本發(fā)明涉及耐壓殼體結(jié)構(gòu)的外壓疲勞試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及通過在殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)置帶有預壓的蓄能器或蓄能器組的加快疲勞試驗速度、減少損耗的殼體結(jié)構(gòu)的外壓疲勞試驗裝置。

背景技術(shù)：

耐壓殼體結(jié)構(gòu)的外壓疲勞試驗遠比其內(nèi)壓疲勞試驗困難，外壓疲勞試驗須借助壓力筒等試驗設備來提供外壓環(huán)境，為避免壓力筒設備自身的疲勞，一般保持筒內(nèi)壓力不變，控制殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)壓升降以模擬外壓疲勞加卸載試驗。由于高壓泵、管路的壓力、流量的性能提升有限，隨著殼體試件的大型化，外壓疲勞試驗頻率低、速度慢的問題日益突出，迫切需要采取技術(shù)措施，提高加卸載效率，縮短時間，并延長設備壽命、提高經(jīng)濟效益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請人針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點進行改進，提供一種帶內(nèi)置蓄能器的殼體結(jié)構(gòu)外壓疲勞試驗裝置，其能夠加快殼體結(jié)構(gòu)尤其是大型殼體結(jié)構(gòu)的外壓疲勞試驗速度，并減少加卸壓損耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

帶內(nèi)置蓄能器的殼體結(jié)構(gòu)外壓疲勞試驗裝置，包括壓力筒及其內(nèi)的殼體試件，壓力筒與殼體試件分別設有加卸壓系統(tǒng)，殼體試件內(nèi)固設有至少一個帶有預充內(nèi)壓的蓄能器。

其進一步技術(shù)方案為：

所述蓄能器的數(shù)量為兩個或兩個以上時，所有蓄能器通過兩兩串聯(lián)連接形成蓄能器組，相連的兩個蓄能器之間通過第一高壓橡膠軟管連通。

所述蓄能器組首尾兩端的蓄能器中，一個蓄能器上設有第一加壓口，另一個蓄能器上設有第一安裝口，第一加壓口及第一安裝口上均連接有一個第一截止閥，兩個第一截止閥上均固接有堵頭。

所述殼體試件上設有兩個第二安裝口，壓力筒上設有三個第二安裝口，殼體試件的兩個第二安裝口均密封固接有帶中部通孔的第一水密連接件，第一水密連接件通過其中部通孔將殼體試件內(nèi)部與殼體試件外部連通；壓力筒的三個第二安裝口均密封固接有帶中部通孔的第二水密連接件；三個第二水密連接件和兩個第一水密連接件中，兩個第二水密連接件的一端分別連接一個第一水密連接件，且第二水密連接件與對應的第一水密連接件之間通過第一鋼質(zhì)波紋管連接，且兩個第二水密連接件的另一端分別與第二高壓橡膠軟管、第一壓力變送器連接，第二高壓橡膠軟管、第一壓力變送器均位于壓力筒外部；第三個第二水密連接件通過其中部通孔將壓力筒內(nèi)部與壓力筒外部連通，第三個第二水密連接件的外接管路上設有第二壓力變送器。

所述第二安裝口包括殼體試件壁上或者壓力筒筒壁上設置的通孔，所述通孔的軸向上固接有帶中部通孔的第一管節(jié)，第一管節(jié)與所述通孔連通，第一管節(jié)的中部通孔為臺階孔，殼體試件上的管節(jié)內(nèi)貫穿有第一水密連接件，壓力筒上的管節(jié)內(nèi)貫穿有第二水密連接件，第一水密連接件、第二水密連接件均帶有外凸部，外凸部一端與所述臺階孔的軸肩抵接且二者之間設有密封件，外凸部的另一端上被螺帽頂緊，螺帽通過其外螺紋與所述臺階孔的內(nèi)螺紋連接。

所述第二高壓橡膠軟管通過三通管件與第一管路、第一排水管路連接，第一管路與儲壓筒出口連接，且第一管路上設有第一電磁閥，第一排水管路上設有第二電磁閥；儲壓筒出口連接有第二管路，第二管路通過三通管件與第三管路、第二排水管路連接，第三管路與壓力筒的第二加壓口連接，第二管路上設有第三電磁閥，第二排水管路上設有第四電磁閥；儲壓筒進口與加壓泵的出口管道連接，儲壓筒上設有第三壓力變送器。

所述第一壓力變送器、第二壓力變送器、第三壓力變送器、第一電磁閥、第二電磁閥、第三電磁閥、第四電磁閥均通過控制線纜與計算機控制單元連接，計算機控制單元通過控制線纜與加壓泵的變頻器連接。

分別與第一壓力變送器、第二壓力變送器連接的兩個所述第二水密連接件上均安裝有手動排氣卸壓閥；所述壓力筒的第二加壓口、與第一壓力變送器連接的第二水密連接件上均安裝有安全閥；第一管路、第二管路上均設有第二截止閥。

所述殼體試件的兩端分別與上封頭、下封頭焊接連接，下封頭支撐在壓力筒內(nèi)部的底座上；壓力筒的上端開口，所述上端開口蓋合有筒蓋，筒蓋與壓力筒筒體的連接端均為法蘭連接端，所述兩個法蘭連接端通過卡環(huán)進行周向固接，所述兩個法蘭連接端之間設有密封圈。

所述卡環(huán)包括沿周向均布的至少兩段卡環(huán)段，筒蓋的法蘭連接端的上側(cè)平面、壓力筒筒體上端開口的法蘭連接端的下側(cè)平面帶有與所述卡環(huán)段配合抵接的傾斜面；每個所述卡環(huán)段底部設有滾輪，在地面上針對滾輪配設有軌道。

本發(fā)明的技術(shù)效果：

1、本發(fā)明通過在殼體試件內(nèi)部放置有預充內(nèi)壓的蓄能器或蓄能器組，內(nèi)置蓄能器(組)顯著縮小了殼體試件內(nèi)部容積，使試驗中參與加、卸壓過程的水的體積大大減少，能加快殼體結(jié)構(gòu)尤其是大型殼體結(jié)構(gòu)的外壓疲勞試驗速度，同時降低加壓泵的功率輸出和整個外壓疲勞試驗裝置的工作損耗，延長設備壽命。

2、內(nèi)置蓄能器組(組)采用串聯(lián)式布置方案，充壓方便，且不論蓄能器數(shù)量多少，只需要在所述蓄能器組的首尾兩端各安裝一個手動截止閥，并采用螺紋堵頭與關(guān)閉的截止閥形成雙重密封保護，能夠有效防止蓄能器內(nèi)壓外泄。

3、針對殼體試件的加卸壓系統(tǒng)，設置鋼質(zhì)波紋管用來連接穿通殼體試件與穿通壓力筒筒蓋的兩個水密連接件，采用鋼質(zhì)波紋管實現(xiàn)了壓力筒筒內(nèi)殼體試件與壓力筒筒蓋之間的柔性連接，解決了現(xiàn)有技術(shù)中兩端水密連接件錯位不對中和外壓下軟管卸壓困難的技術(shù)問題，能在疲勞加卸壓過程中保持可靠的耐壓密封性能。

4、壓力筒和殼體試件的壓力源采用儲壓筒代替加壓泵直接加壓，能使加載過程更平穩(wěn)，更容易進行壓力微調(diào)控制。

5、壓力筒及殼體試件分別裝有手動排氣卸壓閥，可在試驗過程中隨時排除管路中的空氣，也可在斷電等突發(fā)情況下進行手動卸壓；壓力筒、殼體試件和儲壓筒上均裝有安全閥，可在超壓時自動泄放，保證安全。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，雙點劃線為控制線纜。

圖2為所述蓄能器組的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中還示出了所述蓄能器組的加壓裝置的結(jié)構(gòu)。

圖3為圖1中A部放大圖。

圖4為圖3中B部放大圖。

圖5為圖1中壓力筒與筒蓋的裝配結(jié)構(gòu)的俯視圖。

其中：1、壓力筒；101、筒蓋；102、第二加壓口；2、殼體試件；3、蓄能器；301、第一加壓口；302、第一安裝口；4、第一高壓橡膠軟管；5、第一截止閥；6、堵頭；7、第二安裝口；8、第一水密連接件；801、外凸部；9、第二水密連接件；10、第一鋼質(zhì)波紋管；11、第二高壓橡膠軟管；12、第一壓力變送器；13、軌道；14、第二壓力變送器；15、管節(jié)；16、密封件；17、螺帽；18、第一管路；19、第一排水管路；20、儲壓筒；21、第一電磁閥；22、第二電磁閥；23、第二管路；24、第三管路；25、第二排水管路；26、第三電磁閥；27、第四電磁閥；28、加壓泵；29、第三壓力變送器；30、計算機控制單元；31、變頻器；32、手動排氣卸壓閥；33、安全閥；34、第二截止閥；35、上封頭；36、下封頭；37、底座；38、卡環(huán)；39、密封圈；40、滾輪；41、加壓管路；42、中間筒；43、增壓泵；44、壓力表；45、第三截止閥；46、支腿；47、空氣壓縮機；48、供氣軟管。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的具體實施方式。

見圖1、圖2，本發(fā)明所述帶內(nèi)置蓄能器的殼體結(jié)構(gòu)外壓疲勞試驗裝置包括壓力筒1及放置在壓力筒1內(nèi)部的殼體試件2，壓力筒1與殼體試件2分別設有加卸壓系統(tǒng)，殼體試件2內(nèi)固設有至少一個帶有預充內(nèi)壓的蓄能器3。

所述蓄能器3的數(shù)量為兩個或兩個以上時，所有蓄能器3通過兩兩串聯(lián)連接形成蓄能器組，相連的兩個蓄能器3之間通過第一高壓橡膠軟管4連通；所述蓄能器組首尾兩端的蓄能器3中，一個蓄能器3上設有第一加壓口301，另一個蓄能器3上設有第一安裝口302，第一加壓口301及第一安裝口302上均連接有一個第一截止閥5，兩個第一截止閥5上均固接有堵頭6，通過堵頭6和關(guān)閉的第一截止閥5對預充有內(nèi)壓的所述蓄能器組形成雙重密封保護，防止所述蓄能器組的內(nèi)壓外泄。

具體構(gòu)造上，見圖1、圖5，所述殼體試件2的兩端分別與上封頭35、下封頭36焊接連接，下封頭36支撐在壓力筒1內(nèi)部固設的底座37上，蓄能器3通過支腿46固定支撐下封頭36上；壓力筒1的上端開口，所述上端開口蓋合有筒蓋101，筒蓋101與壓力筒1筒體的連接端均為法蘭連接端，壓力筒1筒體的法蘭連接端和筒蓋1021的法蘭連接端通過卡環(huán)38進行周向固接，兩個所述法蘭連接端之間設有密封圈39；卡環(huán)38包括沿周向均布的至少兩段卡環(huán)段，筒蓋101的法蘭連接端的上側(cè)平面、壓力筒1筒體上端開口的法蘭連接端的下側(cè)平面帶有與所述卡環(huán)段配合抵接的傾斜面，所述傾斜面與水平面之間的夾角優(yōu)選在2.5°以內(nèi)；每個所述卡環(huán)段底部設有滾輪40，在地面上針對滾輪40配設有軌道13，便于壓力筒尤其是大型壓力筒的裝拆。

所述殼體試件2上設有兩個第二安裝口7，殼體試件2上的第二安裝口7優(yōu)選設置在上封頭35上，壓力筒1上設有三個第二安裝口7，壓力筒1上的第二安裝口7優(yōu)選設置在筒蓋101上，殼體試件2的兩個第二安裝口7均密封固接有帶中部通孔的第一水密連接件8，第一水密連接件8通過其中部通孔將殼體試件2內(nèi)部與殼體試件2外部連通；壓力筒1的三個第二安裝口7均密封固接有帶中部通孔的第二水密連接件9；三個第二水密連接件9和兩個第一水密連接件8中，兩個第二水密連接件9的一端分別連接一個第一水密連接件8，且第二水密連接件9與對應的第一水密連接件8之間通過鋼質(zhì)波紋管10連接且相通，鋼質(zhì)波紋管10位于壓力筒1內(nèi)，兩個第二水密連接件9的另一端分別與第二高壓橡膠軟管11、第一壓力變送器12連接，第二高壓橡膠軟管11、第一壓力變送器12均位于壓力筒1外部，第一壓力變送器12設在第二水密連接件9的外接管路上；第三個第二水密連接件9通過其中部通孔將壓力筒1內(nèi)部與壓力筒1外部連通，第三個第二水密連接件9的外接管路上設有第二壓力變送器14。

具體地，見圖3、圖4，所述第二安裝口7包括殼體試件2壁上或者壓力筒1筒壁上設置的通孔，所述通孔的軸向上固接有帶中部通孔的管節(jié)15，管節(jié)15與所述通孔連通，管節(jié)15的中部通孔為臺階孔，殼體試件2上的管節(jié)15內(nèi)貫穿有第一水密連接件8，壓力筒1上的管節(jié)15內(nèi)貫穿有第二水密連接件9，第一水密連接件8、第二水密連接件9均帶有外凸部801，外凸部801一端與所述臺階孔的軸肩抵接且二者之間設有密封件16，外凸部801的另一端上被螺帽17頂緊，螺帽17通過其外螺紋與所述臺階孔的內(nèi)螺紋連接，密封件16優(yōu)選四氟乙烯墊圈，通過對第二安裝口7的特殊結(jié)構(gòu)的設置，由此實現(xiàn)第一水密連接件8、第二水密連接件9與對應的第二安裝口7的密封固接。

所述第二高壓橡膠軟管11通過三通管件(圖中為簡化)與第一管路18、第一排水管路19連接，第一管路18與儲壓筒20出口連接，且第一管路18上設有第一電磁閥21，第一排水管路19上設有第二電磁閥22；儲壓筒20出口連接有第二管路23，第二管路23通過三通管件(圖中為簡化)與第三管路24、第二排水管路25連接，第三管路24與壓力筒1的第二加壓口102連接，第二管路23上設有第三電磁閥26，第二排水管路25上設有第四電磁閥27；儲壓筒20進口與加壓泵28的出口管道連接，儲壓筒20上設有第三壓力變送器29。通過對壓力筒1、殼體試件2的加卸壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的特殊設置，即設置了中間儲壓筒20以及電磁閥組，使得加卸壓更為平穩(wěn)，易于進行壓力微調(diào)。第一電磁閥21、第二電磁閥22分別用于殼體試件2內(nèi)腔加壓、卸壓的獨立控制，第三電磁閥26、第四電磁閥27分別用于壓力筒1內(nèi)腔加壓、卸壓的獨立控制。

進一步為了實現(xiàn)加卸壓的自動控制，所述第一壓力變送器12、第二壓力變送器14、第三壓力變送器29、第一電磁閥21、第二電磁閥22、第三電磁閥26、第四電磁閥27均通過控制線纜與計算機控制單元30連接，計算機控制單元30通過控制線纜與加壓泵28的變頻器31連接。第一壓力變送器12、第二壓力變送器14、第三壓力變送器29分別將殼體試件2、壓力筒1、儲壓筒20的實時壓力值傳輸至計算機控制單元30，計算機控制單元30通過儲壓筒20的壓力，向變頻器31發(fā)出變化的頻率信號，通過變頻器31控制加壓泵28的啟動與關(guān)閉。四個電磁閥經(jīng)控制電纜與計算機控制單元30相連，計算機控制單元30根據(jù)三個壓力變送器傳輸?shù)膶崟r壓力值和計算機控制單元30中設定的壓力變化范圍參數(shù)，控制四個電磁閥的啟閉和流量大小，以實現(xiàn)壓力筒1和殼體試件2內(nèi)壓的自動調(diào)節(jié)，四個電磁閥由空氣壓縮機47經(jīng)供氣軟管48提供持續(xù)的開關(guān)動力。第一壓力變送器12、第二壓力變送器14的安裝管路上也可以通過分支接頭分別安裝一個壓力表44，分別用于觀察殼體試件2、壓力筒1的內(nèi)壓。

為了保證外壓試驗安全可靠，分別與第一壓力變送器12、第二壓力變送器14連接的兩個所述第二水密連接件9上均安裝有手動排氣卸壓閥32，可在試驗過程中隨時排出管路中的空氣，也可在斷電等突發(fā)情況下進行手動卸壓；壓力筒1的第二加壓口102、與第一壓力變送器12連接的第二水密連接件9、第三壓力變送器29的安裝管路上均安裝有安全閥33，可在超壓時自動卸壓；第一管路18、第二管路23上均設有第二截止閥34，或者，第二管路23、第一管路18可以通過三通管件與一個總管路連接，所述總管路與儲壓筒20的出口連接，且在所述總管路上設置第二截止閥34。

本發(fā)明在對殼體試件2進行外壓疲勞試驗前，需要對所述蓄能器組預充內(nèi)壓，見圖2，拆掉兩個堵頭6，第一加壓口301上安裝第一截止閥5后，第一截止閥5另一端通過加壓管路41與中間筒42的出口連接，中間筒42進口與增壓泵43的出口管道連接，蓄能器3上的第一安裝口302先安裝第一截止閥5后安裝一個壓力表44，加壓管路41上安裝第三截止閥45，對所述蓄能器組進行加壓時，打開兩個第一截止閥5，啟動增壓泵43，緩慢打開第三截止閥45，對所述蓄能器組進行加壓，觀察所述蓄能器組尾部的蓄能器3上的壓力表44，當達到設定壓力值時，關(guān)閉第三截止閥45停止加壓，然后關(guān)閉兩個第一截止閥5，拆除壓力表44、加壓管路41，并在兩個截止閥5的兩一端分別固接一個堵頭6，由此對預充有一定內(nèi)壓的所述蓄能器組進行密封，防止其內(nèi)壓外泄，將預充有內(nèi)壓的所述蓄能器組放置于殼體試件2內(nèi)，并通過支腿46焊接在下封頭36上。為減少設備數(shù)量，節(jié)約試驗成本，增壓泵43和加壓泵28可以使用同一個泵，并且優(yōu)選為高壓柱塞泵，中間筒42與儲壓筒20可以使用同一筒體。

所述外壓疲勞試驗裝置裝配結(jié)束后，見圖1，本發(fā)明所述外壓疲勞試驗過程說明如下：

在壓力筒1和殼體試件2內(nèi)部灌滿水，關(guān)閉兩個手動排氣閥32，打開儲壓筒20出口管道上設置的第二截止閥34，在計算機控制單元30上設置疲勞試驗的初始參數(shù)(包括殼體試件2的內(nèi)壓下限P₀(為避免卸壓末端速度過慢，P₀應大于0MPa)和上限P₁，壓力筒:1的恒定內(nèi)壓P₂及其壓力波動范圍±ΔP，儲壓筒20的內(nèi)壓下限P₄和上限P₅)、三個壓力變送器12/14/29的系數(shù)，此外還應設置加壓、卸壓和穩(wěn)壓的時間、控制加卸壓速度的比例因子、疲勞循環(huán)次數(shù)等。根據(jù)設定參數(shù)計算殼體試件2的內(nèi)外壓差，即殼體試件2實際承受的外壓為P₂-P₀(上限值)和P₂-P₁(下限值)。

打開加壓泵28的進水閥門，啟動空氣壓縮機47開始蓄積氣壓，在計算機控制單元30上啟動變頻器31，因第三壓力變送器29的初始壓力為0，計算機控制單元30向變頻器31發(fā)出頻率信號，使之帶動加壓泵28開始運轉(zhuǎn)，經(jīng)壓力管道向儲壓筒1內(nèi)注入壓力，直至儲壓筒20設定的內(nèi)壓上限P₅后停止儲壓筒20的加壓。加壓后的儲壓筒20作為整個外壓疲勞試驗的壓力源，儲壓筒20的內(nèi)壓將在加卸載的消耗中不斷降低，低于其設定的內(nèi)壓下限P₄時，計算機控制單元30根據(jù)第三壓力變送器29的值再次啟動變頻器31度儲壓筒20進行補壓，如此循環(huán)往復。

在計算機控制單元30上啟動壓力筒1的加卸壓控制，由于第二壓力變送器14的初始壓力低于壓力筒1的設定值P₂，因此計算機控制單元30控制打開第三電磁閥26、關(guān)閉第四電磁閥27，以儲壓筒20為壓力源，通過第二管路23、第三電磁閥26、第三管路24、壓力筒1的第二加壓口102向壓力筒1內(nèi)加壓，直至壓力筒1的內(nèi)壓達到設定值P₂，試驗中，壓力筒1的內(nèi)壓將圍繞設定值P₂上下波動，若超出預設壓力波動范圍±ΔP，則計算機控制單元30通過第三電磁閥26、第四電磁閥27的啟閉和流量調(diào)節(jié)，實現(xiàn)加、卸壓微調(diào)，從而使壓力筒1的內(nèi)壓保持穩(wěn)定。

壓力筒1的內(nèi)壓穩(wěn)定在設定值P₂后，在計算機控制單元30上啟動殼體試件2的疲勞試驗控制，按設定程序P₁→P₀→P₁→P₀→……對殼體試件1內(nèi)腔進行循環(huán)加卸壓操作。具體地，加壓時，計算機控制單元30控制打開第一電磁閥21、關(guān)閉第二電磁閥22，釋放出儲壓筒20內(nèi)的高壓流體，依次通過第一管路18、第一電磁閥21、第二高壓橡膠軟管11、第二水密連接件9、鋼質(zhì)波紋管10和第一水密連接件8，最終注入殼體試件2，使殼體試件2內(nèi)部水的壓力升高；卸壓時，計算機控制單元30控制打開第二電磁閥22、關(guān)閉第一電磁閥21，使殼體試件2的內(nèi)壓沿前述加壓路線逆向返回，經(jīng)第二電磁閥22泄放至第一排水管路19。由于在殼體試件2內(nèi)部放置有預充內(nèi)壓的蓄能器3或蓄能器組，顯著縮小了殼體試件2的內(nèi)部容積，使試驗中參與加、卸壓過程的水的體積大大減少，而蓄能器內(nèi)3的預充內(nèi)壓經(jīng)過雙重密封不會損失，因而能加快外壓疲勞試驗速度，同時降低加壓泵28的功率輸出和整個試驗裝置的工作損耗。

本發(fā)明采取壓力筒保持恒定內(nèi)壓、控制殼體試件2內(nèi)壓升降的方法來進行外壓循環(huán)加卸載疲勞試驗，以避免壓力筒自身的疲勞損傷。

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