專利名稱：一種含貫穿裂紋管道的加載方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于エ業(yè)壓カ管道檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種含貫穿裂紋管道的加載方法，尤其是那些需要進(jìn)行完整性的評定的特殊行業(yè)的高溫和高壓管道，例如電站用的高溫高壓管道。
背景技術(shù)：
壓カ管道在石油，化工，供水和供熱以及核能和航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但由于這些管道所輸送的介質(zhì)具有易燃，易爆和強(qiáng)腐蝕等性質(zhì)，加之管道內(nèi)部因材料本身的原因，機(jī)械損傷或使用過程的腐蝕等原因產(chǎn)生各種裂紋缺陷的存在，壓カ管道斷裂事故時(shí)有發(fā)生。含裂紋缺陷管道的失效方式主要有兩種，即脆性斷裂失效和泄漏失效。管道發(fā)生脆性 斷裂時(shí)，裂紋的擴(kuò)展速度極快，后果往往是災(zāi)難性的。而當(dāng)管道發(fā)生泄漏失效時(shí)，裂紋在失穩(wěn)擴(kuò)展以前有一段穩(wěn)定擴(kuò)展期。在此期事故的演化是可控的，后果取決于泄漏量的大小。為了對這些含裂紋缺陷的管道的安全性進(jìn)行評定，需要確定管道的斷裂性能，如裂紋的尖端位移，應(yīng)變場及斷裂參數(shù)(應(yīng)力強(qiáng)度因子K，裂尖張開位移COD和J積分)。目前的方法ー是采用大尺寸的板材試樣進(jìn)行試驗(yàn)。這種方法由于采用的材料性能與管材有較大的區(qū)別。因此應(yīng)用于管材時(shí)存在較大的誤差。另ー種方法是采用將含裂紋缺陷的管道的兩端封閉起來形成密閉空間，然后加載系統(tǒng)對該封閉空間充以壓カ介質(zhì)加壓。隨著該封閉空間壓カ的増加，管道的裂紋缺陷擴(kuò)展。在此過程中采用光測技術(shù)測定裂紋尖端應(yīng)變場，應(yīng)カ強(qiáng)度因子和裂尖張開位移和J積分，并確定裂紋的啟裂，擴(kuò)展和失穩(wěn)規(guī)律，然后用于管道完整性的評定。如果此過程中使用的壓カ介質(zhì)是常溫的流體，則上述測量方法可以實(shí)現(xiàn)。但是在ー些情況下需要使用高溫高壓介質(zhì)，例如，能源領(lǐng)域中的電站使用的管道的流體的溫度和壓カ很高。為了模擬這些高能管道在產(chǎn)生裂紋后的斷裂特性，需要使用高溫高壓水作為壓カ介質(zhì)進(jìn)行管道斷裂模擬試驗(yàn)。此種情況下，上述測量過程難以實(shí)現(xiàn)。上述方法的不足之處在如下(I)當(dāng)裂紋缺陷擴(kuò)展成穿壁裂紋時(shí)，高溫高壓介質(zhì)會泄漏到管道的外面對裂紋的測量產(chǎn)生安全威脅，如可能燙傷操作人員。當(dāng)加壓過程所用的加壓介質(zhì)是高溫高壓蒸汽，蒸汽的泄漏會使測量無法進(jìn)行。因此，考慮到材料、封閉性、安全性等因素，難以進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)；(2)實(shí)驗(yàn)過程中因泄漏而導(dǎo)致的流體的流動會產(chǎn)生壓カ波動，給靜壓實(shí)驗(yàn)帶來ー
定誤差；(3)流體流動過程中流體源需不斷補(bǔ)充新流體，才能維持固定的壓力，裝置復(fù)雜性大大提升。如果加壓過程是在常溫下進(jìn)行，且是用高壓泵直接加壓，高壓液體介質(zhì)泄漏后，為了維持管內(nèi)的壓カ不變或使壓カ繼續(xù)升高，則要求泵的流量大于或等于裂紋的泄漏量以使壓カ繼續(xù)升高或維持管內(nèi)壓カ不變。如果使用高壓容器，高壓介質(zhì)泄漏后，則需要壓カ容器的容積足夠大，才能在當(dāng)管道泄漏時(shí)，系統(tǒng)的壓力基本保持不變。這增加了管道斷裂參數(shù)測量的成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述不足，本發(fā)明提供了一種含貫穿裂紋管道的加載方法，采用柔性容器脹形技術(shù)對含裂紋的管道進(jìn)行加載，能夠提供穩(wěn)定高壓，且不會出現(xiàn)壓カ波動，實(shí)驗(yàn)裝置的復(fù)雜性和成本也進(jìn)ー步降低。本發(fā)明的技術(shù)方案分為如下步驟(I)采用尺寸與含貫穿裂紋管道內(nèi)部尺寸相匹配的柔性容器，并在柔性容器的內(nèi)部軸線方向加裝脹桿，以控制柔性容器在管道軸線方向的變形；脹桿上設(shè)有傳壓介質(zhì)通道； 將加裝了脹桿的柔性容器送入含貫穿裂紋管道；(2)通過脹桿上的傳壓介質(zhì)通道向柔性容器內(nèi)部填入傳壓介質(zhì)，通過加載系統(tǒng)對傳壓介質(zhì)加壓使柔性容器變形膨脹，柔性容器表面與含貫穿裂紋管道內(nèi)表面貼合；(3)通過加載系統(tǒng)對柔性容器內(nèi)部傳壓介質(zhì)進(jìn)一歩加壓，使其對含貫穿裂紋管道進(jìn)行加載，以使裂紋擴(kuò)展。觀察試樣管道上裂紋的擴(kuò)展情況并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。所述柔性容器為纖維織物制成的液袋，或?yàn)橛裳由炻蚀笥?%的可變形金屬板材制成的容器。前者適用于壓カ介質(zhì)為常溫的情況，后者適用于壓カ介質(zhì)溫度高的情況。所述可變形金屬板材為304、304L、316或316L不銹鋼板，或者為16Mn碳鋼板。所述柔性容器與脹桿之間的結(jié)合方式為脹桿與加載系統(tǒng)連接的接頭在柔性容器外部，其余部分均被柔性容器包容；或者為，脹桿的兩端均在柔性容器的外部，脹桿中部為環(huán)向凹槽，柔性容器設(shè)置在脹桿的中部環(huán)形凹槽處。所述傳壓介質(zhì)為高溫或常溫的液體或氣體。所述液體為水或油。本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)(I)傳壓介質(zhì)的高壓密封由柔性容器完成，傳壓介質(zhì)與含貫穿裂紋管道內(nèi)壁不宣接接觸，因而可應(yīng)用于對各種材料的管道進(jìn)行脹形確定其斷裂性能，也可避免傳壓介質(zhì)對管道的污染。柔性容器膨脹受カ均勻，且管道基本上無軸向伸縮；(2)當(dāng)裂紋缺陷擴(kuò)展成穿壁裂紋時(shí)，高溫高壓介質(zhì)不會泄漏到管道的外面，從而不會對裂紋的測量產(chǎn)生安全威脅。因此，可以用于進(jìn)行高溫高壓實(shí)驗(yàn)；(3)實(shí)驗(yàn)過程中無流體泄漏，不會產(chǎn)生壓カ波動；(4)無需新流體補(bǔ)充，裝置簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，使用方便。


圖I為柔性容器與脹桿的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為含裂紋缺陷管道裂紋擴(kuò)展規(guī)律研究使用的加載系統(tǒng)圖。圖中標(biāo)號I-管道、2-柔性容器、3-脹桿、4-連接ロ、5-傳壓介質(zhì)通道、6_油泵、7_單向閥、8-壓カ表、9-泄壓閥、11-壓カ介質(zhì)儲槽。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種含貫穿裂紋管道的加載方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。采用圖I所示的柔性容器與脹桿結(jié)構(gòu)，以及圖2所示的加載系統(tǒng)。實(shí)施例I壓カ介質(zhì)為常溫時(shí)，采用本發(fā)明對蒸汽發(fā)生器含貫穿裂紋傳熱管試樣進(jìn)行加載。(I)首先，加工尺寸合適的管道試樣。為消除端部效應(yīng)，在試樣制備過程中應(yīng)使試樣管道I長度大于脹桿3有效加壓長度的2倍。并在管道I上制備軸向裂紋；
(2)采用尺寸與管道I內(nèi)部尺寸相匹配的柔性容器2，并在柔性容器2的內(nèi)部軸線方向加裝脹桿3，以控制柔性容器在管道軸線方向的變形，其中柔性容器2為纖維織物制成的液袋；脹桿3上設(shè)有傳壓介質(zhì)通道5 ;將加裝了脹桿3的柔性容器2送入管道I ;(3)加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為油泵6的入口端伸入壓カ介質(zhì)儲槽11中，出口端與單向閥7連接后，通過連接ロ 4與脹桿3連接，在單向閥7與脹桿3之間設(shè)置壓カ表8，并在脹桿3與壓カ介質(zhì)儲槽11之間設(shè)置泄壓管路及泄壓閥9 ;通過脹桿3上的傳壓介質(zhì)通道5向柔性容器2內(nèi)部填入傳壓介質(zhì)，通過加載系統(tǒng)對傳壓介質(zhì)加壓使柔性容器2變形膨脹，柔性容器2表面與管道I內(nèi)表面貼合；(4)通過加載系統(tǒng)對柔性容器內(nèi)部傳壓介質(zhì)進(jìn)ー步加壓，使其對含貫穿裂紋管道進(jìn)行加載，以使裂紋擴(kuò)展；觀察試樣管道上裂紋的擴(kuò)展情況，同時(shí)采用光學(xué)測量或其他技術(shù)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。實(shí)施例2壓カ介質(zhì)為高溫時(shí)，采用本發(fā)明進(jìn)行蒸汽發(fā)生器含貫穿裂紋傳熱管進(jìn)行加載。(I)首先，加工尺寸合適的管道試樣。為消除端部效應(yīng)，在試樣制備過程中應(yīng)使試樣管道I長度大于脹桿3有效加壓長度的2倍。并在管道I上制備軸向裂紋；(2)采用尺寸與管道I內(nèi)部尺寸相匹配的柔性容器2，并在柔性容器2的內(nèi)部軸線方向加裝脹桿3，以控制柔性容器在管道軸線方向的變形，其中柔性容器2由可變形金屬制成；脹桿3上設(shè)有傳壓介質(zhì)通道5 ;將加裝了脹桿3的柔性容器2送入管道I ;加載系統(tǒng)與脹桿3通過法蘭或焊接連接，管道I套于脹桿3外表面，管道I外面敷設(shè)保溫層，準(zhǔn)備工作完成;(3)加載系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I相同；通過脹桿3上的傳壓介質(zhì)通道5向柔性容器2內(nèi)部填入傳壓介質(zhì)，通過加載系統(tǒng)對傳壓介質(zhì)加壓使柔性容器2變形膨脹，柔性容器2表面與管道I內(nèi)表面貼合；(4)通過加載系統(tǒng)對柔性容器內(nèi)部傳壓介質(zhì)進(jìn)ー步加壓，使其對含貫穿裂紋管道進(jìn)行加載，以使裂紋擴(kuò)展；調(diào)節(jié)不同的壓カ值，觀察試樣管道上裂紋的擴(kuò)展情況，同時(shí)采用光學(xué)測量或其他技術(shù)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，具有以下步驟 (1)采用尺寸與含貫穿裂紋管道內(nèi)部尺寸相匹配的柔性容器，并在柔性容器的內(nèi)部軸線方向加裝脹桿，脹桿上設(shè)有傳壓介質(zhì)通道；將加裝了脹桿的柔性容器送入含貫穿裂紋管道； (2)通過脹桿上的傳壓介質(zhì)通道向柔性容器內(nèi)部填入傳壓介質(zhì)，通過加載系統(tǒng)對傳壓介質(zhì)加壓使柔性容器變形膨脹，柔性容器表面與含貫穿裂紋管道內(nèi)表面貼合； (3)通過加載系統(tǒng)對柔性容器內(nèi)部傳壓介質(zhì)進(jìn)ー步加壓，使其對含貫穿裂紋管道進(jìn)行加載，以使裂紋擴(kuò)展；觀察試樣管道上裂紋的擴(kuò)展情況并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，所述柔性容器為纖維織物制成的液袋，或?yàn)橛裳由炻蚀笥?%的可變形金屬板材制成的容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，所述可變形金屬板材為304、304L、316或316L不銹鋼板，或者為16Mn碳鋼板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，所述柔性容器與脹桿之間的結(jié)合方式為 脹桿與加載系統(tǒng)連接的接頭在柔性容器外部，其余部分均被柔性容器包容； 或者為，脹桿的兩端均在柔性容器的外部，脹桿中部為環(huán)向凹槽，柔性容器設(shè)置在脹桿的中部環(huán)形凹槽處。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在于，所述傳壓介質(zhì)為高溫或常溫的液體或氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種含貫穿裂紋管道的加載方法，其特征在干，所述液體為水或油。
全文摘要
本發(fā)明屬于工業(yè)壓力管道檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種含貫穿裂紋管道的加載方法。選取與管道內(nèi)徑尺寸相匹配的柔性容器進(jìn)行加載，柔性容器內(nèi)設(shè)置有脹桿，脹桿上開設(shè)有傳壓介質(zhì)通道；柔性容器通過內(nèi)部的脹桿上的傳壓介質(zhì)通道與加載系統(tǒng)連通；加載時(shí)傳壓介質(zhì)通過脹桿上的傳壓介質(zhì)通道進(jìn)入柔性容器。壓力升高時(shí)，傳壓介質(zhì)使柔性容器均勻脹形對管道內(nèi)壁進(jìn)行施壓促使裂紋擴(kuò)展。在此過程中對裂紋的斷裂特性進(jìn)行測量。由于在此過程中無傳壓介質(zhì)泄漏，加載系統(tǒng)和加載過程簡單，安全，成本低。
文檔編號G01N3/08GK102854061SQ20121026851
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者董建令, 惠虎, 李笑天, 雒曉衛(wèi), 孔祥衛(wèi), 徐宇, 張啟江 申請人:清華大學(xué)