺桿IV于下部的十字梁 II兩側(cè)緊固安裝螺母II。
所述的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置，波紋管兩端的十字梁I和十字梁II之間連接有至少兩個螺桿II，螺桿II平行、均布。所述的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置，螺桿II于上部的十字梁I兩側(cè)緊固安裝限位螺母I，螺桿II于下部的十字梁II兩側(cè)安裝限位螺母II，限位螺母II與下部的十字梁II兩側(cè)之間留有3-5mm間隙。所述的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置，十字梁I和十字梁II為工字鋼。一種大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗方法，具體步驟如下(1)將波紋管構(gòu)件套在試驗機上，使試驗機位于波紋管構(gòu)件的空間；(2)將螺桿I穿過位于上部的十字梁I中心孔，螺桿I上的兩個螺母I于十字梁I 兩側(cè)連接固定，螺桿I的上端與測力計通過螺紋連接，通過螺桿III依次連接十字梁I端部焊接的內(nèi)固定片、承力環(huán)、波紋管、外固定片，使上部的十字梁I與波紋管連接固定；(3)將螺桿IV穿過位于下部的十字梁II中心孔，螺桿IV上的兩個螺母II于十字梁II兩側(cè)連接固定，螺母II調(diào)節(jié)到試驗的控制位置；螺桿IV的下端與疲勞試驗機的作動器通過螺紋連接；通過螺桿依次連接位于下部的十字梁II端部焊接的內(nèi)固定片、承力環(huán)、 波紋管、外固定片，使下部的十字梁II與波紋管連接固定；(4)將十字梁I和十字梁II之間連接至少兩個螺桿II，螺桿II平行、均布；將螺桿II于上部的十字梁I兩側(cè)緊固安裝限位螺母I，螺桿II于下部的十字梁II兩側(cè)安裝限位螺母II，限位螺母II與下部的十字梁II兩側(cè)之間留有3-5mm間隙；(5)啟動疲勞試驗機的作動器，設(shè)定加載速率和加載幅度進行疲勞試驗加載。所述的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗方法，在波紋管構(gòu)件上下分別根據(jù)構(gòu)件不同選取不同厚度的承力環(huán)作為支架，與波紋管構(gòu)件進行鉆孔連接保證連接位置至少八處，每處對稱安排四套螺母、螺栓鎖緊。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明將由S-N曲線對實際構(gòu)件的壽命進行預(yù)測的試驗方法改為實際構(gòu)件的工況測試，由過去的預(yù)測變成本方法實際壽命，提高了測試結(jié)果的可信度，測試結(jié)果能得到國家同行的認(rèn)可。取得S-N曲線需要加工沈個左右的樣品，試驗時間最快也要45天，加工和試驗費用在15萬人民幣左右；本發(fā)明試驗方法只需要一個實際的構(gòu)件，實驗可以在1天內(nèi)完成，經(jīng)濟效益顯著。2、本發(fā)明采用試驗機放入構(gòu)件的空間，十字頭夾具設(shè)有上下兩組十字梁，在波紋管構(gòu)件上下分別根據(jù)構(gòu)件不同選取不同厚度的鋼圈支架，與構(gòu)件進行鉆孔連接保證連接位置至少8處，每處對稱安排四套螺母、螺桿鎖緊；十字梁根據(jù)構(gòu)件不同選取不同厚度尺寸的工字鋼，中間位置連接試驗機夾具，兩端位置連接加載鋼圈，即保證了強度又方便安裝。為保證均勻加載的定位裝置，在每組對應(yīng)的十字梁夾具工字鋼的末端相同位置鉆孔，上部用兩個螺母固定長螺桿，下部將兩螺母調(diào)節(jié)到試驗的控制位置，可以保證均勻的加載。


圖1為本發(fā)明大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置示意圖。圖中，1測力計；2螺桿I ；3螺母I ；4十字梁I ；5螺桿II ；6螺母II ；7作動器；8 螺桿III ；9外固定片；10波紋管；11承力環(huán)(鋼圈)；12內(nèi)固定片；13限位螺母I ;14限位螺母II ;15螺桿IV ；16十字梁II。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置主要包括測力計1、螺桿I 2、螺母I 3、十字梁I 4、螺桿115、螺母116、作動器7、螺桿1118、外固定片9、波紋管(鋁合金)10、承力環(huán)(鋼圈)11、內(nèi)固定片12、限位螺母I 13、限位螺母1114、螺桿IV15、十字梁 1116等，具體結(jié)構(gòu)如下在波紋管10兩端的直口處內(nèi)側(cè)設(shè)置承力環(huán)11，承力環(huán)11的內(nèi)側(cè)分別通過內(nèi)固定片12連接十字梁I 4、十字梁1116，波紋管10兩端的直口處外側(cè)設(shè)置外固定片9，外固定片9、波紋管10、承力環(huán)11和內(nèi)固定片12通過螺桿III8連接固定，位于波紋管10內(nèi)側(cè)的兩個十字梁十字梁I 4和十字梁1116平行上下設(shè)置，十字梁I 4或十字梁1116與內(nèi)固定片12焊接，形成十字頭夾具。十字梁I 4和十字梁1116的中心分別穿設(shè)有螺桿I 2和螺桿IV15，螺桿I 2的一端通過螺紋連接測力計1，螺桿I 2于上部的十字梁I 4兩側(cè)緊固安裝螺母I 3 ；螺桿IV15的一端通過螺紋連接作動器7，螺桿IV15于下部的十字梁1116兩側(cè)緊固安裝螺母116。本實施例中，波紋管10兩端的十字梁I 4和十字梁1116之間連接有螺桿115，螺桿115為四個平行、對稱設(shè)置。螺桿115于上部的十字梁I 4兩側(cè)緊固安裝限位螺母I 13， 螺桿Π5于下部的十字梁1116兩側(cè)安裝限位螺母1114，限位螺母1114與下部的十字梁 1116兩側(cè)之間留有間隙(3-5mm)。本實施例中，波紋管的牌號可以為ZL102。本實施例中，十字梁I 4和十字梁1116可以為工字鋼。本實施例中，大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗方法具體如下(1)采用INSTR0N 8801橫梁可升降疲勞試驗機，將波紋管10構(gòu)件套在試驗機上， 使試驗機位于波紋管10構(gòu)件的空間；(2)將螺桿I 2穿過位于上部的十字梁I 4中心孔，螺桿I 2上的兩個螺母I 3于十字梁I 4兩側(cè)連接固定，螺桿I 2的上端與測力計1通過螺紋連接，通過螺桿III8依次連接十字梁I 4端部焊接的內(nèi)固定片12、承力環(huán)11、波紋管10、外固定片9，使上部的十字梁I 4與波紋管10連接固定；(3)將螺桿IV15穿過位于下部的十字梁1116中心孔，螺桿IV15上的兩個螺母116 于十字梁Π16兩側(cè)連接固定，螺母116調(diào)節(jié)到試驗的控制位置；螺桿IV15的下端與疲勞試驗機的作動器7通過螺紋連接；與位于上部的十字梁I 4相同，通過螺桿依次連接位于下部的十字梁II端部焊接的內(nèi)固定片、承力環(huán)、波紋管、外固定片，使下部的十字梁1116與波紋管10連接固定；(4)將十字梁I 4和十字梁1116之間連接螺桿115，螺桿115為四個平行、對稱設(shè)置；將螺桿115于上部的十字梁I 4兩側(cè)緊固安裝限位螺母I 13，螺桿115于下部的十字梁Π16兩側(cè)安裝限位螺母1114，限位螺母1114與下部的十字梁1116兩側(cè)之間留有間隙 (3_5mm)。(5)啟動疲勞試驗機的作動器7，設(shè)定加載速率和加載幅度進行疲勞試驗加載。本實施例中，在波紋管10構(gòu)件上下分別根據(jù)構(gòu)件不同選取不同厚度的承力環(huán)11 (鋼圈)作為支架，與波紋管10構(gòu)件進行鉆孔連接保證連接位置至少八處，每處對稱安排四套螺母、螺栓鎖緊；十字梁根據(jù)波紋管10構(gòu)件不同，選取不同厚度尺寸的工字鋼，十字梁的中間位置連接試驗機夾具，十字梁的兩端位置連接承力環(huán)11 (鋼圈)，即保證了強度又方便安裝。由試驗結(jié)果形成試驗數(shù)據(jù)和報告，本實施例的試驗數(shù)據(jù)如下例如，對某大型構(gòu)件的疲勞試驗，位移加載幅度10. 5mm，要求記錄位移對應(yīng)力的數(shù)
據(jù)曲線，實驗后目視檢查構(gòu)件表面有無明顯裂紋。
權(quán)利要求
1.一種大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置，其特征在于該試驗裝置設(shè)有測力計、螺桿 I、螺母I、十字梁I、螺桿II、螺母II、作動器、螺桿III、外固定片、波紋管、承力環(huán)、內(nèi)固定片、限位螺母I、限位螺母II、螺桿IV、十字梁II，具體結(jié)構(gòu)如下在波紋管兩端的直口處內(nèi)側(cè)設(shè)置承力環(huán)，承力環(huán)的內(nèi)側(cè)分別通過內(nèi)固定片連接十字梁 I、十字梁II，波紋管兩端的直口處外側(cè)設(shè)置外固定片，外固定片、波紋管、承力環(huán)和內(nèi)固定片通過螺桿III連接固定，位于波紋管內(nèi)側(cè)的兩個十字梁十字梁I和十字梁II平行上下設(shè)置，十字梁I或十字梁II與內(nèi)固定片焊接，形成十字頭夾具；十字梁I和十字梁II的中心分別穿設(shè)有螺桿I和螺桿IV，螺桿I的一端通過螺紋連接測力計，螺桿I于上部的十字梁 I兩側(cè)緊固安裝螺母I ；螺桿IV的一端通過螺紋連接作動器，螺桿IV于下部的十字梁II兩側(cè)緊固安裝螺母II。
2.按照權(quán)利要求1所述的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置，其特征在于波紋管兩端的十字梁I和十字梁II之間連接有至少兩個螺桿II，螺桿II平行、均布。
3.按照權(quán)利要求2所述的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置，其特征在于螺桿II于上部的十字梁I兩側(cè)緊固安裝限位螺母I，螺桿II于下部的十字梁II兩側(cè)安裝限位螺母II， 限位螺母II與下部的十字梁II兩側(cè)之間留有3-5mm間隙。
4.按照權(quán)利要求1所述的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置，其特征在于十字梁I和十字梁II為工字鋼。
5.一種利用權(quán)利要求1所述的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置的試驗方法，其特征在于，具體步驟如下(1)將波紋管構(gòu)件套在試驗機上，使試驗機位于波紋管構(gòu)件的空間；(2)將螺桿I穿過位于上部的十字梁I中心孔，螺桿I上的兩個螺母I于十字梁I兩側(cè)連接固定，螺桿I的上端與測力計通過螺紋連接，通過螺桿III依次連接十字梁I端部焊接的內(nèi)固定片、承力環(huán)、波紋管、外固定片，使上部的十字梁I與波紋管連接固定；(3)將螺桿IV穿過位于下部的十字梁II中心孔，螺桿IV上的兩個螺母II于十字梁II 兩側(cè)連接固定，螺母II調(diào)節(jié)到試驗的控制位置；螺桿IV的下端與疲勞試驗機的作動器通過螺紋連接；通過螺桿依次連接位于下部的十字梁II端部焊接的內(nèi)固定片、承力環(huán)、波紋管、 外固定片，使下部的十字梁II與波紋管連接固定；(4)將十字梁I和十字梁II之間連接至少兩個螺桿II，螺桿II平行、均布；將螺桿II 于上部的十字梁I兩側(cè)緊固安裝限位螺母I，螺桿II于下部的十字梁II兩側(cè)安裝限位螺母 II，限位螺母II與下部的十字梁II兩側(cè)之間留有3-5mm間隙；(5)啟動疲勞試驗機的作動器，設(shè)定加載速率和加載幅度進行疲勞試驗加載。
6.按照權(quán)利要求5所述的大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗方法，其特征在于，在波紋管構(gòu)件上下分別根據(jù)構(gòu)件不同選取不同厚度的承力環(huán)作為支架，與波紋管構(gòu)件進行鉆孔連接保證連接位置至少八處，每處對稱安排四套螺母、螺栓鎖緊。
全文摘要
本發(fā)明涉及疲勞試驗領(lǐng)域，具體方種大型波紋管構(gòu)件的疲勞試驗裝置和試驗方法，能夠滿足大型發(fā)電機組實際工況下母線構(gòu)件疲勞性能，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的樣品無法裝夾到試驗機上，試驗結(jié)果不準(zhǔn)確等問題。該試驗裝置設(shè)有測力計、螺桿I、螺母I、十字梁I、螺桿II、螺母II、作動器、螺桿III、外固定片、波紋管、承力環(huán)、內(nèi)固定片、限位螺母I、限位螺母II、螺桿IV、十字梁II，在波紋管構(gòu)件上下分別根據(jù)構(gòu)件不同選取不同厚度的承力環(huán)作為支架，與波紋管構(gòu)件進行鉆孔連接保證連接位置至少八處；十字梁根據(jù)波紋管構(gòu)件不同，選取不同厚度尺寸的工字鋼，十字梁的中間位置連接試驗機夾具，十字梁的兩端位置連接承力環(huán)，即保證了強度又方便安裝。
文檔編號G01N3/02GK102564842SQ20101059079
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者姚戈, 溫井龍, 譚軍 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所