本發(fā)明涉及低溫爆破技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及低溫爆破試驗裝置。

背景技術(shù)：

由于受LNG等工業(yè)發(fā)展的拉動，超低溫設(shè)備的市場需求逐年增加，超低溫環(huán)境下金屬性能的研究也越來越受關(guān)注，超低溫爆破試驗裝置的用途是在超低溫環(huán)境下向試件內(nèi)部不斷增壓，直至試件無法承受內(nèi)部高壓而發(fā)生爆破，記錄整個試驗過程的壓力變化情況，并在試驗后分析破口處裂紋情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單并且可以有效研究金屬材料及金屬構(gòu)件在超低溫環(huán)境下的承壓能力及失效機理的低溫爆破試驗裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

包括低溫系統(tǒng)，提供試驗所需求的超低溫環(huán)境，所述低溫系統(tǒng)包括冷媒、低溫管道和低溫爆破箱；

壓力系統(tǒng)，在超低溫環(huán)境下對試件內(nèi)部進行增壓，所述壓力系統(tǒng)包括試驗介質(zhì)、增壓設(shè)備和壓力管道；

測控系統(tǒng)，監(jiān)控整個試驗過程所需的試驗數(shù)據(jù)，所述測控系統(tǒng)包括PLC控制器、數(shù)據(jù)處理器和數(shù)據(jù)采集器。

優(yōu)選地，所述低溫管道采用真空杜瓦瓶，用于儲存和供應(yīng)低溫液態(tài)氣體。

優(yōu)選地，所述真空杜瓦瓶的內(nèi)、外膽均由薄壁不銹鋼材料制成。

優(yōu)選地，所述低溫管道還連接有一低溫電磁閥，可遠程控制液氮的輸送。

優(yōu)選地，所述低溫爆破箱采用雙層保溫結(jié)構(gòu)和膨脹泡沫絕熱結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述低溫爆破箱內(nèi)外壁和底部在發(fā)泡層內(nèi)采用槽鋼加強筋強化，并加有環(huán)氧棒支撐，可以有效進行減震和絕熱。

優(yōu)選地，所述試驗介質(zhì)為氦氣或氮氣，試驗溫區(qū)在氦氣臨界溫度以上，氦氣不會在試驗溫度區(qū)發(fā)生液化現(xiàn)象，當(dāng)試驗溫度高于-130℃時，氮氣不會液化。

優(yōu)選地，所述增壓設(shè)備為氣體增壓泵，并與試件連接。

本發(fā)明具有以下有益效果：可以有效研究金屬材料及金屬構(gòu)件在超低溫環(huán)境下的承壓能力及失效機理，通過在超低溫環(huán)境下向試件內(nèi)部不斷增壓，直至試件無法承受內(nèi)部高壓而發(fā)生爆破，并且可以記錄整個試驗過程的壓力變化情況，在試驗后分析破口處裂紋情況。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作優(yōu)選的說明：

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明測控系統(tǒng)原理示意圖；

圖3為本發(fā)明電磁閥控制原理圖。

圖中標(biāo)記為:1、交互界面區(qū)；2、測控設(shè)備區(qū)；3、增加設(shè)備區(qū)；4、高壓管道；5、杜瓦瓶；6、低溫管道；7、低溫電磁閥1；8、低溫電磁閥2；9、低溫電磁閥3；10、噴淋管；11、試件；12、內(nèi)膽；13、結(jié)構(gòu)加強區(qū)；14、絕熱防護區(qū)；15、外膽；16、沙土緩沖區(qū)；17、地基。

具體實施方式

如圖1、2、3所示，為本發(fā)明低溫爆破試驗裝置，包括:

低溫系統(tǒng)，提供試驗所需求的超低溫環(huán)境，所述低溫系統(tǒng)包括冷媒、低溫管道9和低溫爆破箱；

冷媒的選取，由于試驗要求溫度在-50℃～-196℃，而-196℃為常壓下液氮溫度，所以針對-196℃的溫度位可以直接采用液氮浸漬的方式。但對于-50℃～-196℃的中間溫度位，可以采取以下三種方式獲取，列出圖表進行比較:

經(jīng)過對比，對于-50℃～-196℃的中間溫度位的試驗，采用液氮噴淋調(diào)溫方式，采用噴淋管10。

低溫管道9采用真空杜瓦瓶5，用薄壁不銹鋼作為真空杜瓦瓶5的內(nèi)12、外膽15材料，采用多層絕熱工藝，用6μm鋁箔作為輻射反射屏，用含碳玻璃纖維紙作為間隔材料，真空度可為10-4Pa。低溫管道6配置低溫電磁閥6、7、8實現(xiàn)遠程控制液氮的輸送，如圖3所示，

對充:開電磁閥3、4

增壓:開電磁閥1、2、3、4

卸壓:開電磁閥4、5

氣控閥1為輕載型，氣控閥2、3為重載型。

低溫爆破箱將采用雙層保溫結(jié)構(gòu)，采取膨脹泡沫絕熱方式，內(nèi)、外腔填充A、B雙組分聚合物高保溫材料，由于內(nèi)、外壁之間的傳熱方式主要是“熱傳導(dǎo)”，因此，其間的加強筋要設(shè)置“熱傳斷橋”，防止隨筋板產(chǎn)生的“熱傳導(dǎo)”。箱體設(shè)計為整體框架式承重結(jié)構(gòu)，低溫接觸部分不銹鋼材料，內(nèi)外壁和底部在發(fā)泡層內(nèi)采用槽鋼加強筋強化，并加有環(huán)氧棒支撐，進行減震和絕熱。整個低溫槽框架采用焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)要具有漏熱小、耐沖擊、減震性能好等特點以保證試驗的經(jīng)濟性和安全性。

低溫箱可以根據(jù)試件11尺寸設(shè)計為大小不同的系列幾個尺寸，也可以根據(jù)最大尺寸試件設(shè)計一個大低溫箱，在大低溫箱里做小尺寸試件時，用發(fā)泡塊將低溫箱空余處填壓。

壓力系統(tǒng)負責(zé)在超低溫環(huán)境下對試件內(nèi)部進行增壓。主要由試驗介質(zhì)、增壓設(shè)備3、低溫管道6組成。

增壓方式的確定，在超低溫、高壓環(huán)境下選取合適的試驗介質(zhì)，將幾種增壓方式列表進行對比:

經(jīng)過以上對比，以氦氣作為試驗介質(zhì)，以氣驅(qū)泵作為增壓設(shè)備，使用外冷法對試件進行冷卻溫度控制調(diào)節(jié)，可以滿足試驗要求。氣體增壓泵選用HGD100,增壓比100：1，輸出壓力計算公式＝100倍驅(qū)動氣壓+氦氣入口壓力，氦氣最小入口壓力5MPa,即氦氣入口壓力不能小于5MPa，考慮充分利用氦氣瓶，前端再配一臺低壓泵如25：1的泵，氣瓶壓力可用至1MPa。最大輸出流量為96L/min。100:1氣驅(qū)泵和25:1氣驅(qū)泵串聯(lián)增壓。

當(dāng)試驗溫度高于-130℃時，氮氣不會液化，可以用氮氣作為試驗介質(zhì)。

測控系統(tǒng)2由PLC控制器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等部分組成。模擬量采集如下表：

由于增壓介質(zhì)為氦氣，爆破時屬于壓縮氣體容器爆炸，危險性大，必須對設(shè)備和人員進行安全防護。

假設(shè)試件A內(nèi)徑150mm，長度1000mm，試件B內(nèi)徑400mm，長度1500mm，在壓力為70MPa時爆炸，分別用Brode方程、等熵方程、等溫方程、熱力學(xué)有效性方程計算的壓縮氦氣物理爆炸能和TNT當(dāng)量如下表所示：

壓縮氣體容器物理爆炸是能量迅速釋放的過程，整個過程介于等溫爆炸和絕熱爆炸之間，因此采用熱力學(xué)有效性方程計算壓縮氣體的爆炸能較符合實際的熱力學(xué)過程。

埋入式或半埋入式地基17，地基17內(nèi)四周和底部設(shè)有沙土緩沖區(qū)16和吸能裝置，低溫爆破箱置于地基17內(nèi)，四周安置攝像頭監(jiān)視增壓過程，低溫爆破箱需具備結(jié)構(gòu)加強區(qū)13和絕熱防護區(qū)14，操作室安置在防爆墻后。

以上僅為本發(fā)明的具體實施例，但本發(fā)明的技術(shù)特征并不局限于此。任何以本發(fā)明為基礎(chǔ)，為解決基本相同的技術(shù)問題，實現(xiàn)基本相同的技術(shù)效果，所作出的簡單變化、等同替換或者修飾等，皆涵蓋于本發(fā)明的保護范圍之中。