CN106769524A - 低温***试验装置 - Google Patents

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刘立周
朱晓华
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Abstract

本发明公开了低温***试验装置，涉及低温***技术领域，包括低温***，提供试验所需求的超低温环境，所述低温***包括冷媒、低温管道和低温***箱；压力***，在超低温环境下对试件内部进行增压，所述压力***包括试验介质、增压设备和压力管道；测控***，监控整个试验过程所需的试验数据，所述测控***包括PLC控制器、数据处理器和数据采集器。本发明可以有效研究金属材料及金属构件在超低温环境下的承压能力及失效机理，通过在超低温环境下向试件内部不断增压，直至试件无法承受内部高压而发生***，并且可以记录整个试验过程的压力变化情况，在试验后分析破口处裂纹情况。

Description

低温***试验装置
技术领域
本发明涉及低温***技术领域，尤其涉及低温***试验装置。
背景技术
由于受LNG等工业发展的拉动，超低温设备的市场需求逐年增加，超低温环境下金属性能的研究也越来越受关注，超低温***试验装置的用途是在超低温环境下向试件内部不断增压，直至试件无法承受内部高压而发生***，记录整个试验过程的压力变化情况，并在试验后分析破口处裂纹情况。
发明内容
本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种结构简单并且可以有效研究金属材料及金属构件在超低温环境下的承压能力及失效机理的低温***试验装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
包括低温***，提供试验所需求的超低温环境，所述低温***包括冷媒、低温管道和低温***箱；
压力***，在超低温环境下对试件内部进行增压，所述压力***包括试验介质、增压设备和压力管道；
测控***，监控整个试验过程所需的试验数据，所述测控***包括PLC控制器、数据处理器和数据采集器。
优选地，所述低温管道采用真空杜瓦瓶，用于储存和供应低温液态气体。
优选地，所述真空杜瓦瓶的内、外胆均由薄壁不锈钢材料制成。
优选地，所述低温管道还连接有一低温电磁阀，可远程控制液氮的输送。
优选地，所述低温***箱采用双层保温结构和膨胀泡沫绝热结构。
优选地，所述低温***箱内外壁和底部在发泡层内采用槽钢加强筋强化，并加有环氧棒支撑，可以有效进行减震和绝热。
优选地，所述试验介质为氦气或氮气，试验温区在氦气临界温度以上，氦气不会在试验温度区发生液化现象，当试验温度高于-130℃时，氮气不会液化。
优选地，所述增压设备为气体增压泵，并与试件连接。
本发明具有以下有益效果：可以有效研究金属材料及金属构件在超低温环境下的承压能力及失效机理，通过在超低温环境下向试件内部不断增压，直至试件无法承受内部高压而发生***，并且可以记录整个试验过程的压力变化情况，在试验后分析破口处裂纹情况。
附图说明
下面结合附图对本发明作优选的说明：
图1为本发明***结构示意图；
图2为本发明测控***原理示意图；
图3为本发明电磁阀控制原理图。
图中标记为:1、交互界面区；2、测控设备区；3、增加设备区；4、高压管道；5、杜瓦瓶；6、低温管道；7、低温电磁阀1；8、低温电磁阀2；9、低温电磁阀3；10、喷淋管；11、试件；12、内胆；13、结构加强区；14、绝热防护区；15、外胆；16、沙土缓冲区；17、地基。
具体实施方式
如图1、2、3所示，为本发明低温***试验装置，包括:
低温***，提供试验所需求的超低温环境，所述低温***包括冷媒、低温管道9和低温***箱；
冷媒的选取，由于试验要求温度在-50℃～-196℃，而-196℃为常压下液氮温度，所以针对-196℃的温度位可以直接采用液氮浸渍的方式。但对于-50℃～-196℃的中间温度位，可以采取以下三种方式获取，列出图表进行比较:
经过对比，对于-50℃～-196℃的中间温度位的试验，采用液氮喷淋调温方式，采用喷淋管10。
低温管道9采用真空杜瓦瓶5，用薄壁不锈钢作为真空杜瓦瓶5的内12、外胆15材料，采用多层绝热工艺，用6μm铝箔作为辐射反射屏，用含碳玻璃纤维纸作为间隔材料，真空度可为10-4Pa。低温管道6配置低温电磁阀6、7、8实现远程控制液氮的输送，如图3所示，
对充:开电磁阀3、4
增压:开电磁阀1、2、3、4
卸压:开电磁阀4、5
气控阀1为轻载型，气控阀2、3为重载型。
低温***箱将采用双层保温结构，采取膨胀泡沫绝热方式，内、外腔填充A、B双组分聚合物高保温材料，由于内、外壁之间的传热方式主要是“热传导”，因此，其间的加强筋要设置“热传断桥”，防止随筋板产生的“热传导”。箱体设计为整体框架式承重结构，低温接触部分不锈钢材料，内外壁和底部在发泡层内采用槽钢加强筋强化，并加有环氧棒支撑，进行减震和绝热。整个低温槽框架采用焊接结构，结构要具有漏热小、耐冲击、减震性能好等特点以保证试验的经济性和安全性。
低温箱可以根据试件11尺寸设计为大小不同的系列几个尺寸，也可以根据最大尺寸试件设计一个大低温箱，在大低温箱里做小尺寸试件时，用发泡块将低温箱空余处填压。
压力***负责在超低温环境下对试件内部进行增压。主要由试验介质、增压设备3、低温管道6组成。
增压方式的确定，在超低温、高压环境下选取合适的试验介质，将几种增压方式列表进行对比:
经过以上对比，以氦气作为试验介质，以气驱泵作为增压设备，使用外冷法对试件进行冷却温度控制调节，可以满足试验要求。气体增压泵选用HGD100,增压比100：1，输出压力计算公式＝100倍驱动气压+氦气入口压力，氦气最小入口压力5MPa,即氦气入口压力不能小于5MPa，考虑充分利用氦气瓶，前端再配一台低压泵如25：1的泵，气瓶压力可用至1MPa。最大输出流量为96L/min。100:1气驱泵和25:1气驱泵串联增压。
当试验温度高于-130℃时，氮气不会液化，可以用氮气作为试验介质。
测控***2由PLC控制器、数据采集、数据处理等部分组成。模拟量采集如下表：
由于增压介质为氦气，***时属于压缩气体容器***，危险性大，必须对设备和人员进行安全防护。
假设试件A内径150mm，长度1000mm，试件B内径400mm，长度1500mm，在压力为70MPa时***，分别用Brode方程、等熵方程、等温方程、热力学有效性方程计算的压缩氦气物理***能和TNT当量如下表所示：
压缩气体容器物理***是能量迅速释放的过程，整个过程介于等温***和绝热***之间，因此采用热力学有效性方程计算压缩气体的***能较符合实际的热力学过程。
埋入式或半埋入式地基17，地基17内四周和底部设有沙土缓冲区16和吸能装置，低温***箱置于地基17内，四周安置摄像头监视增压过程，低温***箱需具备结构加强区13和绝热防护区14，操作室安置在防爆墙后。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.低温***试验装置，其特征在于：
包括低温***，提供试验所需求的超低温环境，所述低温***包括冷媒、低温管道和低温***箱；
压力***，在超低温环境下对试件内部进行增压，所述压力***包括试验介质、增压设备和压力管道；
测控***，监控整个试验过程所需的试验数据，所述测控***包括PLC控制器、数据处理器和数据采集器。
2.根据权利要求1所述的低温***试验装置，其特征在于：所述低温管道采用真空杜瓦瓶。
3.根据权利要求2所述的低温***试验装置，其特征在于：所述真空杜瓦瓶的内、外胆均由薄壁不锈钢材料制成。
4.根据权利要求1所述的低温***试验装置，其特征在于：所述低温管道还连接有一低温电磁阀。
5.根据权利要求1所述的低温***试验装置，其特征在于：所述低温***箱采用双层保温结构和膨胀泡沫绝热结构。
6.根据权利要求5所述的低温***试验装置，其特征在于：所述双层保温结构由双组分聚合物高保温材料制成。
7.根据权利要求1所述的低温***试验装置，其特征在于：所述低温***箱还设有发泡层，所述低温***箱内外壁和底部在所述发泡层内采用槽钢加强筋强化，并加有环氧棒支撑。
8.根据权利要求1所述的低温***试验装置，其特征在于：所述试验介质为氦气或氮气。
9.根据权利要求1所述的低温***试验装置，其特征在于：所述增压设备为气体增压泵，并与所述试件连接。
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