专利名称：金属波纹管省力疲劳试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属波纹管疲劳寿命试验中使用的设备，一种金属波纹管省力疲 劳试验装置。
背景技术：
金属波纹管是一种挠性、薄壁、有横向波纹的管壳零件。它既有弹性特性又有密封 特性，在外力及力矩作用下能产生轴向、角向、侧向及其组合位移，广泛应用于许多工业领 域，目前国内的技术标准主要遵守JB/T6169-2006的规定。金属波纹管的疲劳寿命试验是将波纹管组件两端法兰与疲劳试验机固定，内腔或 外腔加载试验压力，往复运动至工作寿命时停止试验，检查波纹管有无疲劳破坏现象。随着 科学技术的发展，越来越多的用户对金属波纹管的性能有了更高的要求金属波纹管的结 构尺寸越来越大，工作压力越来越高，性能指标也越来越高，同时对试验装置的使用要求也 有很大程度的提高。在进行波纹管位移和压力的疲劳寿命试验时，如果波纹管几何尺寸较 大，当试验压力较高时，一般的疲劳试验机的推力无法满足使用要求。然而，目前除了同比 例更换更大推力的疲劳试验设备之外，国内未见到其它相关试验方法的报道。
发明内容本实用新型的目的是提供一套金属波纹管省力疲劳试验装置，可降低同规格测试 件所需疲劳试验机推力，减小试验压力波动，满足大尺寸波纹管的疲劳试验要求。本设计的金属波纹管省力疲劳试验装置，包括疲劳试验机和压力系统，其特征在 于在疲劳试验机上安装省力结构中心管下端外壁与底座中心圆台垂直焊接；波纹管组件 上、下直壁置于上、下端法兰内壁与内环外壁之间焊接，保证同轴度；下端法兰与底座由螺 钉连接，底座固定在疲劳试验机上，中心管上部与上端法兰内环动密封，上端法兰与顶板通 过双头螺柱连接，压力系统油管与底座进油口连接。本设计的金属波纹管省力疲劳试验装置通过置入中心管挤占波纹管内腔空间，这 样波纹管组件的内腔截面积为波纹管的有效截面积减去中心管的截面积，与未置入中心管 时相比，波纹管组件内腔截面积和容积减少许多，从而极大降低了疲劳试验所需要的推力。 因所需要的推力减小，当需要测验大尺寸波纹管时，以小于该规格的疲劳试验机作业也能 够满足要求，并且测验时波纹管内腔的压力波动也有所降低。波纹管组件上端法兰与顶板 通过双头螺柱进行连接，顶板的位置可以根据试验要求利用双头螺柱上下调整，以保证顶 板与中心管之间的距离；疲劳试验机夹持顶板夹柱带动整个波纹管组件沿中心管作往复上 下疲劳运动。本设计中将下端法兰与波纹管组件焊接后再用螺钉将下端法兰与底座结合， 并将油路设置在底座中，更换被测组件不必考虑油路，这样节省了以往给每个被测波纹管 组件的下端法兰钻径向油孔的加工，省去这部分重复加工的工时工耗。例如某波纹管内径为0. 16m，疲劳试验时内压为2MPa，疲劳试验机最大推力为 50KN。未采用省力疲劳试验装置时其内腔的等效截面积S = jiD2/4 = 3. 14X0. 162/4
3=0. 02m2，此时波纹管所需要的理论轴向推力F = PXS = 2000000X0. 02 = 40000N = 40KN。如果考虑压力波动、波纹管刚度等其它因素的影响，其轴向推力将大于50KN，现有 的疲劳试验机(假设最大推力为50KN)将无法满足试验要求。而采用本设计的省力疲劳 试验装置(假设中心管直径0106mm)后，波纹管内腔的等效截面积为S' = S-ji d2/4 = 0 . 02-3. 14 X 0. 1062/4 = 0 . 0112m2，轴向推力 F' = PXS' = 2000000X0. 0112m2 = 22400N =22. 4KN，此时即便考虑波纹管的其它因素的影响，需要波纹管的轴向推力也将远远小于 50KN，可以满足试验要求。由上述可知，采用金属波纹管省力疲劳试验装置可以减少内腔截 面积和试验推力近50%，其具体数值与中心管的直径等因素有关，可以使被测波纹管的最 大允许截面积提高近一倍。金属波纹管省力疲劳试验装置是利用原有的疲劳试验机和压力系统，设计一套新 的省力结构，压力系统可根据气压和液压的不同要求更换接头，依据不同的波纹管规格和 压力范围选择不同的省力结构、压力系统等零部件，使本装置适用于不同规格的波纹管的 疲劳寿命试验。
图1是金属波纹管省力疲劳试验装置示意图；图2是省力结构截面示意图；具体实施方式
金属波纹管省力疲劳试验装置，见图2，是利用原有的疲劳试验机12和压力系统 14，设计一套新的省力结构13。省力结构13的特征在于见图1，中心管4下端外壁与有框架的省力结构底座1 中心内圆台垂直焊接，下端法兰2内壁、内环3外周与波纹管组件5下直壁端焊接，保证同 轴度；下端法兰2与底座1由螺钉连接，底座1固定在疲劳试验机上；中心管4上端和内壁 暴露于大气中，中心管4上部外壁与内环7动配合，内环7的内圆侧壁中间有环凹槽，内嵌 耐磨材料0形密封圈8，内环7通过耐磨材料0形密封圈8实现与中心管4动密封；上端法 兰6内壁、内环7外周与波纹管组件5上直壁端焊接，保证同轴度；上端法兰6与顶板10通 过双头螺柱9连接，利用双头螺柱9可以根据试验要求波纹管的最大拉伸高度、并保证顶板 10与中心管4之间的作业距离而进行调正。底座1圆台上平面有轴向孔，与底座1中径向 油路相通，并与压力系统14进口油管连接，底座1圆台与中心管4下端外壁、内环3内壁形 成充油的空间。先通过疲劳试验机调整好初始位置后，充压至试验压力，开始正式试验。疲劳试验 机夹持顶板夹柱11带动整个波纹管组件5沿中心管4作往复上下疲劳运动。本装置压力系统可根据气压和液压的不同要求更换接头，依据不同的波纹管规格 和压力范围选择不同的省力结构、压力系统等零部件，使本装置适用于不同规格的波纹管 的疲劳寿命试验。
权利要求金属波纹管省力疲劳试验装置，包括疲劳试验机和压力系统，其特征在于在疲劳试验机上安装省力结构中心管(4)下端外壁与底座(1)中心圆台垂直焊接；波纹管组件(5)下直壁置于下端法兰(2)内壁与内环(3)外壁之间焊接，保证同轴度；下端法兰(2)与底座(1)由螺钉连接，底座(1)固定在疲劳试验机上；中心管(4)上部与上端法兰内环(7)动密封；波纹管组件(5)上直壁置于上端法兰(6)内壁与内环(7)外壁之间焊接，保证同轴度；上端法兰(6)与顶板(10)通过双头螺柱(9)连接，压力系统(14)油管与底座(1)进油口连接。
2.根据权利要求1所述的金属波纹管省力疲劳试验装置，其特征在于波纹管组件上端 法兰内环(7)的内圆侧壁中间有凹槽，内嵌耐磨材料O形密封圈⑶，内环(7)与中心管(4) 上部外壁通过耐磨材料O形密封圈(8)实现动密封。
3.根据权利要求1所述的金属波纹管省力疲劳试验装置，其特征在于底座(1)圆台上 平面有轴向孔，与底座⑴中径向油路相通，并与压力系统(14)进口油管连接，底座⑴圆 台与中心管(4)下端外壁、内环(3)内壁形成充油的空间。
4.根据权利要求1所述的金属波纹管省力疲劳试验装置，其特征在于中心管(4)上端 和内壁暴露于大气中。
专利摘要金属波纹管省力疲劳试验装置，包括疲劳试验机和压力系统，其特征在于在疲劳试验机上安装省力结构中心管下端外壁与底座中心圆台垂直焊接；波纹管组件上、下直壁置于上、下端法兰内壁与上、下内环外壁间焊接，保证同轴度；下端法兰与底座由螺钉连接，底座固定在疲劳试验机上；中心管上部与上端法兰内环动密封；上端法兰与顶板通过双头螺柱连接，压力系统油管与省力结构底座进油口连接。本设计在波纹管内腔置入的中心管挤占液压油空间，从而减小波纹管组件内腔截面积和试验推力近50％，可以使被测波纹管的最大允许截面积提高近一倍，作业时内腔的压力波动也有所降低。另外，与压力系统相接的油路在省力结构的底座中，节省了以往给每个被测波纹管组件的下端法兰钻径向油孔的加工，省去这部分重复加工的工时工耗。
文档编号G01N3/02GK201600295SQ20092024869
公开日2010年10月6日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者关长江, 宋林红, 张秀华, 李敏, 林国栋, 黄乃宁 申请人:沈阳仪表科学研究院;沈阳汇博热能设备有限公司