專利名稱：一種燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法及所用的實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市燃氣領(lǐng)域，涉及一種燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法及實驗裝置。
背景技術(shù)：
燃氣調(diào)壓裝置是燃氣供應系統(tǒng)中的重要網(wǎng)絡(luò)中樞，是控制著城市輸配管網(wǎng)供氣安全的重要節(jié)點設(shè)備，調(diào)壓裝置失效后果較埋地管網(wǎng)局部破損事故導致的災害性更大。為此，人們除了加強維護保養(yǎng)外，更十分關(guān)注產(chǎn)品設(shè)備的安全可靠性預測研究，使用壽命預測是關(guān)注的焦點之一。所謂壽命預測，是通過使設(shè)備加速失效的試驗方法和相關(guān)性理論的研究，對設(shè)備安全運行的時間或失效預期，給予較為明確的判斷。當前，我國在燃氣調(diào)壓器壽命預測方面尚屬技術(shù)空白，雖然產(chǎn)品的各類相關(guān)標準中規(guī)定了一些試驗方法，用于判定產(chǎn)品的長期運行可靠性，但其實驗數(shù)據(jù)與實際運行的相關(guān)性太差，均不足以成為燃氣調(diào)壓設(shè)備整機的壽命預測依據(jù)，無法實現(xiàn)量化指標。與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀是I)耐久性試驗。該試驗方法在常溫下進行，用壓縮空氣作為工作介質(zhì)驅(qū)動燃氣調(diào)壓器進行往復啟閉的動作，按照標準進行一定的次數(shù)后停止試驗，比較燃氣調(diào)壓器實驗前后的靜特性指標，當變化在許可范圍內(nèi)則認定該燃氣調(diào)壓器的耐久性能合格。該試驗的技術(shù)缺陷在于對燃氣調(diào)壓器的執(zhí)行機構(gòu)在常溫下運行的機械傳動可靠性進行了考核，但不足以表征燃氣調(diào)壓器在不同燃氣介質(zhì)和不同極端運行溫度下的實際運行可靠性。工程實踐也充分證明該實驗數(shù)據(jù)與實際運行存在一定的相關(guān)性聯(lián)系，但作為壽命預測的實驗依據(jù)相關(guān)度較差。2)耐燃氣試驗。該試驗方法在常溫下進行，選取燃氣調(diào)壓器的皮膜試片浸泡在規(guī)定的試驗介質(zhì)溶劑中若干小時，然后比較實驗前后的重量和體積變化率，當變化率在規(guī)定較小范圍內(nèi)認定為合格。該試驗的技術(shù)缺陷在于該試驗以燃氣調(diào)壓器運行安全的薄弱部件進行了靜態(tài)的耐燃氣介質(zhì)腐蝕加速老化試驗，但不足以表征該非金屬部件在承受運行壓力工況的應力狀下和不同極端運行溫度下的實際運行可靠性，更無法表征燃氣調(diào)壓設(shè)備整機的運行可靠性。工程實踐證明，該試驗方法還存在著明顯瑕疵，這就是將同一批次產(chǎn)品的新品和已使用過一段時間的舊品進行耐燃氣試驗比對，結(jié)果已使用過的試片較新品的重量和體積變化率更能符合標準規(guī)定，進一步表明了用耐燃氣試驗的重量變化率和體積變化率數(shù)據(jù)作為壽命預測的不可靠性。3)熱空氣老化試驗。該試驗將燃氣調(diào)壓設(shè)備中的非金屬部件試件置于恒溫箱中，分別在不同溫度的熱空氣環(huán)境下靜置若干小時后取出，比較實驗前后試件的拉伸強度或壓縮變形指標的變化，該方法是行業(yè)廣泛采用的分析橡膠材料老化性能和預測壽命的技術(shù)方法。早在十幾年前，我們依據(jù)此方法對燃氣設(shè)備的橡膠密封性能和使用壽命進行過實驗和預測，但實踐表明這種方法與實際使用效果仍存在較大差距。主要缺陷在于燃氣設(shè)備的橡膠密封件并非在如試驗的含氧環(huán)境下運行，因此橡膠的熱氧老化特征不足以表征燃氣設(shè)備的老化衰變特性。當然，有關(guān)行業(yè)標準中也提出過熱介質(zhì)老化試驗方法，但其缺陷仍在于僅能夠表征燃氣設(shè)備某非金屬部件材料的靜態(tài)耐腐蝕老化性能，仍不足以說明該零件在運行工況下的可靠壽命，更不可能說明整體設(shè)備安全可靠運行的使用壽命。隨著廣業(yè)科技水平的提聞和對安全防范意識的提聞，科技人員正在從事故后處理、事故診斷向事故預警、壽命預測方向發(fā)展，基于實態(tài)運行仿真的加速老化、加速失效實驗的壽命預測技術(shù)正在成為行業(yè)的關(guān)注焦點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于順應行業(yè)科技發(fā)展的迫切需求，克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種燃氣調(diào)壓器壽命預測實驗方法及實驗裝置，該方法及裝置基于實態(tài)運行仿真的思想，集成運行環(huán)境加速老化、機械耐久試驗、燃氣介質(zhì)腐蝕加速老化等試驗方法，對燃氣調(diào)壓器整機進行耐用性實驗，實現(xiàn)為壽命預測提供更貼近生產(chǎn)實際的技術(shù)參數(shù)的目標。一種燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法，其特征在于通過監(jiān)控放置在預設(shè)的溫度環(huán)境中的被測燃氣調(diào)壓器出口側(cè)實驗介質(zhì)壓力變化的方法，驅(qū)動被測燃氣調(diào)壓器按控制模式進行往復啟閉動作，直至達到設(shè)定的試驗次數(shù)或失效，從而實現(xiàn)測試被測燃氣調(diào)壓器加速失效的試驗目的?？刂颇Ｊ讲捎脙煞N其一是按照預設(shè)的固定時間間隔控制被測燃氣調(diào)壓器的啟閉，其二是以滿足最大和最小試驗壓力為條件，控制被測燃氣調(diào)壓器的啟閉，壓力變化范圍是依據(jù)被側(cè)燃氣調(diào)壓器的調(diào)壓特性區(qū)間選定的試驗參數(shù)。上述燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法所用的實驗裝置，其特征在于包括恒溫箱、循環(huán)壓縮機、進、出口緩沖氣罐、實驗用燃氣介質(zhì)灌、進、出口電磁閥、進、出口節(jié)流閥、調(diào)壓器出口壓力變送器和可編程控制器；被測燃氣調(diào)壓器放置在恒溫箱內(nèi)，循環(huán)壓縮機的入口實驗管路與被測燃氣調(diào)壓器的出口連接，循環(huán)壓縮機的出口實驗管路與被測燃氣調(diào)壓器的進口連接，使被測調(diào)壓器與循環(huán)壓縮機的出口實驗管路形成密閉的管路系統(tǒng)；在循環(huán)壓縮機的出、入口實驗管路上分別安裝進、出緩沖罐、進、出口電磁閥和進、出口節(jié)流閥；在循環(huán)壓縮機入口管路上連通實驗用燃氣介質(zhì)氣罐，在循環(huán)壓縮機出口管路上連通被測燃氣調(diào)壓器出口壓力變送器；可編程控制器分別與電源、循環(huán)壓縮機、循環(huán)壓縮機的出、入口實驗管路上的進、出口電磁閥和測燃氣調(diào)壓器出口壓力變送器連接。上述循環(huán)壓縮機的出、入口實驗管路也可均連接被測燃氣調(diào)壓器的出口，使被測調(diào)壓器與循環(huán)壓縮機的出口實驗管路形成密閉的管路系統(tǒng)。被測燃氣調(diào)壓器的進口用盲板密封。利用上述燃氣調(diào)壓器加速失效實驗裝置所用的實驗方法的是將被測燃氣調(diào)壓器放置在實驗裝置的恒溫箱中，被測調(diào)壓器與循環(huán)壓縮機的出、入口實驗管路連接，形成密閉的試驗管路系統(tǒng)，在實驗管路中注入實驗用燃氣介質(zhì)，通過可編程控制器按預設(shè)的試驗程序，驅(qū)動循環(huán)壓縮機運行及進、出口電磁閥交替啟停動作，控制實驗回路的壓力變化，使被測燃氣調(diào)壓器在預設(shè)的溫度環(huán)境和試驗介質(zhì)的條件下，進行往復啟閉的動作，直至達到設(shè)定的試驗次數(shù)或失效，從而實現(xiàn)測試被測燃氣調(diào)壓器加速失效的試驗目的。上述循環(huán)壓縮機的揚程應不小于最大實驗壓力，排量應不小于滿足實現(xiàn)系統(tǒng)壓力變化波動要求的循環(huán)氣量。
上述預設(shè)的溫度環(huán)境中的溫度范圍是_40°C至+80°C。本發(fā)明的工作原理是通過被測燃氣調(diào)壓器在高低溫環(huán)境試驗的做法，強化環(huán)境的影響；通過采用實驗用燃氣介質(zhì)運行的方法，強化腐蝕影響；通過連續(xù)往復啟閉動作的方法，強化疲勞影響，從而實現(xiàn)模擬燃氣調(diào)壓器的實際運行狀況并強化不利條件，達到加速燃氣調(diào)壓器失效的基本實驗目標。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點和積極效果采用了包含機械耐久性試驗、耐燃氣試驗、熱空氣老化試驗、熱介質(zhì)老化試驗等加速失效技術(shù)思想的燃氣調(diào)壓器整機加速失效實驗方法及裝置，實驗數(shù)據(jù)與設(shè)備的實際運行效果的相關(guān)度更高。與常規(guī)的機械耐久性試驗相比，本方法強化了燃氣介質(zhì)腐蝕和環(huán)境溫度的影響因素；與常規(guī)的熱空氣老化實驗相比，本方法強化了整機實驗和燃氣介質(zhì)及運行壓力的影響因素；與熱介質(zhì)試驗和耐燃氣試驗相比，本方法保留了設(shè)備與大氣連通側(cè)氧老化和燃氣流動的影響因素，強化了動荷載的影響因素。依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方法及在實驗裝置完成的實驗數(shù)據(jù)，可以直接作為燃氣調(diào)壓器設(shè)備的耐用性的評價指標，也可作為使用壽命預測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。基于本發(fā)明技術(shù)方法及實驗裝置完成的實驗數(shù)據(jù)，進行的燃氣調(diào)壓設(shè)備的耐用性評價及壽命預測，與設(shè)備在工程實際中運行可靠性的相關(guān)度更高，大大優(yōu)于既有技術(shù)。


圖1是本發(fā)明實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。1-被測燃氣調(diào)壓器、2-恒溫箱、3-循環(huán)壓縮機、4-可編程控制器、5-進出口緩沖氣罐、6-工作電源、7-試驗用燃氣介質(zhì)氣罐、8-試驗用燃氣介質(zhì)注入口、9-進出口電磁閥、10-進出口節(jié)流閥、11-調(diào)壓器出口壓力變送器、12-實驗系統(tǒng)管道。
具體實施例方式按圖1所示的連接關(guān)系組成實驗裝置將循環(huán)壓縮機3進出口緩沖氣罐5、試驗用燃氣介質(zhì)氣罐7、試驗用燃氣介質(zhì)注入口 8、進出口電磁閥9、進出口節(jié)流閥10、調(diào)壓器出口壓力變送器11等部件用金屬實驗系統(tǒng)管道12連接；將進出口電磁閥9、調(diào)壓器出口壓力變送器11、循環(huán)壓縮機3及恒溫箱2的控制電路與可編程控制器4的連接；將工作電源6與可編程控制器4及循環(huán)壓縮機3、恒溫箱2連接。根據(jù)已經(jīng)完成靜特性試驗的被測燃氣調(diào)壓器I的關(guān)閉壓力等級和穩(wěn)壓精度參數(shù)，確定本發(fā)明實驗裝置運行的控制參數(shù)并按試驗要求選擇實驗裝置運行的控制模式，即完成了實驗裝置的搭建和實驗準備。本實驗裝置可以運行不同的試驗用燃氣介質(zhì)，試驗用燃氣介質(zhì)按被測燃氣調(diào)壓器預期實際運行燃氣或介質(zhì)腐蝕性更強的試驗氣體確定，基準試驗氣為商業(yè)甲烷、商業(yè)異丁燒、工業(yè)氫氣。利用上述燃氣調(diào)壓器加速失效實驗裝置所用的實驗方法的是具體實驗方案1:I)將被測燃氣調(diào)壓器I固定在恒溫箱2中；2)將被測燃氣調(diào)壓器進口用盲板密封，用金屬軟管將被測燃氣調(diào)壓器的出口同時與實驗裝置的實驗系統(tǒng)管道12的進出口連接；3)用真空泵對試驗管道系統(tǒng)抽真空，并檢查氣密性；4)氣密性檢查合格后，開啟試驗用燃氣介質(zhì)氣罐7，通過試驗用燃氣介質(zhì)注入口 8向試驗系統(tǒng)中注入試驗介質(zhì)，當系統(tǒng)壓力達到最大實驗壓力時，關(guān)閉試驗用燃氣介質(zhì)注入口 8的閥門，停止充氣。5)啟動恒溫箱2運行，使溫度達到預先設(shè)置的試驗溫度并穩(wěn)定一段時間；6)開啟循環(huán)壓縮機，啟動可編程控制器4，進、出口電磁閥9均處于開啟狀態(tài)；7)通過壓力變送器11監(jiān)測被測燃氣調(diào)壓器的出口壓力變化，按當監(jiān)測壓力分別處于最大和最小設(shè)定值時交替啟閉進出口電磁閥9的模式運行；8)調(diào)節(jié)進出口節(jié)流閥10，可改變進出口電磁閥9交替啟閉的頻率，用于控制整個實驗的周期；9)實驗裝置可自動記錄進出口電磁閥9啟閉的次數(shù)，直至達到預定的總次數(shù)，實驗裝置自動停止實驗。10)在實驗過程中，出現(xiàn)監(jiān)測壓力異常時，系統(tǒng)亦能自動停止試驗；11)取出被測燃氣調(diào)壓器，重新進行靜特性測試，并記錄數(shù)據(jù)。具體實驗方案2 I)將被測燃氣調(diào)壓器I固定在恒溫箱2中；2)將被測燃氣調(diào)壓器進出口用金屬軟管與實驗裝置的實驗系統(tǒng)管道12進出口分別連接；3)用真空泵對試驗管道系統(tǒng)抽真空，并檢查氣密性；4)氣密性檢查合格后，開啟試驗用燃氣介質(zhì)氣罐7，通過試驗用燃氣介質(zhì)注入口 8向試驗系統(tǒng)中注入試驗介質(zhì)，當系統(tǒng)壓力達到被測燃氣調(diào)壓器I的關(guān)閉壓力時，關(guān)閉試驗用燃氣介質(zhì)注入口 8的閥門，停止充氣。5)啟動恒溫箱2運行，使溫度達到預先設(shè)置的試驗溫度并穩(wěn)定一段時間；6)開啟循環(huán)壓縮機，啟動可編程控制器4，進出口電磁閥9均處于開啟狀態(tài)；7)按固定時間間隔交替啟閉進出口電磁閥9的模式運行；8)通過壓力變送器11監(jiān)測被測燃氣調(diào)壓器的出口壓力變化；9)調(diào)節(jié)進出口節(jié)流閥10，可改變被測燃氣調(diào)壓器的出口壓力變化區(qū)間；10)實驗裝置可自動記錄進出口電磁閥9啟閉的次數(shù)，直至達到預定的總次數(shù)，實驗裝置自動停止實驗；11)在實驗過程中，實驗裝置可自動監(jiān)測并記錄每次啟閉的壓力變化值，監(jiān)測壓力出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)亦能自動停止試驗；12)取出被測燃氣調(diào)壓器，重新進行靜特性測試，并記錄數(shù)據(jù)。本實驗方法可以是基于固定循環(huán)往復試驗次數(shù)，比較燃氣調(diào)壓器的靜特性指標的衰減，也可以是基于設(shè)定指標界限，比較循環(huán)往復試驗次數(shù)；根據(jù)加速失效試驗數(shù)據(jù)與實際運行效果的相關(guān)性研究，可實現(xiàn)對燃氣調(diào)壓器的運行可靠性及壽命預測判斷的技術(shù)分析。本發(fā)明最大限度的對燃氣調(diào)壓器的實際工況進行了模擬重構(gòu)，在充分尊重既有機械疲勞試驗、加速老化試驗、耐介質(zhì)腐蝕試驗的理論基礎(chǔ)上，研發(fā)了更貼近生產(chǎn)實際的加速失效試驗方法和實驗裝置。本發(fā)明可大幅度降低燃氣設(shè)備壽命預測與生產(chǎn)實際的偏差，對提升我國燃氣設(shè)備安全防御、事故預警技術(shù)的發(fā)展有十分重大的意義。
權(quán)利要求
1.一種燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法，其特征在于通過監(jiān)控放置在預設(shè)的溫度環(huán)境中的被測燃氣調(diào)壓器出口側(cè)實驗介質(zhì)壓力變化的方法，驅(qū)動被測燃氣調(diào)壓器按控制模式進行往復啟閉動作，直至達到設(shè)定的試驗次數(shù)或失效，從而實現(xiàn)測試被測燃氣調(diào)壓器加速失效的試驗目的；控制模式采用兩種其一是按照預設(shè)的固定時間間隔控制被測燃氣調(diào)壓器的啟閉，其二是以滿足最大和最小試驗壓力為條件，控制被測燃氣調(diào)壓器的啟閉，壓力變化范圍是依據(jù)被測燃氣調(diào)壓器的調(diào)壓特性區(qū)間選定的試驗參數(shù)。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法所用的實驗裝置，其特征在于包括恒溫箱、循環(huán)壓縮機、進、出口緩沖氣罐、實驗用燃氣介質(zhì)灌、進、出口電磁閥、進、 出口節(jié)流閥、調(diào)壓器出口壓力變送器和可編程控制器；被測燃氣調(diào)壓器放置在恒溫箱內(nèi)，循環(huán)壓縮機的入口實驗管路與被測燃氣調(diào)壓器的出口連接，循環(huán)壓縮機的出口實驗管路與被測燃氣調(diào)壓器的進口連接，使被測調(diào)壓器與循環(huán)壓縮機的出口實驗管路形成密閉的管路系統(tǒng)；在循環(huán)壓縮機的出、入口實驗管路上分別安裝進、出緩沖罐、進、出口電磁閥和進、出口節(jié)流閥；在循環(huán)壓縮機入口管路上連通實驗用燃氣介質(zhì)氣罐，在循環(huán)壓縮機出口管路上連通被測燃氣調(diào)壓器出口壓力變送器；可編程控制器分別與電源、循環(huán)壓縮機、循環(huán)壓縮機的出、入口實驗管路上的進、出口電磁閥和測燃氣調(diào)壓器出口壓力變送器連接。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法所用的實驗裝置，其特征在于上述循環(huán)壓縮機的出、入口實驗管路也可均連接被測燃氣調(diào)壓器的出口，使被測調(diào)壓器與循環(huán)壓縮機的出口實驗管路形成密閉的管路系統(tǒng)；被測燃氣調(diào)壓器的進、口用盲板密封。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃氣調(diào)壓器加速失效所用的實驗裝置所用的實驗方法的是將被測燃氣調(diào)壓器放置在實驗裝置的恒溫箱中，被測燃氣調(diào)壓器與循環(huán)壓縮機的出、 入口實驗管路連接，形成密閉的試驗管路系統(tǒng)，在實驗管路中注入實驗用燃氣介質(zhì)，通過可編程控制器按預設(shè)的試驗程序，驅(qū)動循環(huán)壓縮機運行及進、出口電磁閥交替啟停動作，控制實驗回路的壓力變化，使被測燃氣調(diào)壓器在預設(shè)的溫度環(huán)境和試驗介質(zhì)的條件下，進行往復啟閉的動作，直至達到設(shè)定的試驗次數(shù)或失效，從而實現(xiàn)測試被測燃氣調(diào)壓器加速失效的試驗目的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法所用的實驗裝置，其特征在于上述循環(huán)壓縮機的揚程應不小于最大實驗壓力，排量應不小于滿足實現(xiàn)系統(tǒng)壓力變化波動要求的循環(huán)氣量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法，其特征在于上述預設(shè)的溫度環(huán)境中的溫度范圍是-40 V至+80 V。
全文摘要
一種燃氣調(diào)壓器加速失效實驗方法，通過監(jiān)控放置在預設(shè)的溫度環(huán)境中的被測燃氣調(diào)壓器出口側(cè)實驗介質(zhì)壓力變化的方法，驅(qū)動被測燃氣調(diào)壓器按控制模式進行往復啟閉動作，直至達到設(shè)定的試驗次數(shù)或失效，從而實現(xiàn)測試被測燃氣調(diào)壓器加速失效的試驗目的?？刂颇Ｊ讲捎脙煞N其一是按照預設(shè)的固定時間間隔控制被測燃氣調(diào)壓器的啟閉，其二是以滿足最大和最小試驗壓力為條件，控制被測燃氣調(diào)壓器的啟閉。本發(fā)明可以是基于固定循環(huán)往復試驗次數(shù)，比較燃氣調(diào)壓器的靜特性指標的衰減；也可以是基于設(shè)定指標界限，比較循環(huán)往復試驗次數(shù)；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和相關(guān)性研究，可實現(xiàn)對燃氣調(diào)壓器的運行可靠性及壽命預測進行評價。
文檔編號G01M13/00GK103033350SQ20121049692
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者趙自軍, 翟軍, 嚴榮松, 陳浩, 岳明, 郝冉冉 申請人:中國市政工程華北設(shè)計研究總院