一种波纹管多维综合疲劳试验装置及试验方法与流程

1.本技术涉及疲劳试验领域，尤其涉及一种波纹管多维综合疲劳试验装置。此外，本技术还涉及一种波纹管组件多维综合疲劳试验的试验方法。


背景技术：

2.核电是利用原子核内部蕴藏的能量所产生电能，在核电的生产过程中不释放二氧化碳，是一种零排放的清洁能源。在当前国家能源结构调整、节能减排以及环境保护力度加大的背景下，核电的生产越来越受到重视，核电产品的国产化也收到了高度重视。
3.由于能够利用天然铀作为核燃料，又具有较高的安全性，的随着国家核电战略的进一步发展，核电厂内越重水反应堆在核电生产中得到了广泛的应用。在重水反应堆中，需要通过波纹管组件进行物质传输，其中不乏带有放射性的物质。在使用过程中，波纹管组件需要保持可靠密封，以防止带有放射性的物质通过波纹管组件泄漏。
4.目前国内使用的重水堆燃料通道波纹管组件多为进口，需要对波纹管组件进行国产化研发。而在波纹管组件国产化研发的过程中，在需要对波纹管组件进行疲劳试验，以保证国产波纹管组件在使用过程中可靠的性能。目前国内尚没有针对波纹管组件的疲劳试验装置，国外也仅对我国出口波纹管组件成品，波纹管组件的疲劳试验技术也处于保密状态。


技术实现要素：

5.为了检测波纹管组件的使用寿命，保证波纹管在长期使用过程中的密封性能，本技术提供一种波纹管多维综合疲劳试验装置及试验方法。
6.本技术提供的波纹管多维综合疲劳试验装置采用如下的技术方案：一种波纹管多维综合疲劳试验装置，包括固定端连接机构、活动端连接机构、扭转机构和xy位移平台，所述固定端连接机构固定设置，且适于与波纹管组件的端部固定连接，所述活动端连接机构连接在所述扭转机构上，且适于与所述波纹管组件的端部固定连接，所述扭转机构设置在所述xy位移平台上，且能够在产生往复扭转运动，所述xy位移平台能够产生x向、y向平移运动。
7.通过采用上述技术方案，利用固定端连接机构能够对波纹管组件的一端进行固定，利用活动端连接机构能够对波纹管组件的另一端进行牵引，形成波纹管的多维运动。利用扭转机构能够通过活动端连接机构带动波纹管的往复旋转运动，利用xy位移平台能够带动波纹管作x向的伸缩运动和y向的偏移运动，利用扭转机构设置在所述xy位移平台上的设置，能够将xy位移平台产生的x向运动、y向运动叠加到扭转电机上，与扭转电机产生的往复旋转运动相复合，形成波纹管的多维复合运动。
8.在一个具体的可实施方案中，本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置还包括工作台架，所述固定端连接机构包括固定架、固定连接杆和固定端试验接头，所述固定架和xy位移平台均固定设置在所述工作台架上，所述固定连接杆的一端与所述固定端试验接头固定连接，另一端安装在所述固定架上，所述固定端试验接头上设置有用于向所述波纹管组件
内充入压力气体的通气孔，且能够与所述波纹管组件的端部固定连接，以形成与所述波纹管组件之间的密封。
9.通过采用上述技术方案，利用固定连接杆安装在固定架上的设置，能够方便的调节波纹管组件固定端的高度。利用固定端试验接头能够封闭波纹管组件的固定端，有利于在波纹管组件内部形成和保持较高的压力，利用设置在固定端试验接头上的通气孔，能够与外部的注气管相连接，将外部的高压气体导入连接在固定端试验接头上的波纹管组件中。
10.在一个具体的可实施方案中，本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置还包括加热机构，所述加热机构包括加热器、限温传感器、控温传感器和加热温度控制单元，所述固定端试验接头上还设置有线路通过孔，所述加热器设置在所述固定端试验接头上与所述固定连接杆相对的一侧，所述限温传感器设置在所述加热器的内部，所述控温传感器设置在所述加热器的周边区域，所述加热器、限温传感器和控温传感器均通过所述线路通过孔与所述加热温度控制单元电连接。
11.通过采用上述技术方案，利用加热器能够在波纹管组件的内部对波纹管组件进行加热，提高波纹管组件温度的均匀性。利用限温传感器能够控制加热器的加热温度，防止加热器的温度过高导致波纹管的损伤。利用控温传感器能够检测波纹管组件内部的实际温度，从而能够将波纹管组件的温度维持在设定温度。利用线路通过孔能够将限温传感器和控温传感器的检测信号传输给波纹管组件外部的加热温度控制单元，并将加热温度控制单元控制控制的加热电源传输到加热器。
12.在一个具体的可实施方案中，所述活动端连接机构包括活动连接杆和活动端试验接头，所述扭转机构包括扭转电机、减速机、扭力限制器和扭矩传感器，所述活动端试验接头适于与波纹管组件的端部固定连接，所述活动连接杆的一端与所述活动端试验接头固定连接，另一端与所述扭矩传感器相连接，所述减速机与所述扭转电机相连接，所述扭力限制器连接在所述扭矩传感器与所述减速机之间。
13.通过采用上述技术方案，利用扭转电机的正反向旋转能够驱动活动端试验接头转动，从而驱动波纹管产生扭转运动；利用减速机能够将扭转电机的转动幅度按比例减小，在活动端试验接头上形成幅度较小，精度较高的小幅度精确扭转运动；扭转力限制器的设置，能够在扭转力过大时切断减速机与活动连接杆之间的扭矩传递，防止因扭转力过大导致波纹管组件的损坏；利用扭矩传感器能够检测活动连接杆上的扭矩大小，从而能够通过对扭转电机的调节控制施加在波纹管组件上的扭矩的大小；利用活动端试验接头能够形成与波纹管组件端部的可靠连接，并能够形成对波纹管组件端部的密封。
14.在一个具体的可实施方案中，所述xy位移平台包括x向导轨单元、x向驱动单元、x向滑动台、y向导轨单元、y向驱动单元和y向滑动台，所述x向导轨单元固定设置，所述x向滑动台设置在所述x向导轨单元上，且与x向驱动单元相连接，以能够在所述x向驱动单元的驱动下在所述x向导轨单元上作x向运动，所述y向导轨单元固定设置在所述x向滑动台上，所述y向滑动台设置在所述y向导轨单元上，且与y向驱动单元相连接，以能够在所述y向驱动单元的驱动下在所述y向导轨单元上作y向运动。
15.通过采用上述技术方案，利用x向导轨单元能够限制x向滑动台的滑动方向，并有利于x向滑动台在x方向上的平稳移动；利用x向驱动单元能够驱动x向滑动台的移动，并控
制x向滑动台的移动幅度；同样，利用y向导轨单元能够限制y向滑动台的滑动方向，并有利于y向滑动台在y方向上的平稳移动；利用y向驱动单元能够驱动y向滑动台的移动，并控制y向滑动台的移动幅度；利用y向导轨单元设置在x向滑动台上的设置，能够将x向滑动台的x向移动叠加在y向滑动台上，使得y向滑动台能够形成x方向、y方向的复合运动。
16.在一个具体的可实施方案中，所述x向导轨单元包括x向滑轨和滑动设置在所述x向滑轨上的x向滑块，所述x向滑轨固定设置，且设置有至少两个，每个所述x向滑轨上设置有至少两个所述x向滑块，所述x向滑动台与所述x向滑块固定连接，所述x向驱动单元包括x向滚珠丝杠、x向驱动电机、x向驱动盒和x向驱动连接块，所述x向滚珠丝杠在所述x向驱动盒内，且所述x向滚珠丝杠与所述x向驱动电机相连接，所述x向驱动连接块的一端与所述x向滚珠丝杠相连接，另一端伸出所述x向驱动盒与所述x向滑动台相连接；所述y向导轨单元包括y向滑轨和滑动设置在所述y向滑轨上的y向滑块，所述y向滑轨固定设置在所述x向滑动台上，且设置有至少两个，每个所述y向滑轨上设置有至少两个所述y向滑块，所述y向滑动台与所述y向滑块固定连接，所述y向驱动单元包括y向滚珠丝杠、y向驱动电机、y向驱动盒和y向驱动连接块，所述y向滚珠丝杠设置在所述y向驱动盒内，且所述y向滚珠丝杠与所述y向驱动电机相连接，所述y向驱动连接块的一端与所述y向滚珠丝杠相连接，另一端伸出所述y向驱动盒与所述y向滑动台相连接。
17.通过采用上述技术方案，利用至少两个x向滑轨和至少两个y向滑轨，能够提高x向滑动台和y向滑动台的位置稳定性；利用设置在每个x向滑轨上的至少两个x向滑块，和设置在每个y向滑轨上的至少两个y向滑块，能够提高x向滑动台和y向滑动台移动的平稳性；利用x向驱动盒和y向驱动盒的设置，能够对x向滚珠丝杠和y向滚珠丝杠形成防护，减小外界环境对驱动单元运行精度的影响。
18.在一个具体的可实施方案中，本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置还包括哈弗卡紧结构，所述哈弗卡紧结构固定在所述波纹管组件的接管上，且与所述固定端连接机构或者活动端连接机构相连接。
19.通过采用上述技术方案，利用哈弗卡紧结构固定在波纹管组件的接管上，能够对接管上的薄弱区域进行加强和保护，防止试验过程中接管变形，影响试验结果的真实性。
20.本技术提供的波纹管多维综合疲劳试验方法采用如下的技术方案：一种波纹管组件多维综合疲劳试验的试验方法，利用本技术提供的波纹管多维综合疲劳试验装置进行试验，包括如下步骤：s10：将所述波纹管组件的两端分别固定在所述固定端连接机构和活动端连接机构上；s20：控制所述xy位移平台运动，使得所述波纹管组件轴向伸长第一设定长度后回复到初始状态；s30：控制所述xy位移平台运动，使得所述波纹管组件横向偏移设定距离后回复到初始状态；s40：控制所述扭转机构运动，对所述波纹管组件施加设定大小的扭转力，使得所述波纹管组件产生扭转，或者使得所述波纹管组件扭转设定角度，再回复到初始状态；s50：依次重复所述s20、s30和s40设定次数，对所述波纹管组件进行循环寿命试验；s60：对所述波纹管组件进行压力试验、泄漏试验和尺寸检测，判断循环寿命试验结果。
21.通过采用上述技术方案，利用对波纹管组件的拉伸、偏移和扭转，能够模拟波纹管组件在实际使用过程中的运动状态，从而有利于对波纹管组件的实际使用寿命进行判断，保证波纹管组件疲劳试验的有效性；利用对波纹管组件进行压力试验、泄漏试验和尺寸检
测，能够检测波纹管组件在设定使用寿命时的承压情况、密封情况和外观变形情况，判断波纹管组件在达到使用寿命时的使用性能，保证波纹管组件的使用安全。
22.在一个具体的可实施方案中，在所述s10与所述s20之间还包括：s15：通过所述通气孔向所述波纹管组件内充入设定压力的压力气体，并启动所述加热机构将所述波纹管组件加热到设定温度。
23.通过采用上述技术方案，利用向波纹管组件中冲入压力气体，和对波纹管组件进行加热，能够使得波纹管组件的试验环境更加接近实际使用环境；利用在波纹管组件内部进行加热的方法，能够使得波纹管组件的温度更加均匀，保证波纹管组件疲劳试验结果的科学性和准确性。
24.在一个具体的可实施方案中，本技术的方法还包括如下步骤：s70：控制所述xy位移平台运动，将循环寿命试验合格的所述波纹管组件拉长第二设定长度，向所述波纹管组件内充入设定压力的高压气体，并将所述波纹管组件加热到设定温度；s80：依次重复所述s20、s30和s40，直至所述波纹管组件损坏，获取损坏循环次数。
25.利用将波纹管组件拉伸第二设定长度后在进行波纹管组件的拉伸、偏移和扭转试验，能够增加拉伸、偏移和扭转对波纹管组件材料和结构的影响，判断波纹管组件在恶劣条件下的使用寿命；利用对波纹管组件内部施加更高的压力，能够检测波纹管组件在压力更高的条件下的疲劳试验指数，判断波纹管组件对高压环境的耐受能力。
26.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.利用xy位移平台和设置在xy位移平台上的扭转机构，能够使得活动端连接机构产生x向位移、y向位置和扭转的复合运动，从而能够对波纹管组件进行多维综合疲劳试验，检测波纹管组件在多维复合运动状态下的疲劳性能；2.利用固定端试验接头和设置在固定端试验接头上的通气孔，能够在波纹管组件内充入压力气体，从而能够在充压状态下进行波纹管组件的疲劳试验，得到接近波纹管组件工作状态下的疲劳试验数据；3.利用设置在固定端试验接头上的加热机构，能够在波纹管组件的内部对波纹管组件进行加热，将波纹管组件的温度均匀升高到设定工作温度，使得波纹管组件的试验环境更加接近实际工作状态，保证试验数据更好地反应实际工作时的情况；4.通过在加压、加温状态下对波纹管组件反复、交替进行拉伸、偏移和扭转后，对波纹管组件进行压力试验、泄漏试验和尺寸检测，能够对波纹管组件的工作寿命进行检测，方便地判断波纹管组件在工作状态下的使用寿命，并在循环寿命试验合格后通过基础拉伸和附加加压，检测波纹管组件在恶劣环境下的使用寿命。
附图说明
27.图1为本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置一个实施例的示意图。
28.图2为本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置一个实施例的波纹管组件部分示意图。
29.图3为本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置一个实施例中波纹管组件与固定端连接机构连接部分示意图。
30.图4为本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置一个实施例中波纹管组件与活动端
连接机构连接部分示意图。
31.图5为本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置一个实施例中xy位移平台结构示意图。
32.图6为本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置一个实施例中x向驱动单元结构示意图。
33.图7为本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置一个实施例中y向驱动单元结构示意图。
34.图8为本技术的波纹管多维综合疲劳试验方法一个实施例的流程框图。
35.附图标记说明：1、固定端连接机构；11、固定架；12、固定连接杆；13、固定端试验接头；131、通气孔；132、线路通过孔；2、活动端连接机构；21、活动连接杆；22、活动端试验接头；3、扭转机构；31、扭转电机；32、减速机；33、扭力限制器；34、扭矩传感器；4、xy位移平台；41、x向导轨单元；411、x向滑轨；412、x向滑块；413、x向中间连接块；42、x向驱动单元；421、x向滚珠丝杠；422、x向驱动电机；423、x向驱动盒；424、x向驱动连接块；43、x向滑动台；44、y向导轨单元；441、y向滑轨；442、y向滑块；443、y向中间连接块；45、y向驱动单元；451、y向滚珠丝杠；452、y向驱动电机；453、y向驱动盒；454、y向驱动连接块；46、y向滑动台；47、位移平台安装板；5、工作台架；6、加热机构；61、加热器；62、限温传感器；63、控温传感器；7、哈弗卡紧结构；71、管道夹紧部；72、侧面连接部；8、波纹管组件；81、波纹管；82、连接法兰；83、加强圈。
具体实施方式
36.下面结合附图对本技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。
37.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
38.本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置的一个实施例，如图1所示，包括固定端连接机构1、活动端连接机构2、扭转机构3和xy位移平台4。固定端连接机构1可以是多种能够对波纹管组件8的端部进行固定的装置，固定端连接机构1通常设置在工作台面上，或者设置在地面上，使得固定端连接机构1的位置固定不变。固定端连接机构1上通常设置有能够与波纹管组件8的端部形成固定连接的装置，并通过该装置与波纹管组件8固定连接。
39.活动端连接机构2可以是多种能够与波纹管组件8的端部形成固定连接的装置，活动端连接机构2连接在扭转机构3上，以能够随扭转机构3一同运动。同时，活动端连接机构2能够与波纹管组件8的端部固定连接，并能够通过活动端连接机构2的运动带动波纹管组件8的两端产生相对运动，形成波纹管组件8上波纹管81的变形运动。
40.扭转机构3可以是各种能够在产生往复旋转运动的装置，如电机、齿条齿轮结构、连杆结构等。扭转机构3的旋转能够通过活动端连接机构2传递给波纹管组件8，驱动波纹管组件8产生往复扭转。
41.xy位移平台4可以是各种既能够产生x方向上往复位移，又能够产生y方向上往复位移的装置。在本技术中所说的“x向”、“x方向”，指的是与波纹管组件8的轴向相平行的方向；“y向”、“y方向”指的是在水平面上与波纹管组件8的轴向相垂直的方向。xy位移平台4产生的x方向上的位移与y方向上的位移可以各自独立地产生，其既可以在不同的时间段分别产生，也可以在相同的时间段以相同或者不同的频率、相同或者不同的相位复合产生，形成在水平面上不同的复合位移运动。
42.扭转机构3固定在xy位移平台4上，能够随着xy位移平台4作x向平移运动和y向平移运动，同时能够独立地产生驱动波纹管组件8径向旋转的扭转运动。扭转机构3产生的扭转运动可以独立地产生，驱动波纹管组件8产生单独的扭转运动，也可以与xy位移平台4的x向位移，和/或y向位移同时产生，此时就能够驱动波纹管组件8产生伸缩、偏移和扭转的复合运动。
43.在本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置工作时，将波纹管组件8的一端固定在固定端连接机构1上，另一端固定在活动端连接机构2上，启动扭转机构3产生扭转运动，启动xy位移平台4产生x向移动，和/或y向移动，就能够在波纹管组件8一端固定的情况下，驱动波纹管组件8的另一端产生x向移动、y向移动和扭转运动的组合、或者合运动，形成波纹管组件8的伸缩、偏移和扭转组合、复合运动，从而能够对波纹管组件8中的波纹管81进行多维综合疲劳试验，检测波纹管组件8的疲劳寿命。
44.在本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置的一些实施例中，如图1至图3所示，本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置还包括工作台架5。工作台架5通常是由金属材料制成的，具有合适高度的工作台，固定端连接机构1和xy位移平台4均设置在工作台架5上，便于对波纹管组件8进行疲劳试验的操作。
45.固定端连接机构1包括固定架11、固定连接杆12和固定端试验接头13。固定架11的下端固定在工作台架5上，上端垂直向上延伸。固定连接杆12安装在固定架11上，并且能够固定在固定架11上的不同高度处，通常地，固定连接杆12在固定架11上水平安装。固定端试验接头13固定连接在固定连接杆的一端，固定端试验接头13通常为金属材料制成的圆形板状结构，在固定端试验接头13的一侧与固定连接杆12固定连接，另一侧的中部设置有用于与波纹管组件8相连接的圆形连接台阶。在固定端试验接头13上与圆形连接台阶的边缘部分相对的部位设置有贯穿固定端试验接头13的通气孔131，通气孔131内壁设置有连接螺纹，并能够通过连接螺纹与压力气源的气管接头相连接，将外部压力气体引入波纹管组件8内，从而能够在充压状态下进行波纹管组件8的疲劳试验。
46.xy位移平台4固定在工作台架5上与固定端试验接头13相对的方向，使得xy位移平台4的x向运动方向与固定连接杆12的长度方向平行。
47.在进行波纹管多维综合疲劳试验时，将波纹管组件8的一端固定在固定端试验接头13的连接台阶上，通常通过焊接方式固定在该连接台阶上，形成波纹管组件8与固定端试验接头13之间的密封。当然，波纹管组件8也可以通过卡接、粘接等方式固定在固定端试验接头13的连接台阶上。波纹管组件8的另一端固定在活动端连接机构2上，形成波纹管组件8与活动端连接机构2之间的密封，将外部压力气源的供气管上的连接接头与通气孔131相连接，打开压力气源，向波纹管组件8内充入一定压力的压力气体，就能够在充压条件下进行波纹管组件8的疲劳试验。
48.在本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置的一个优选实施例中，如图3所示，本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置还包括加热机构6，加热机构6可以是各种能够产生热量，使得波纹管组件8的温度上升的机构。
49.一个具体的加热机构6包括加热器61、限温传感器62、控温传感器63和加热温度控制单元。加热器61是能够产生热能的发热器件，通常使用铸铜电加热器，加热器61固定在固定端试验接头13的中部与固定连接杆12相对的一侧。在固定端试验接头13上还设置有线路通过孔132，加热器61的电源线通过线路通过孔132穿出固定端试验接头13，与设置在外部的加热温度控制单元相连接。
50.限温传感器62设置在加热器61的内部，能够检测加热器61的发热温度。限温传感器62的检测信号通过信号线穿过线路通过孔132与加热温度控制单元相连接，加热温度控制单元能够在限温传感器62检测到的加热器61内部温度达到设定温度时切断加热器61的电源供应，从而控制加热器61产生的最高温度，防止过高的温度导致波纹管组件8的损坏。
51.控温传感器63设置在加热器61的周边区域，当波纹管组件8安装在固定端试验接头13上时，控温传感器63位于波纹管组件8内接近波纹管组件8壁部的位置，使得波纹管组件8检测到的温度更加接近波纹管组件8的温度。控温传感器63的检测信号通过信号线穿过线路通过孔132与加热温度控制单元相连接，加热温度控制单元的内部设置有pid控制器，能够将控温传感器63检测到的温度与设定温度相比较，经过pid运算后，输出0-100%模拟量信号控制连接在加热器61供电电路上的可控硅scr，精确控制加热器61的供电电流，从而精确地控制加热器61产生的温度，将波纹管组件8的温度控制为设定温度。
52.在线路布设完成后，可以使用密封胶将线路通过孔132封闭，防止波纹管组件8内的压力气体通过线路通过孔132逸出，保持波纹管组件8内气体压力的稳定。
53.在本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置的一些实施例中，如图4所示，活动端连接机构2包括活动连接杆21和活动端试验接头22，扭转机构3包括扭转电机31、减速机32、扭力限制器33和扭矩传感器34。
54.活动端试验接头22上设置有用于与波纹管组件8的端部相连接的圆形凸台，波纹管组件8的端部可以通过焊接连接的方式固定在活动端试验接头22上，形成波纹管组件8与活动端试验接头22之间的密封。活动端试验接头22与活动连接杆21的一端固定连接，活动连接杆21的另一端与扭矩传感器34相连接。扭转电机31与减速机32相连接，扭力限制器33连接在扭矩传感器34与减速机32之间。
55.扭矩传感器34能够检测活动连接杆21上的旋转扭矩，并将检测结果传送给扭转电机31的控制机构，控制扭转电机31的工作状态，从而对活动连接杆21的旋转扭矩进行控制。扭力限制器33也称为扭矩限制器、安全联轴器或者安全离合器，能够在减速机32输出的扭矩超过设定值时产生联结滑动，限制传递到活动连接杆21扭力，并在减速机32输出的扭矩恢复正常时自行恢复联结，防止过大的扭力导致波纹管组件8的机械损坏。
56.在本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置的一些实施例中，如图5所示，xy位移平台4包括x向导轨单元41、x向驱动单元42、x向滑动台43、y向导轨单元44、y向驱动单元45和y向滑动台46。
57.x向导轨单元41固定设置，通常水平固定在工作台架5上，并沿x方向延伸。x向滑动台43安装在x向导轨单元41上，并能够在x向导轨单元41上作x向平移运动。x向驱动单元42
通常固定在工作台架5上， 并与x向滑动台43相连接，x向驱动单元42能够产生驱动力驱动x向滑动台43在x向导轨单元41上运动。
58.y向导轨单元44水平固定在x向滑动台43上，沿y方向延伸。y向滑动台46安装在y向导轨单元44上，并且能够在y向导轨单元44的限定下作y向平移运动。y向驱动单元45固定在x向滑动台43上，并且与y向滑动台46相连接，y向驱动单元45能够产生驱动力驱动y向滑动台46相对于x向滑动台43沿y向导轨单元44限定的方向作y向运动。
59.作为本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置的一种具体实施方式，如图5和图6所示，x向导轨单元41包括x向滑轨411和x向滑块412。x向滑轨411设置有至少两个，至少两个x向滑轨411间隔固定在工作台架5上，且沿x方向平行设置。x向滑块412设置在x向滑轨411上，并且能够沿x向滑轨411的长度方向滑动。在每个x向滑轨411上设置有至少两个x向滑块412。在一个具体实施例中，xy位移平台4还包括位移平台安装板47，位移平台安装板47固定在工作台架5上，x向滑轨411设置有两个，两个x向滑轨411平行固定在位移平台安装板47的相对两侧部位，并通过位移平台安装板47固定在工作台架5上。在每个x向滑轨411上设置有两个x向滑块412，两个x向滑块412在x向滑轨411上间隔设置。
60.x向滑动台43设置在x向导轨单元41的上方，且固定连接在x向滑块412上。具体地，可以在x向滑动台43与x向滑块412之间设置x向中间连接块413，x向中间连接块413的底部通过连接螺栓与x向滑块412固定连接，顶部通过连接螺栓与x向滑动台43固定连接，x向中间连接块413的设置能够增加x向滑动台43与位移平台安装板47之间的空间，以能够利用该空间安装x向驱动单元42。
61.x向驱动单元42包括x向滚珠丝杠421、x向驱动电机422、x向驱动盒423和x向驱动连接块424。x向驱动盒423固定在x向滑动台43的下方，相邻的两个x向导轨单元41之间。通常x向驱动盒423固定在位移平台安装板47上，且位于平台安装板47的中部，与x向导轨单元41平行设置。x向滚珠丝杠421设置在x向驱动盒423内，且与设置在x向驱动盒423端部的x向驱动电机422相连接。x向驱动连接块424的中部位于x向驱动盒423内，与x向滚珠丝杠421的螺母相连接，x向驱动连接块424的两侧伸出x向驱动盒423，与x向滑动台43固定连接。x向驱动电机422可以使用伺服电机，当x向驱动电机422旋转时能够驱动x向滚珠丝杠421旋转，从而驱动x向滚珠丝杠421的螺母沿x向平移，并通过x向驱动连接块424驱动x向滑动台43沿x向移动。
62.如图5和图7所示，y向导轨单元44包括y向滑轨441和y向滑块442。y向滑轨441设置有至少两个，至少两个y向滑轨441间隔固定在x向滑动台43上，并且在x向滑动台43上沿y方向平行设置。y向滑块442设置在y向滑轨441上，并且能够沿y向滑轨441的长度方向滑动。在每个y向滑轨441上设置有至少两个y向滑块442。在一个具体实施例中，在x向滑动台43的两侧部位平行设置有两个y向滑轨441，在每个y向滑轨441上设置有两个y向滑块442，两个y向滑块442在y向滑轨441上间隔设置。
63.y向滑动台46设置在y向导轨单元44的上方，且固定连接在y向滑块442上。具体地，可以在y向滑动台46与y向滑块442之间设置y向中间连接块443，y向中间连接块443的底部通过连接螺栓与y向滑块442固定连接，y向滑动台46通过连接螺栓固定连接在y向中间连接块443的顶部。y向中间连接块443的设置能够增加y向滑动台46与x向滑动台43之间的空间，以能够利用该空间安装y向驱动单元45。
64.y向驱动单元45包括y向滚珠丝杠451、y向驱动电机452、y向驱动盒453和y向驱动连接块454。y向驱动盒453固定在y向滑动台46的下方，且位于相邻的两个y向导轨单元44之间。y向驱动盒453固定在x向滑动台43上，且位于x向滑动台43的中部，与y向导轨单元44平行设置。y向滚珠丝杠451设置在y向驱动盒453内，且与设置在y向驱动盒453端部的y向驱动电机452相连接。y向驱动连接块454的中部位于y向驱动盒453内，与y向滚珠丝杠451的螺母相连接，y向驱动连接块454的两侧伸出y向驱动盒453，与y向滑动台46固定连接。y向驱动电机452可以使用伺服电机，当y向驱动电机452旋转时能够驱动y向滚珠丝杠451旋转，从而驱动y向滚珠丝杠451的螺母沿y向平移，并通过y向驱动连接块454驱动y向滑动台46沿y向移动。
65.在本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置的一些实施例中，如图1和图2所示，本技术的波纹管多维综合疲劳试验装置还包括哈弗卡紧结构7。哈弗卡紧结构7通常包括两个夹紧片，每个夹紧片包括一个半圆形的管道夹紧部71和连接在管道夹紧部71一侧的侧面连接部72。
66.波纹管组件8通常也包括波纹管81、连接法兰82和加强圈83，连接法兰82和加强圈83分别连接在波纹管81的两端，构成了连接在波纹管81两端的接管。在重水反应堆使用的波纹管组件8中，连接法兰82和加强圈83上分别设置有一个用于与重水反应堆中其他结构相配合的凹槽，凹槽底部的接管厚度仅为1.65mm，通常难以承受疲劳试验机作用在波纹管组件8上的偏移力和扭转力，容易导致波纹管组件8在疲劳试验过程中的损坏。
67.本实施例中，将哈弗卡紧结构7两个夹紧片的管道夹紧部71放置在连接法兰82和加强圈83，也就是接管的外侧，并且使得管道夹紧部71覆盖凹槽的两侧，使用螺栓紧固两个夹紧片，使得管道夹紧部71夹紧接管的外壁，构成对凹槽处接管结构的加强。其中，紧固在连接法兰82上的哈弗卡紧结构7的侧面连接部72通过螺杆与固定端试验接头13相连接，或者通过螺杆同时与固定端试验接头13和固定架11相连接；紧固在加强圈83上的哈弗卡紧结构7的侧面连接部72通过螺杆与活动端试验接头22相连接。这样就能够将活动端试验接头22传递来的拉伸力、侧向偏移力和扭转力跨越凹槽传递到接管的另一端，作用在波纹管81上，形成波纹管81的拉伸、侧向偏移和扭转，避免了接管在试验过程中的损坏。
68.本技术的波纹管多维综合疲劳试验的试验方法，可以用于对本技术任一实施例的波纹管多维综合疲劳试验装置进行试验。如图8所示，该方法包括如下步骤：s10：将波纹管组件8的两端分别固定在固定端连接机构1和活动端连接机构2上，使得波纹管组件8的一端保持固定，另一端能够随活动端连接机构2运动。
69.具体地，可以将波纹管组件8一端的接管焊接在固定端连接机构1的固定端试验接头13上，形成接管与固定端试验接头13之间的密封；将波纹管组件8另一端的接管焊接在活动端连接机构2的活动端试验接头22上，形成接管与活动端试验接头22之间的密封。
70.s20：控制xy位移平台4沿x向运动，具体地，控制x向驱动电机422转动，驱动x向滚珠丝杠421的螺母沿x向移动，以驱动x向滑动台43向远离固定端连接机构1的方向移动，通过y向滑动台46、扭转机构3和活动端连接机构2驱动波纹管组件8拉伸，在波纹管组件8轴向伸长第一设定长度，如15.9mm后，控制x向驱动电机422反向转动，使得波纹管组件8的长度回复到本次拉伸前的状态。
71.s30：控制xy位移平台4沿y向运动，具体地，控制y向驱动电机452转动，驱动y向滚
珠丝杠451的螺母沿y向移动，以驱动y向滑动台46向一侧y方向移动，通过扭转机构3和活动端连接机构2驱动波纹管组件8的一端横向偏移，在波纹管组件8的一端横向偏移设定距离，如1.27mm后，控制y向驱动电机452反向转动，使得波纹管组件8的偏移端回复到横向偏移前的状态。
72.s40：控制扭转机构3运动，具体地，控制扭转电机31旋转，经过减速机32的减速后，经过扭力限制器33限制最大扭转力后，再经过扭转传感器34、活动连接杆21和活动端试验接头22传递、施加在波纹管组件8的一端，对波纹管组件8施加设定大小，如169.5n
·
m的扭转力，使得波纹管组件8产生扭转。当波纹管组件8扭转停止后，控制扭转电机31反向旋转，使得波纹管组件8回复到扭转前的状态。
73.或者，控制扭转电机31旋转，使得波纹管组件8的一端扭转设定角度，如1/3
°
，并且通过监控扭转传感器34检测到的扭矩值，保证扭转值不超过169.5n
·
m。波纹管组件8的一端扭转设定角度可以通过传感器检测得到，也可以通过减速机32的减速比计算得到扭转电机31的旋转角度，并通过对扭转电机31的旋转角度进行控制得到。当波纹管组件8扭转停止后，控制扭转电机31反向旋转，使得波纹管组件8回复到扭转前的状态。
74.s50：依次重复所述s20、s30和s40设定次数，如2975次，进行波纹管组件8的循环寿命试验。
75.s60：循环载荷试验结束后，对经过循环寿命试验的波纹管组件进行如下检验试验：1) 采用氦检漏方式的进行压力试验和泄漏检测。具体地，在真空箱中将纯度为99.95%的氦气充入波纹管组件8内，充气压力413.7kpa，维持15 分钟，检测真空箱中氦气泄漏量，计算波纹管组件8的泄漏率，如泄漏率不超过1
×
10-6
cc/sec，即判断为合格。
76.2) 对波纹管组件8上波纹管81与两侧接管之间的焊缝进行液体渗透检测，如未检测到泄漏液体，即判断为合格。
77.3) 使用游标卡尺对波纹管组件8进行尺寸检测，为检测到尺寸变化判断为合格。
78.如全部检测结果均为合格，判断为循环寿命试验合格。
79.在本技术的波纹管多维综合疲劳试验的试验方法的一些实施例中，如图8所示，在s10与s20之间还包括s15：通过通气孔131向波纹管组件8内充入设定压力，如96.5kpa以上的压力气体，同时启动加热机构6将波纹管组件8加热到设定温度，如305℃
±
5℃，使得波纹管组件8的循环寿命试验在一定压力、一定温度的条件下进行。
80.在本技术的波纹管多维综合疲劳试验的试验方法的一种优选实施例中，如图8所示，本技术的波纹管多维综合疲劳试验的试验方法还包括如下步骤：s70：控制xy位移平台4运动，将循环寿命试验合格的波纹管组件8先拉长第二设定长度，如76.2mm，再通过通气孔131向波纹管组件8内充入设定压力，如96.5kpa以上的高压气体，并将波纹管组件8加热到设定温度，如305℃
±
5℃。
81.s80：依次重复所述s20、s30和s40，直至波纹管组件损坏，获取损坏循环次数。波纹管组件8的损坏，包括波纹管组件8肉眼可见的变形、波纹管组件8的破裂和波纹管组件8泄漏导致内部压力的明显下降。
82.在本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“具体实施例”、
ꢀ“
优选实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少
一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
83.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种波纹管多维综合疲劳试验装置，其特征在于：包括固定端连接机构（1）、活动端连接机构（2）、扭转机构（3）和xy位移平台（4），所述固定端连接机构（1）固定设置，且适于与波纹管组件的端部固定连接，所述活动端连接机构（2）连接在所述扭转机构（3）上，且适于与所述波纹管组件的端部固定连接，所述扭转机构（3）设置在所述xy位移平台（4）上，且能够在产生往复扭转运动，所述xy位移平台（4）能够产生x向、y向平移运动。2.根据权利要求1所述的波纹管多维综合疲劳试验装置，其特征在于：还包括工作台架（5），所述固定端连接机构（1）包括固定架（11）、固定连接杆（12）和固定端试验接头（13），所述固定架（11）和xy位移平台（4）均固定设置在所述工作台架（5）上，所述固定连接杆（12）的一端与所述固定端试验接头（13）固定连接，另一端安装在所述固定架（11）上，所述固定端试验接头（13）上设置有用于向所述波纹管组件内充入压力气体的通气孔（131），且能够与所述波纹管组件的端部固定连接，以形成与所述波纹管组件之间的密封。3.根据权利要求2所述的波纹管多维综合疲劳试验装置，其特征在于：还包括加热机构（6），所述加热机构（6）包括加热器（61）、限温传感器（62）、控温传感器（63）和加热温度控制单元，所述固定端试验接头（13）上还设置有线路通过孔（132），所述加热器（61）设置在所述固定端试验接头（13）上与所述固定连接杆（12）相对的一侧，所述限温传感器（62）设置在所述加热器（61）的内部，所述控温传感器（63）设置在所述加热器（61）的周边区域，所述加热器（61）、限温传感器（62）和控温传感器（63）均通过所述线路通过孔（132）与所述加热温度控制单元电连接。4.根据权利要求1所述的波纹管多维综合疲劳试验装置，其特征在于：所述活动端连接机构（2）包括活动连接杆（21）和活动端试验接头（22），所述扭转机构（3）包括扭转电机（31）、减速机（32）、扭力限制器（33）和扭矩传感器（34），所述活动端试验接头（22）适于与波纹管组件的端部固定连接，所述活动连接杆（21）的一端与所述活动端试验接头（22）固定连接，另一端与所述扭矩传感器（34）相连接，所述减速机（32）与所述扭转电机（31）相连接，所述扭力限制器（33）连接在所述扭矩传感器（34）与所述减速机（32）之间。5.根据权利要求1所述的波纹管多维综合疲劳试验装置，其特征在于：所述xy位移平台（4）包括x向导轨单元（41）、x向驱动单元（42）、x向滑动台（43）、y向导轨单元（44）、y向驱动单元（45）和y向滑动台（46），所述x向导轨单元（41）固定设置，所述x向滑动台（43）设置在所述x向导轨单元（41）上，且与x向驱动单元（42）相连接，以能够在所述x向驱动单元（42）的驱动下在所述x向导轨单元（41）上作x向运动，所述y向导轨单元（44）固定设置在所述x向滑动台（43）上，所述y向滑动台（46）设置在所述y向导轨单元（44）上，且与y向驱动单元（45）相连接，以能够在所述y向驱动单元（45）的驱动下在所述y向导轨单元（44）上作y向运动。6.根据权利要求5所述的波纹管多维综合疲劳试验装置，其特征在于：所述x向导轨单元（41）包括x向滑轨（411）和滑动设置在所述x向滑轨（411）上的x向滑块（412），所述x向滑轨（411）固定设置，且设置有至少两个，每个所述x向滑轨（411）上设置有至少两个所述x向滑块（412），所述x向滑动台（43）与所述x向滑块（412）固定连接，所述x向驱动单元（42）包括x向滚珠丝杠（421）、x向驱动电机（422）、x向驱动盒（423）和x向驱动连接块（424），所述x向滚珠丝杠（421）设置在所述x向驱动盒（423）内，且所述x向滚珠丝杠（421）与所述x向驱动电机（422）相连接，所述x向驱动连接块（424）的一端与所述x向滚珠丝杠（421）相连接，另一端伸出所述x向驱动盒（423）与所述x向滑动台（43）相连接；所述y向导轨单元（44）包括y向滑
轨（441）和滑动设置在所述y向滑轨（441）上的y向滑块（442），所述y向滑轨（441）固定设置在所述x向滑动台（43）上，且设置有至少两个，每个所述y向滑轨（441）上设置有至少两个所述y向滑块（442），所述y向滑动台（46）与所述y向滑块（442）固定连接，所述y向驱动单元（45）包括y向滚珠丝杠（451）、y向驱动电机（452）、y向驱动盒（453）和y向驱动连接块（454），所述y向滚珠丝杠（451）设置在所述y向驱动盒（453）内，且所述y向滚珠丝杠（451）与所述y向驱动电机（452）相连接，所述y向驱动连接块（454）的一端与所述y向滚珠丝杠（451）相连接，另一端伸出所述y向驱动盒（453）与所述y向滑动台（46）相连接。7.根据权利要求1-6中任一项所述的波纹管多维综合疲劳试验装置，其特征在于：还包括哈弗卡紧结构（7），所述哈弗卡紧结构（7）固定在所述波纹管组件的接管上，且与所述固定端连接机构（1）或者活动端连接机构（2）相连接。8.一种波纹管多维综合疲劳试验的试验方法，利用根据权利要求1-7中任一项所述的波纹管多维综合疲劳试验装置进行试验，其特征在于：包括如下步骤：s10：将所述波纹管组件的两端分别固定在所述固定端连接机构（1）和活动端连接机构（2）上；s20：控制所述xy位移平台（4）运动，使得所述波纹管组件轴向伸长第一设定长度后再回复到初始状态；s30：控制所述xy位移平台（4）运动，使得所述波纹管组件横向偏移设定距离后再回复到初始状态；s40：控制所述扭转机构（3）运动，对所述波纹管组件施加设定大小的扭转力，使得所述波纹管组件产生扭转，或者使得所述波纹管组件扭转设定角度，再回复到初始状态；s50：依次重复所述s20、s30和s40设定次数，对所述波纹管组件进行循环寿命试验；s60：对所述波纹管组件进行压力试验、泄漏试验和尺寸检测，判断循环寿命试验结果。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在所述s10与所述s20之间还包括：s15：通过所述通气孔（131）向所述波纹管组件内充入设定压力的压力气体，并启动所述加热机构（6）将所述波纹管组件加热到设定温度。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：s70：控制所述xy位移平台（4）运动，将循环寿命试验合格的所述波纹管组件拉长第二设定长度，向所述波纹管组件内充入设定压力的高压气体，并将所述波纹管组件加热到设定温度；s80：依次重复所述s20、s30和s40，直至所述波纹管组件损坏，获取损坏循环次数。

技术总结
本申请涉及一种波纹管多维综合疲劳试验装置及试验方法，其涉及疲劳试验领域，该波纹管多维综合疲劳试验装置包括固定端连接机构、活动端连接机构、扭转机构和XY位移平台，所述固定端连接机构固定设置，且适于与波纹管组件的端部固定连接，所述活动端连接机构连接在所述扭转机构上，且适于与所述波纹管组件的端部固定连接，所述扭转机构设置在所述XY位移平台上，且能够在产生往复扭转运动，所述XY位移平台能够产生X向、Y向平移运动，能够产生波纹管的拉伸、偏移和扭转复合运动，进行针对性的多维综合疲劳试验。本申请还涉及一种波纹管多维综合疲劳试验方法。综合疲劳试验方法。综合疲劳试验方法。


技术研发人员：王世杰 邵长磊 蒋恩 刘刚 张鹏 陈爱祥 艾卫江 郭宝超 刘增瑞 陈斌虎 杨义忠 施誉
受保护的技术使用者：南京知行管业有限公司 上海第一机床厂有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/6