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壓力管道元件型式試驗簡介,江蘇省特檢院 繆春生,壓力管道元件型式試驗,背景資料： 型式試驗評價安全性能已經(jīng)是一種趨勢。如飛機、核電站、軍用武器、承壓設備等。 承壓設備中ASME、歐盟承壓指令（ 97/23 / EC）都有型式試驗的規(guī)定。但下列是熱點問題： 型式試驗內(nèi)涵？本質是什么？由此得出必須進行型式試驗的產(chǎn)品？ 抽樣問題？特別是小子樣問題？ 型式試驗的覆蓋范圍？,壓力管道元件型式試驗,我國壓力管道元件的制造質量狀況。壓力管道的事故統(tǒng)計表明：由于壓力管道元件制造質量引起的安全事故占27。 國家質檢總局下達了壓力管道元件型式試驗方法的研究（KJ200308)。并于2004年5月下達了編制壓力管道元件型式試驗監(jiān)督管理規(guī)則的安全技術規(guī)范工作。主要任務是通過影響產(chǎn)品質量的因素分析，解決：,壓力管道元件型式試驗,（1）哪些壓力管道元件必須進行型式試驗？ （2）必須進行型式試驗的壓力管道元件的試驗項目有哪些？ （3）已經(jīng)進行型式試驗的壓力管道元件產(chǎn)品能否覆蓋其它產(chǎn)品？其覆蓋的范圍如何？ （4）采用抽樣方式進行的型式試驗，其試驗的置信度如何？ （5）單件生產(chǎn)的產(chǎn)品和批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，其型式試驗方法、抽樣等有何差異？,內(nèi)容目錄,一、型式試驗的內(nèi)涵 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品的確定 三、型式試驗的覆蓋范圍的確定 四、抽樣規(guī)則與試驗置信度 五、典型型式試驗項目的試驗方法與驗收要求 六、型式試驗的程序 七、若干問題的討論,壓力管道元件型式試驗簡介 一、型式試驗的內(nèi)涵,型式試驗（Type-Test或Type- Examination）的內(nèi)涵在特種設備監(jiān)察條例條文解釋中是這樣規(guī)定的： 國務院特種設備安全監(jiān)督管理部門指定的檢驗檢測機構對產(chǎn)品、部件是否滿足安全要求而進行的全面技術審查、檢驗測試，必要時可進行破壞性試驗。目的是審查被設計、制造的特種設備是否存在不能滿足安全性能的缺陷，驗證制造企業(yè)生產(chǎn)符合安全性能的產(chǎn)品的能力。,壓力管道元件型式試驗簡介 一、型式試驗的內(nèi)涵,在歐盟97/23/EC指令附錄中給定的型式檢驗（EC type-Examination）的含義是： 指定機構確定和證明有關產(chǎn)品的代表性樣品（在歐盟97/23/EC中稱之為“型式” ）符合其適用條款，指定機構進行或完成有關的檢驗和必要試驗，確定制造商是否對已選擇采用的相關標準得到了應用。 我國型式試驗的概念類似于型式認可（conformity to type),壓力管道元件型式試驗簡介 一、型式試驗的內(nèi)涵,據(jù)此型式試驗的內(nèi)涵體現(xiàn)在以下幾方面： （1）型式試驗的內(nèi)容：其試驗內(nèi)容是對壓力管道元件的設計和制造進行全面技術審查、檢驗測試、必要時可進行破壞性試驗。 （2）型式試驗的目的是確定產(chǎn)品是否滿足安全要求，驗證制造企業(yè)生產(chǎn)符合安全性能的產(chǎn)品的能力，但不僅限于產(chǎn)品的安全性能，而是一種全面的技術審查和性能測試。,壓力管道元件型式試驗簡介 一、型式試驗的內(nèi)涵,（3）型式試驗的方法或方式有很多種，如進行全面技術審查、檢驗測試、破壞性試驗。 （4）型式試驗的機構必須被核準或授權。 （5）型式試驗不是產(chǎn)品的出廠檢驗，而在于當產(chǎn)品的功能在正常的出廠檢驗時無法得到驗證的情況下的一種試驗。因此，型式試驗屬于產(chǎn)品的可靠性試驗。,壓力管道元件型式試驗簡介 一、型式試驗的內(nèi)涵,可靠性試驗與出廠檢驗不同，前者對裝置或零部件是否在規(guī)定時間內(nèi)符合一定可靠性指標提供了保證，后者僅是對產(chǎn)品的性能參數(shù)測定其是否符合出廠指標，所以兩者的目的和要求不同，必須加以區(qū)分。 由于型式試驗的時機是在產(chǎn)品出廠且在使用前，因此，型式試驗所反映的是產(chǎn)品的固有可靠性。,壓力管道元件型式試驗簡介 一、型式試驗的內(nèi)涵,（6）壓力管道元件的型式試驗是為了驗證產(chǎn)品的設計、制造是否達到規(guī)定的最低的可靠性要求，一般在實驗室的條件下進行，所以屬于可靠性驗證試驗（Reliability Compliance Test）中的可靠性鑒定試驗（Reliability Qualification Test）。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,1、一般原則： 產(chǎn)品的固有可靠性主要包括產(chǎn)品設計的可靠性RD、制造工藝可靠性RM，產(chǎn)品檢驗可靠性RT等，即 R = RD RM RT 根據(jù)型式試驗的內(nèi)涵，對涉及產(chǎn)品固有可靠性的因素應當規(guī)定是否進行型式試驗?；谙铝性瓌t，確定必須進行型式試驗的壓力管道元件的產(chǎn)品：,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,（1） 壓力管道元件的結構復雜，設計計算的模型需要進行設計驗證的產(chǎn)品。 如波紋管膨脹節(jié)。為了適應工程設計需要大多采用工程近似方法進行設計，如美國膨脹節(jié)制造商協(xié)會（EJMA）、美國ASME、日本JIS B8277、JIS B2352、GB/T12777等，在這些標準中大多提出了對設計公式進行驗證的要求，所以必須進行型式試驗。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,（2） 制造工藝對產(chǎn)品性能的影響難以定量描述，需要對其制造工藝進行驗證的壓力管道元件 如三通。不論液壓脹形還是熱壓成形，三通的外形均靠模具內(nèi)腔尺寸保證，也就是說可以用模具直接實現(xiàn)三通肩部的轉角半徑，不同轉角半徑具有不同肩部壁厚。因此，對于三通的制造工藝必須進行驗證，以證明其制造工藝能使三通具有與之相連接的管相同的強度。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,（3）、壓力管道元件的主要功能作用不能通過出廠檢驗確定是否滿足要求，必須采用型式試驗給予驗證的產(chǎn)品。 如GB12243彈簧直接載荷式安全閥中規(guī)定（4.1.1條）：新設計的或改變設計的產(chǎn)品，定型時應進行殼體強度、密封性、整定壓力、排放壓力或超過壓力、回座壓力或啟閉壓力差、開啟高度、機械特性、排量或排量系數(shù)。而出廠檢驗只進行前3項的試驗。 類似產(chǎn)品如埋地保溫管、絕緣法蘭等。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,2、必須進行型式試驗的典型壓力管道元件的說明 （1）金屬管、管件、支承件及其組合裝置典型產(chǎn)品的說明 規(guī)定下列產(chǎn)品應當進行型式試驗： （一）管件（彎頭、三通、四通）；(二)直埋式保溫管及其管件；(三)真空絕熱管及其管件；(四)組合裝置或設備（過濾器、阻火器）；(五)絕緣法蘭（接頭）；(六)彈簧吊架。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,A、關于壓力管道用金屬管與管件的說明 壓力管道用金屬管由于受力狀態(tài)簡單且其失效模式單一，除非特種設備安全監(jiān)察機構有要求時，無需進行型式試驗。 但是：因為直埋式保溫管、真空絕熱管絕大部分是與其管件組合出廠，同時，由于其結構設計影響其產(chǎn)品的保溫功能和熱補償，而熱補償對管系的應力有影響。因此，直埋式保溫管及其管件、真空絕熱管及其管件是必須進行型式試驗。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,壓力管道用管件：在工程上，根據(jù)其連接形式分為對焊管件、承插管件和螺紋管件。 由于承插管件的強度裕度較大，螺紋管件大多在壓力不高、無腐蝕性、無毒的介質下使用，且其失效主要與其連接接頭的可靠性有關，也不作型式試驗的要求。 對焊管件中由于異徑管（大小頭）和管帽的設計計算和制造簡單。而彎頭、三通、四通的制造工藝需要驗證，所以只規(guī)定彎頭、三通、四通等進行型式試驗。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,彎頭的制造方法有:熱推與冷擠,這兩種方法都是利用金屬的變形特點來實現(xiàn)的。其變形過程中的物理模型是：,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,典型的熱推工藝分為： 擴徑和彎曲 。 為保證彎頭的質量， 管坯尺寸與彎頭尺寸 的配套問題。 尤其是彎頭 的壁厚變化。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,三通的制造工藝：無縫三通的制造目前主要采用無縫鋼管進行液壓脹形和熱壓成形這兩種成形工藝。 液壓脹形是用專用液壓機將與三通等直徑的管段放入模具中，向管段內(nèi)注油，通過左右兩端模具運動加壓而脹出支管。支管的金屬是靠管段軸向運動進行補償?shù)玫剑址Q軸向補償。 熱壓成形是將大于三通直徑的管段先壓扁約至三通直徑的高度，局部加熱后在模具中擠壓出支管而成形。支管的金屬是靠管段徑向流動進行補償?shù)?，又稱徑向補償。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,熱沖壓的工藝流程是：,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,三通的壁厚與肩部的半徑有關、管材的壁厚有關、與液壓脹形的壓力有關，因此采用不同的工藝可能有不同的結果。 三通壁厚的變化規(guī)律復雜，ASME的結果。 實驗研究結果： 結論：由于 壁厚變化，所以必須 進行型式試驗。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,B、壓力管道用閥門的型式試驗產(chǎn)品 (一)用于毒性程度為極度、高度、中度或者可燃流體介質和電站用高溫高壓的通用閥門 （閘閥、截止閥、球閥、蝶閥、旋塞閥）；(二)低溫閥門（閘閥、截止閥、球閥）；(三)緊急切斷閥；(四)調(diào)壓閥（減壓閥、調(diào)節(jié)閥）； (五)安全閥。 對疏水閥，由于使用工況，不作型式試驗的規(guī)定。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,C、壓力管道用補償器的型式試驗產(chǎn)品 壓力管道用補償器是壓力管道的一個薄弱環(huán)節(jié)，其設計的力學模型中有很多的假設條件，有的假設與實際情況相差甚大；制造較為復雜且對安全性能的影響極大，因此，規(guī)定了壓力管道用補償器中應進行型式試驗。 規(guī)定了幾種典型產(chǎn)品的型式試驗。(一)波紋管膨脹節(jié)； (二)金屬軟管；(三)套管式補償器、旋轉式補償器。,壓力管道元件型式試驗簡介 二、必須進行型式試驗的產(chǎn)品,D、非金屬材料制壓力管道元件 必須進行型式試驗的壓力管道用非金屬管材、管件和閥門，其典型的產(chǎn)品有： 非金屬PE、鋁塑復合管、鋼骨架PE復合管管材，非金屬PE管件（插口管件、電熔承口管件、鞍型旁通），非金屬PE閥門,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,壓力管道元件種類繁雜、規(guī)格眾多，對每一品種、每一規(guī)格的產(chǎn)品都進行型式試驗顯然是不可能的，也是不必要的，討論如何科學合理地開展壓力管道的型式試驗工作非常重要。 在97/23/EC指令附錄中認為：一種“型式”可涵蓋幾種變形的壓力設備，只要它們之間的差別不影響安全等級。但是沒有規(guī)定其“涵蓋”的范圍，因此只能作為一種原則，不具有可操作性。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,1、壓力管道元件型式試驗的替代原則 壓力管道元件型式試驗的替代原則是給出其覆蓋范圍的基礎，在本規(guī)則中提出的壓力管道元件型式試驗的替代原則是： 與產(chǎn)品的型式試驗具有相同或相近的安全裕度，或具有相同或相近的可靠度，這種安全裕度與壓力管道元件的失效模式有關。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,不能完成規(guī)定的功能即為失效，其失效應包括： 壓力管道元件的工藝過程的功能喪失 安全性能不滿足要求。 工藝過程功能的概念。 固有可靠性的概念,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,2、壓力管道元件型式試驗覆蓋范圍的實施 利用試驗單元，限定某些參量。在試驗單元內(nèi)討論覆蓋范圍。 （1）、試驗單元：根據(jù)替代原則，首先將具有相同或相近的功能作用，具有相同或相近的設計方法，具有相同或相近的制造方法，具有相同或相近的失效模式，具有相同或相近的結構型式的產(chǎn)品歸類，在規(guī)則中簡稱為試驗單元；,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,將壓力管道元件的過程作用大致劃分為五組，： 第一組：壓力管道用金屬管、管件及其組合裝置， 第二組：壓力管道用非金屬管材、管件和閥門， 第三組：壓力管道用金屬閥門， 第四組：壓力管道用補償器、波紋管膨脹節(jié)、金屬 軟管等柔性元件， 第五組：壓力管道用密封元件。 分別用、表示。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,（2）、確定覆蓋范圍。 對每一試驗單元內(nèi)的元件產(chǎn)品，分析其失效的主要因素及其對可靠性和功能的影響，確定其影響失效的主要因素參量并給定其參量的范圍，使得同試驗單元內(nèi)的壓力管道元件在這一范圍內(nèi)具有相同或相近的安全裕量或可靠度，這一范圍即為壓力管道元件型式試驗的覆蓋范圍。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,設某一產(chǎn)品的可靠度為R，影響該產(chǎn)品可靠度的因素有， 該結構的極限狀態(tài)方程為 。 對于第i個因素xi的靈敏系數(shù)為,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,以強度失效為例： 對于強度失效而言，其內(nèi)壓引起的應力極限方程為： ，D分別為型式試驗試件的壁厚和直徑；P為型式試驗試件的試驗壓力；b為型式試驗試件的材料拉伸強度。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,則有： 通過數(shù)值分析可知 D、較大 ，對上述4式進行數(shù)值分析，其覆蓋范圍可轉化為：D/和D兩參數(shù)。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,3、常用元件的覆蓋范圍確定 （1）壓力管道用金屬管、管件及其組合裝置的試驗單元與覆蓋范圍 這組產(chǎn)品的主要失效模式大致可分為：強度失效和功能失效（如過濾、阻火、保溫、絕熱、絕緣等）。 對于強度失效是以彎頭和三通的強度失效為基礎。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,彎頭與三通的失效模式、設計計算的公式不相同，彎頭的爆破口是在內(nèi)弧處，對于三通的爆破口是在曲率變化處，劃分為二個不同的試驗單元，但三通與四通的失效模式和設計計算公式相同，因此劃分為一個單元。 彎頭：覆蓋范圍的主要因素是： 應力的分布特點 制造工藝對其質量的影響,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,彎頭的應力分布取決于彎頭的壁厚與其內(nèi)直徑的比值（So/Di）和彎頭的彎曲半徑與其內(nèi)直徑的比值（R/Di）兩個參數(shù)，彎頭（So/Di 越大其應力的不均勻性越大；彎頭R/Di越小其應力的不均勻性越大，當R/Di大于5時，其應力的不均勻性可以忽略。 圖：,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,彎頭大多采用熱推制和冷擠壓（熱處理、無熱處理）的方法進行制造，在推制和擠壓過程中，彎頭的內(nèi)側壁厚增加而外側壁厚減薄，且隨著彎頭內(nèi)直徑的增大這種不均勻現(xiàn)象愈嚴重。 綜上所述，其覆蓋范圍的控制參數(shù)是： 彎頭的壁厚與其內(nèi)直徑的比值（So/Di） 彎頭的內(nèi)直徑 彎頭的彎曲半徑 不同的制造方法,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,本規(guī)則根據(jù)以上的失效模式及其影響因素的分析，按照前述之公式。參照ANSI 16.9給定了彎頭和三通的覆蓋范圍，即： 同時滿足下列規(guī)格尺寸的彎頭DN （1）0.5DN*DN2DN* （2）0.5*/DN*/DN3*/DN* *、DN*為型式試驗的樣品（試件）的公稱壁厚和直徑 具有和樣品（試件）相同或相近的加工工藝（冷、熱成形方法及其熱處理的組合） 具有較樣品（試件）彎頭更大的彎曲半徑。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,彎頭型式試驗覆蓋范圍的試驗驗證： 江蘇省鍋檢所型式試驗中心，承擔了型式試驗方法研究的課題，對上述的覆蓋范圍開展了：有限元分析和試驗驗證，證明是正確的。 試驗結果表明：經(jīng)過近100批的試驗，在覆蓋范圍內(nèi)的產(chǎn)品的試驗合格率近96%。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,三通或四通 覆蓋范圍的影響因素：應力分布、制造工藝 三通的應力分布比較復雜， 迄今為止，尚沒有解析解。 大多進行有限元分析 和試驗研究中。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,三通的應力大小除取決于三通肩部曲率半徑與主管半徑的比值（r/R）以及肩部的壁厚外， 還取決于三通主管的壁厚。 因此可以推斷：由于擠壓 三通在肩部有一個轉角， 其應力分布優(yōu)于焊制三通。 壁厚相同條件下，肩部 半徑越大，擠壓三通的極限載 荷越小。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,但實際上，擠壓三通的壁厚 是不均勻的，我國的有關規(guī)范沒 有規(guī)定主、支管肩部半徑大小 和三通的整體形狀，不同制造 商、不同制造方法生產(chǎn)的三通 各部位的尺寸不盡相同，尤其 是各部位的壁厚和肩部半徑。 因此擠壓三通的強度特性尚取 決于各制造商的制造方法與工藝。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,目前國內(nèi)的三通制造大都采用: 液壓脹形 熱壓成形 在三通的各部位引起了壁厚的不均勻，由于加工硬化都使得三通肩部的壁厚增加，從而改善了三通的應力分布。 試驗結果表明：三通肩部曲率半徑與主管半徑的比值（r/R）越小其壁厚增加得越多，從而提高了三通的承載能力。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,綜上所述，其覆蓋范圍的控制參數(shù)是： 三通主管的壁厚與其內(nèi)直徑的比值（So/Di） 三通主管的內(nèi)直徑 不同的制造方法 所以，其覆蓋范圍同彎頭的覆蓋范圍。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,（2）非金屬材料的壓力管道元件的型式試驗覆蓋范圍 從理論上來說，非金屬材料管件的覆蓋范圍應與金屬材料管件相同。但在行業(yè)上已形成了一種習慣，而且與理論分析相差不大，所以在規(guī)則中給定的覆蓋范圍為： （見說明）,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,（3）閥門的覆蓋范圍的確定 閥門的種類繁雜、規(guī)格眾多，結構千差萬別，如通用閥門中的閘閥，可能有許多不同的結構型式如明桿、暗桿、彈性閘板、單閘板、雙閘板等，但是，它們具有相同或相近的過程作用、制造工藝、設計方法、結構形式和失效模式，因此，可以劃分在同一試驗單元。 以此類推，將閥門的型式試驗劃分為產(chǎn)品范圍。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,閥門的失效模式有：殼體的強度失效、泄漏（內(nèi)泄漏、外泄漏）。 殼體的強度基本上按照理論值，在各標準中大多已明確規(guī)定了各壓力等級下的壁厚值。但是由于我國的閥門制造單位大多采購閥體，目前的現(xiàn)狀是：我國大多數(shù)閥體制造商的質量令人擔憂。 綜合考慮(主要是鑄造工藝），給定了壓力等級。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,閥門泄漏是閥門的主要失效形式之一，其主要的影響因素有：閥門的直徑、閥門啟閉件的結構與材料、閥門密封面的加工質量等。 通過對各種閥門泄漏的因果樹分析，控制其失效的試驗項目是：閥門啟閉件的壽命試驗。控制其覆蓋范圍的因素是：閥門的直徑。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,適用的公稱壓力和公稱直徑： （1）DN2DN* （2）PN*6.4MPa時，PN6.4MPa PN*6.4MPa時，PN6.4MPa,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,（4）補償器的型式試驗覆蓋范圍 補償器是一種大撓度的彈性元件 補償器的類型有：旋轉式、套管式和波紋管膨脹節(jié)等，其失效的主要形式是：疲勞和強度。 例：波紋管膨脹節(jié)其性能取決于波紋管的性能，這些性能主要包括強度、剛度、穩(wěn)定性和疲勞壽命。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,A、波紋管膨脹節(jié)的特點 波紋管膨脹節(jié)按波紋管材料的層數(shù)有：單層和多層 波紋管膨脹節(jié)的常用波形有：U形、形 波紋管膨脹節(jié)的使用特點可分為：非約束型膨脹節(jié)和約束型膨脹節(jié)。 波紋管的應力一部分是由內(nèi)壓引起的薄膜應力（環(huán)向應力、經(jīng)向應力）和彎曲應力，另一部分是由位移引起的彎曲應力。 位移變形引起的應力要比內(nèi)壓引起的應力大得多，它起主要作用。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,B、失效模式與影響因素分析 高應變低循環(huán)疲勞破壞。 基本上是基于Manson-Coffin方程： N = C 式中： 塑性應變范圍 N破壞時的循環(huán)次數(shù) 與材料和工作溫度有關的常數(shù) C材料常數(shù),壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,影響膨脹節(jié)疲勞壽命的因素相當多，如： 設計影響：波紋管膨脹節(jié)的波紋管厚度較薄時，其位移引起的彎曲應力將降低，從而其疲勞壽命將有所增加，波紋管厚度需要滿足其承壓要求。 制造質量的影響：10%的厚度公差就會產(chǎn)生21%的壓力彎曲應力的變化，進而影響波紋管膨脹節(jié)的疲勞壽命。 材料與熱處理的影響：試驗表明：在低周疲勞時，退火波紋管膨脹節(jié)的疲勞性能要比未經(jīng)退火的波紋管膨脹節(jié)差得多，壽命大約差1-2個數(shù)量級。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,失穩(wěn)破壞 波紋管膨脹節(jié)的穩(wěn)定性與其軸向剛度有關，波紋管膨脹節(jié)的軸向剛度是指：使波紋管伸縮一個單位所需的軸向伸縮力。它是作為波紋管撓性的標志，通常用K來表示。 波紋管膨脹節(jié)的剛度不夠，則可能因變形過大而導致失穩(wěn)；剛度過大，則不能滿足補償量的要求。 失穩(wěn)有：平面失穩(wěn)、柱失穩(wěn),壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,影響因素： 內(nèi)壓與位移聯(lián)合作用下的波紋管膨脹節(jié)失穩(wěn)：EJMA、GB/T12777等標準規(guī)范中未考慮軸向位移對穩(wěn)定性的影響，這往往導致符合設計規(guī)范的波紋管在工作狀態(tài)下的失穩(wěn) 。 材料加工硬化對穩(wěn)定性的影響：冷作硬化均可以通過成形態(tài)波紋管材料室溫下的屈服強度（0.2）來加以預測波紋管的穩(wěn)定性。 制造質量的影響：厚度公差。,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,將上述的影響因素可以歸結為：對于相同的波形、結構和制造工藝下，其適用的范圍是公稱（設計）壓力、公稱直徑、單波補償量的函數(shù)：所以有： （1）當PN*0.6Mpa時，其適用的范圍為：公稱壓力PN0.6Mpa，公稱直徑DN4 DN* （2）當0.6MpaPN*2.5Mpa，其適用的范圍為：公稱壓力0.6MpaPN2.5Mpa，公稱直徑DN3 DN* （3）當PN*2.5 Mpa時，其適用的范圍為：設計壓力PN2.5 Mpa，公稱直徑DN2 DN*,壓力管道元件型式試驗簡介 三、型式試驗覆蓋范圍的確定,（4）適用的位移補償量：其適用的軸向位移量x或橫向位移補償量y為： x(y)/Lx*(y*)/L* x*(y*)分別為膨脹節(jié)試件的軸向位移補償量或橫向補償位移量，L*膨脹節(jié)長度 x (y)分別為膨脹節(jié)的軸向位移補償量或橫向補償位移量，L膨脹節(jié)長度,壓力管道元件型式試驗簡介 四、型式試驗抽樣規(guī)則,1、試驗置信度確定抽樣規(guī)則 型式試驗為抽樣檢驗，由兩種不同的錯誤，即把不合格的判為合格，把合格的判為不合格。 抽樣規(guī)則的制定是依據(jù)由多少把握說試驗結果是可信的，即試驗置信度。 2、試驗置信度的計算 有多種計算方法，問題是在型式試驗時，大多采用的小樣本量，否則其試驗成本過大，不經(jīng)濟。,壓力管道元件型式試驗簡介 四、型式試驗抽樣規(guī)則,3、本規(guī)則的抽樣規(guī)則： 型式試驗屬于“成功-失敗”模型，本規(guī)則中用主觀Bayes方法。 對于管件、閥門、補償器采用“5取2”，若其中一件不合格時，取雙倍試樣。 對于非金屬、密封元件按行業(yè)規(guī)定進行，但實際上是不合理的。 計算結果表明：試驗置信度為.99,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,目前的問題很多，無試驗方法或試驗方法不齊全。在規(guī)則中規(guī)定了有試驗方法標準的按方法標準，沒有方法標準的按本規(guī)則的方法。如：特殊的管件、閥門啟閉件的靜壓壽命試驗、環(huán)境試驗等 由于壓力管道元件的產(chǎn)品標準的問題，驗收要求相互矛盾或無驗收標準。如閥門的壓力試驗、閥門啟閉件的靜壓壽命。本規(guī)則統(tǒng)一了驗收要求。,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,、管件爆破試驗與驗收標準的討論 目前我國常用的管件標準有：GB12459、GB13401 SH3408、SH3409，都規(guī)定了必須進行爆破試驗。但： 試驗方法上：沒有試件的規(guī)定，實際上試件對試驗的結果影響甚大。 驗收標準上：理論爆破壓力的計算存在差異。爆破口的位置沒有明確規(guī)定。,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,試件的要求：規(guī)定過渡段的尺寸。如三通,(1)當試件直徑小于300mm時，其試驗短節(jié)不小于其外徑， (2)當試件直徑大于等于300mm時，其試驗短節(jié)不小于150mm；,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,驗收要求：理論爆破壓力的計算：,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,2、閥門的型式試驗方法與驗收要求的討論 有關閥門的性能試驗的標準多，但驗收要求相差甚大。 （1）通用閥門和低溫閥門常溫下的壓力試驗和密封試驗。 目前，壓力試驗存在兩個標準即：GB/T13927（等效ISO5208），JB/T9092（等效API 598）。這兩個標準在（1）高、低壓密封試驗壓力的選擇，（2）密封試驗壓力和試驗方法，（3）判定標準上差異較大。,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,密封壓力的選擇：在GB/T13927中，完全可以采用高壓密封，而在JB/T9092標準中，對于壓力較低的閘閥、浮動式球閥等必須要進行低壓密封試驗的。 眾所周知，閘閥、浮動式球閥在高壓下是比低壓容易密封的，這樣，就有可能出現(xiàn)按GB/T13927標準檢驗合格的閥門用JB/T9092標準進行校驗，出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，即GB/T13927規(guī)定的不嚴謹。,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,試驗方法： 在JB/T9092標準中明確規(guī)定對于楔式單閘板（剛性或彈性的）閘閥，不允許將試驗介質封閉在兩密封面，在兩密封面處灌注清水或涂上肥皂水等類似的試驗方法。 在GB/T13927標準中沒有明確規(guī)定試驗方法，目前大多數(shù)的閥門生產(chǎn)企業(yè)卻用這種方法進行閘閥的出廠密封檢驗，這種方法的弊端在于無法確定閥體腔中的壓力是否是密封試驗壓力。,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,驗收要求： 對于非金屬彈性密封閥門，兩標準都規(guī)定了在試驗持續(xù)的時間內(nèi)無可見泄漏。 對于金屬密封的閥門，GB/T13927標準中密封判定標準有B、C、D三級，D級與B級的泄漏率（氣體）標準相差100倍，而JB/T9092標準只規(guī)定一種判定標準，同時這一檢漏標準與GB/13927標準中的B級相當。 JB/T9092的檢漏標準比GB/13927的檢漏標準嚴且明確。,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,（2）閥門的靜壓壽命試驗 靜壓壽命試驗是壓力管道用閥門泄漏失效的可靠性指標的體現(xiàn)，目前的問題是沒有提出要求。 靜壓壽命試驗的試驗方法有：JB/T 8858、JB/T 8859、JB/T 8860、JB/T 8861、 JB/T 8863 。 在本規(guī)則中規(guī)定了試驗裝置和試驗步驟。,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,其試驗原理：,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,驗收要求：在達到下表規(guī)定的壽命試驗次數(shù)后，按規(guī)定的壓力試驗和密封試驗合格，則靜壓壽命試驗合格。（說明次數(shù)的由來）,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,（3）耐火試驗 耐火試驗的試驗要求 (1)有耐火要求的彈性密封副結構的閥門必須經(jīng)耐火試驗驗證。 (2)球閥的試驗方法按GB/T 12237附錄一的規(guī)定進行。 (2)其它閥門的試驗方法按JB/T 6899的規(guī)定進行。 耐火試驗的結果判定：耐火試驗后，閥門的內(nèi)漏和外泄漏量應當符合JB/T 6899的規(guī)定。,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,3、波紋管膨脹節(jié)試驗方法與驗收標準的討論 （1）試件的規(guī)定：,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,（2）失穩(wěn)試驗的規(guī)定： 試驗壓力：GB12777規(guī)定，本規(guī)則規(guī)定。討論試驗壓力系數(shù)。 試驗狀態(tài)：在自由、壓縮和拉伸狀態(tài)下進行。與GB12777的區(qū)別。,壓力管道元件型式試驗簡介 五、典型型式試驗方法與驗收要求,（3）疲勞試驗方法 疲勞試驗的加載速度：試驗過程中位移的循環(huán)速率應以使試驗循環(huán)位移在各波紋中均勻分配所需時間確定，且應小于30周次/分。 橫向位移的問題： 驗收準則：涉及安全系數(shù)nf10，小子樣的問題,壓力管道元件型式試驗簡介 六、型式試驗的程序,壓力管道元件型式試驗的程序和過程包括： 申請與接受試驗、設計審查、抽樣、檢驗與試驗、試驗樣品的管理、型式試驗結果的判定與處理及出具型式試驗報告等過程。 說明有6點：,壓力管道元件型式試驗簡介 六、型式試驗的程序,（1）關于設計審查的問題 先設計審查后抽樣檢驗 設計審查包括設計文件和制造工藝文件的審查。 設計審查的簡化手續(xù)： 對于國家標準系列的壓力管道用管材、管件、密封元件以及通用閥門等可以不進行設計文件審查。 制造工藝文件已經(jīng)由鑒定評審機構在壓力管道元件制造許可鑒定評審過程中審查完成，型式試驗機構可以不再進行制造工藝文件的審查。,壓力管道元件型式試驗簡介 六、型式試驗的程序,設計審查的內(nèi)容 設計文件的審查內(nèi)容（1）設計圖紙、設計計算書等設計文件是否齊全；（2）設計采用的計算方法是否正確；（3）設計數(shù)據(jù)及其來源是否得當；（4）影響產(chǎn)品特性的結構設計是否符合標準和技術法規(guī)的要求等。（5）必要時，型式試驗機構應當進行驗證性計算。 制造工藝文件的審查內(nèi)容：制造工藝能否滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，以確定制造單位是否有穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品制造工藝。,壓力管道元件型式試驗簡介 六、型式試驗的程序,（2）申請資料的問題： 制造單位名稱和地址，（若為進口代理商約請，還需要加上進口代理商的名稱和地址）； 申請型式試驗產(chǎn)品的名稱、規(guī)格范圍、產(chǎn)品技術參數(shù)以及所采用的標準 ； 申請型式試驗產(chǎn)品的圖紙、設計文件和制造工藝文件； 型式試驗所必須的其他資料。,壓力管道元件型式試驗簡介 六、型式試驗的程序,（3）抽樣的基本要求： 型式試驗用的樣品(試件)應在制造單位成品庫或生產(chǎn)線末端經(jīng)出廠檢驗合格等待入庫的產(chǎn)品中取隨機抽樣方法抽取。 型式試驗的抽樣一般應集中一次性抽樣；當型式試驗須采用分批試驗的方式進行時，由型式試驗機構根據(jù)型式試驗方案實施分批抽樣。備份樣的抽取應根據(jù)具體產(chǎn)品而定。,壓力管道元件型式試驗簡介 六、型式試驗的程序,抽樣人員應不少于兩名。抽樣人員應當與承擔檢驗與試驗的人員分離，按照規(guī)定應當在抽樣現(xiàn)場檢驗的例外。 在抽樣時，壓力管道制造單位應當提供型式試驗產(chǎn)品的設計文件、制造工藝文件、樣品（試件）檢驗資料等。 型式試驗機構抽樣人員應該對抽取的樣品（試件）應用封條封樣或用鉛封。 抽樣數(shù)量：一般為2件。,壓力管道元件型式試驗簡介 六、型式試驗的程序,（4）型式試驗結果的判定 當壓力管道元件的型式試驗設計審查和樣品（試件）的檢驗與試驗結果都符合規(guī)定時，壓力管道元件的型式試驗判定為合格。 設計審查和檢驗結果的判定：,壓力管道元件型式試驗簡介 六、型式試驗的程序,設計審查的結果判定與處理：當存在下列情況之一時，則判定為壓力管道元件型式試驗的設計不合格。 1、壓力管道元件的設計文件不符合相關標準和技術法規(guī)； 2、壓力管道元件的制造工藝文件不能滿足相關標準和技術法規(guī)； 3、壓力管道元件的結構不符合相關標準和技術法規(guī)而存在重大安全隱患。,壓力管道元件型式試驗簡介 六、型式試驗的程序,壓力管道元件的型式試驗樣品（試件）的檢驗與試驗的結果判定與處理： 出現(xiàn)下列情況之