【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及pe管道检测，尤其涉及一种内外荷载共同作用下的pe管老化装置及性能预测方法。
技术介绍
1、聚乙烯(pe)是一种在输气、给水领域被广泛应用的高分子聚合物，具有良好的力学性能和优异的耐腐蚀性能。但是，在聚乙烯(pe)管道的安装使用中，pe管道难免会因为腐蚀、微生物降解、热氧老化以及第三方施工等因素对管道造成损伤，其中pe管道在服役荷载长期作用下的老化失效尤为值得注意。然而，近年的pe管道老化研究均未考虑实际工况下，管道内部循环荷载与外部恒定荷载对pe管道长期老化的影响，导致研究结果与实际情况有较大偏差，因此，有必要开发一种更贴合实际服役工况的pe管道老化试验装置及性能预测方法。
2、陈国华等在《循环载荷作用下聚乙烯管材老化性能及寿命预测》提出了一种管道内部循环荷载作用下的聚乙烯管材寿命预测方法，首先通过搭建内部循环荷载作用下的聚乙烯管材老化试验平台，再基于管材的性能测试数据构建聚乙烯管性能预测方法，最后基于管材性能对聚乙烯管道寿命进行预测。在工程实际中，聚乙烯管道所承受的外部荷载对老化聚乙烯管材性能变化也将产生重大影响，而该方案仅针对管道内部循环载荷作用下的老化聚乙烯管材建立起了性能预测方法，预测结果并不够精确。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在问题，本专利技术提供一种循环内压与恒定外压共同作用下的pe管道老化试验装置，该试验装置将管道内部循环荷载、管道外部恒定荷载以及管材热氧老化因素结合在一起，更加贴近实际工况。
2、本专利技术的另一目
3、为了实现本专利技术目的，本专利技术提供的一种内外荷载共同作用下的pe管老化装置，包括压力控制系统和温度控制系统；
4、所述压力控制系统包括试验管道内部压力控制子系统和试验管道外部压力控制子系统，试验管道外部压力控制子系统用于对试验pe管道pe管道外壁施加恒定压力，试验管道外部压力控制子系统包括压力容器、供压装置、第三管路、第三电动控制阀、第二压力传感器、第四管路、第四电动控制阀与中枢控制器，压力容器的内部用于放置试验pe管道pe管道，第三管路的进气端与供压装置连接，出气端与压力容器的进气端连通以往压力容器内输入气体压力，第三电动控制阀、第二压力传感器设置在第三管路上，第四管路与压力容器的出气端连接以使压力容器通过第四管路向外界环境泄放气体压力，且第四电动控制阀设置在第四管路上；试验管道内部压力控制子系统用于对试验pe管道pe管道内壁施加循环压力，试验管道内部压力控制子系统包括第一管路、第一压力传感器、第一电动控制阀、第二管路和第二电动控制阀，第一管路的进气端与供压装置连接，出气端用于与压力容器内的试验pe管道pe管道的进气端连通以往试验pe管道pe管道输入气体压力，第一压力传感器、第一电动控制阀设置在第一管路上，第二管路用于与试验pe管道pe管道的出气端连通以使试验pe管道能够向外界环境泄放气体压力，第三电动控制阀、第二压力传感器、第四电动控制阀、第一压力传感器、一电动控制阀和第二电动控制阀均与中枢控制器连接；
5、所述温度控制系统包括用于使试验pe管道处于老化环境中的老化装置和设置在压力容器内部的辅助升温装置，辅助升温装置用于调节压力容器内部温度。
6、进一步，所述老化装置为大型烘箱，试验时压力容器放置在烘箱内，由大型烘箱对压力容器整体升温，使放置在压力容器内部托举架上的pe管道处于高温老化环境中。
7、进一步，所述中枢控制器为plc控制器，可以基于plc控制器编程，设定管道内外部压力自动化控制程序。
8、进一步，所述供压装置为空气压缩机，通过空气压缩机工作产生压缩气体，分别经由第一管路以及第三管路向管道内部以及压力容器内部输送气体压力。
9、进一步，所述的试验管道内部压力控制子系统中，第一压力传感器、第一电动控制阀设置于第一管路，第二电动控制阀设置于第二管路，试验时，空气压缩机经由第一管路向pe管道输入气体压力，pe管道内气体压力经由第二管路向外界环境泄放。
10、进一步，所述的试验管道内部压力控制子系统，根据老化试验方案，对plc控制器编程，试验过程中接收第一压力传感器传输的信号，并根据plc控制器内所设定的压力值，控制第一电动控制阀及第二电动控制阀的开启与关闭，以实现pe管道内部的压力控制。
11、进一步，试验过程中，通过试验管道内部压力控制子系统对pe管道内壁施加循环压力，以模拟城镇pe燃气管道在服役过程中承受的内压波动荷载。
12、进一步，试验管道外部压力控制子系统中，第三电动控制阀、第二压力传感器设置于第三管路，第四电动控制阀设置于第四管路。
13、进一步，试验管道外部压力控制子系统中，压力容器由空气压缩机通过第三管路向其内输入气体压力，压力容器通过第四管路向外界环境泄放气体压力。
14、进一步，根据老化试验方案，对plc控制器编程，试验过程中plc控制器接收第二压力传感器传输的信号，并根据plc控制器内所设定的压力值，控制第三电动控制阀及第四电动控制阀的开启与关闭，以实现压力容器内的压力控制。
15、进一步，通过试验管道外部压力控制子系统对pe管道外壁施加恒定压力，以模拟城镇pe燃气管道在服役过程中承受的外荷载。
16、进一步，所述的温度控制系统中，由大型烘箱为pe管道提供稳定的高温老化环境，压力容器内配置了一个小型的辅助升温系统，以使压力容器内部温度波动幅度进一步减小。
17、进一步，所述的辅助升温系统包括温度控制仪表、温度传感器、调压模块、电热管与循环风机。所述的辅助升温系统中，电热管及循环风机位于压力容器内部，放置于压力容器内试验pe管道的下方。循环风机正对电热管，以提高压力容器内部空气温度升温速率及温度均匀度。温度传感器设置于压力容器内部试验pe管道附近，以监测试验pe管道周围空气温度。温度控制仪表及调压模块放置于压力容器外部，供操作人员对辅助升温系统进行操作。所述的辅助升温系统中，在温度控制仪表上设置试验温度，当压力容器内部温度低于该温度时，电热管工作，升高压力容器内部温度。当压力容器内部温度接近或高于该设定温度时，电热管停止工作。
18、本专利技术还提供了一种循环内压与恒定外压共同作用下老化pe管道的性能预测方法，该方法基于本专利技术所述的老化试验装置，包括以下步骤：
19、s1：在多个不同的老化温度ti下，对同时承受循环内压及恒定外压的pe管道分别进行不同老化时间tij的长期老化，其中，i、j的取值为1、2、3、…、n，n为试验点数；
20、s2：长期老化试验结束后，对经不同老化时间tij老化后的pe管道进行力学性能测试，获得屈服强度、抗拉强度以及断裂伸长率力学性能数据；
21、s3：分别对各力学性能数据进行处理，获得循环内压与恒定外压共同作用下的pe管道力学性能与老化时间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种内外荷载共同作用下的PE管老化装置，其特征在于：包括压力控制系统和温度控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的PE管老化装置，其特征在于：所述老化装置(13)为烘箱，试验时压力容器(12)放置在烘箱内。
3.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的PE管老化装置，其特征在于：所述供压装置(1)为空气压缩机，所述中枢控制器(4)为PLC控制器。
4.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的PE管老化装置，其特征在于：还包括管道夹具，第一电动控制阀(2)、第二电动控制阀(5)与管道夹具连接，且管道夹具设置在压力容器(12)内，用于夹持试验PE管道(11)。
5.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的PE管老化装置，其特征在于：试验过程中，中枢控制器(4)接收第一压力传感器(3)传输的信号，并根据中枢控制器(4)内所设定的压力值，控制第一电动控制阀(2)及第二电动控制阀(5)的开启与关闭，以实现试验PE管道(11)内部的压力控制。
6.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的PE管
7.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的PE管老化装置，其特征在于：压力容器(12)内设置有托举架，试验PE管道(11)放置在托举架上。
8.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的PE管老化装置，其特征在于：辅助升温装置包括温度控制仪表、温度传感器、调压模块、电热管与循环风机，电热管及循环风机位于压力容器(12)内部，位于压力容器(12)内试验PE管道(11)的下方，循环风机正对电热管，温度传感器靠近试验PE管道(11)设置，用于监测试验PE管道(11)周围空气温度，温度控制仪表及调压模块设置在压力容器(12)外部，温度传感器与温度控制仪表连接。
9.一种内外荷载共同作用下的PE管的性能预测方法，其特征在于：基于权利要求1-8任一所述的一种内外荷载共同作用下的PE管老化装置实现，所述方法包括步骤：
10.根据权利要求9所述的一种内外荷载共同作用下的PE管的性能预测方法，其特征在于：步骤S3中，根据动力学方程p＝Aexp(-Ktα)对多个不同老化温度下的PE管道力学性能数据进行拟合处理，得到不同老化温度下的PE管道性能变化方程，再根据多个老化温度下的PE管道性能变化速率常数，以及阿伦尼乌斯方程K＝Be-E/RT，对方程进行拟合，获得老化温度T与材料性能变化速率K之间的关系式，最终得到与老化温度T、老化时间t相关的PE管道力学性能预测方程，其中，p为PE管道某一时刻的力学性能值与未老化PE管道力学性能值之比，A为与老化温度无关的动力学方程指前因子；K为与老化温度相关的材料性能变化速率常数；α为与老化温度无关的修正因子；B为方程频率因子；E为试验活化能；R为气体常数。
...【技术特征摘要】
1.一种内外荷载共同作用下的pe管老化装置，其特征在于：包括压力控制系统和温度控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的pe管老化装置，其特征在于：所述老化装置(13)为烘箱，试验时压力容器(12)放置在烘箱内。
3.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的pe管老化装置，其特征在于：所述供压装置(1)为空气压缩机，所述中枢控制器(4)为plc控制器。
4.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的pe管老化装置，其特征在于：还包括管道夹具，第一电动控制阀(2)、第二电动控制阀(5)与管道夹具连接，且管道夹具设置在压力容器(12)内，用于夹持试验pe管道(11)。
5.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的pe管老化装置，其特征在于：试验过程中，中枢控制器(4)接收第一压力传感器(3)传输的信号，并根据中枢控制器(4)内所设定的压力值，控制第一电动控制阀(2)及第二电动控制阀(5)的开启与关闭，以实现试验pe管道(11)内部的压力控制。
6.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的pe管老化装置，其特征在于：试验过程中，中枢控制器(4)接收第二压力传感器(8)传输的信号，并根据中枢控制器(4)内所设定的压力值，控制第三电动控制阀(9)及第四电动控制阀(10)的开启与关闭，以实现压力容器(12)内的压力控制。
7.根据权利要求1所述的一种内外荷载共同作用下的pe管老化装置，其特征在于：压力容器(12)内设置有托...
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