伊 新

（新疆特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

一、氣瓶檢測方法的比較

目前氣瓶檢測的各道工序中，水壓試驗是檢驗氣瓶性能最直接和最有效的手段，GB13004和GB/T9251規(guī)定對高壓氣瓶進行水壓試驗的同時測定氣瓶的容積殘余變形率。如果鋼質無縫氣瓶的容積殘余變形率超過全變形的6%時，應測定瓶體的最小壁厚，若最小壁厚小于設計壁厚的90%，或氣瓶容積殘余變形超過全變形的10%時，氣瓶應報廢。

GB/T9251規(guī)定氣瓶容積殘余變形率的測試方法有兩種：外測法氣瓶容積變形試驗(簡稱外測法試驗)；內測法氣瓶容積變形試驗(簡稱內測法試驗)。內測法是從氣瓶內部測定氣瓶在耐壓試驗時的容積殘余變形率。內測法試驗裝置比較簡單，在試壓過程中，若氣瓶有泄露，較易被發(fā)現(xiàn)。但使用內測法受試驗條件的影響較大，例如水的壓縮性、氣瓶內壁粘附有油污或其他雜質(如鐵銹等)、裝水后瓶壁附有一些小氣泡、試驗用水溶解氣體較多、加壓泵存在泄漏及管路殘留跑冒滴漏等，這些因素都會導致內測法水壓試驗產(chǎn)生誤差。外測法是在氣瓶外部測量它在水壓試驗時的容積變形。使用外測法不易受試驗條件的影響，即使有諸如溫度不一致因素的影響，在實際操作中也是可以克服的。

外測法與內測法試驗在測試高壓氣瓶容積殘余變形率的操作性方面存在明顯的不足之處。而電測法兼具兩者優(yōu)點，又可避開其缺點。電測法原理是：金屬電阻絲承受拉伸或壓縮變形時，電阻也將生改變。將電阻絲繞成特殊形狀(如柵狀)，就可做成電阻應變片。測量前，將電阻應變片用特殊的膠合劑粘貼在被測應變的部位，當殼體受到載荷作用發(fā)生變形時，電阻應變片中的電阻絲隨之一起變形，導致電阻絲長度及截面積的改變，從而引起其電阻值的變化?？梢?，電阻的變化與應變有一定的對應關系。通過動態(tài)或靜態(tài)型電阻應變儀，就可測得相應的應變，也可根據(jù)理論計算出該處應力情況。

二、電測法應用實例分析計算

1.原始參數(shù)

實驗容器：在用的車用無縫CNG瓶

實驗設備封頭尺寸直徑Di=267mm；厚S=8.0~18.0mm

實驗設備筒體尺寸直徑Di=267mm；厚S=8.0mm；長L=863mm

實驗設備材料：37Mn；彈性模量E=210 000MPa；泊松比μ=0.3

電阻應變片靈敏系數(shù)：K=2.0

2.實驗鋼瓶貼片圖(見圖1)

3.實驗數(shù)據(jù)

(1)原始數(shù)據(jù)：

GB17258 TS2210146 CNGA6535030空罐重量W=66.6kg，設計壓力TP=33.4MPa，設計容積V=50.9L，工作壓力P w=20MPa，設計壁厚S=7.8mm。

(2)實測數(shù)據(jù)(利用超聲波測厚儀測試壁厚)：

W空=66.4kg，充裝水后W重=116.6kg，實測容積V=50.2L，實測壁厚S=8.0mm，外徑φ267mm，高H=1 180mm，工作壓力P w=20MPa。

(3)測量值：

筒段長度863mm，鋼瓶容積(試壓前滿瓶水量)50.2L，升壓時間2.5min，升壓用水量930ml，保壓壓力33.4MPa，保壓時間2min，泄壓后瓶內壓力0MPa，泄壓時間90s，泄壓排水量930ml；ΔV1=0；殘余變形率=0。

4.Excel報表(表1、表2)

表1 采樣點應變測試數(shù)據(jù)

表2 各壓力狀態(tài)下用內測法對應量筒水位的變化

5.ANSYS模擬(如圖2、圖3所示)

6.殘余變形率的計算(傳統(tǒng)與應變法)

(1)按照量筒水位計算。

殘余變形計算公式：

式中：ρhβt為溫度的函數(shù)，選擇20℃的值ρhβt=0.013 08，進水量A=930ml，管道承壓進水量B=10ml，V=50 200ml，△V=0ml?？傻谩鱒=251.35ml；η=0。

η<10%，滿足合格要求。

(2)按照應變計算：

現(xiàn)場觀測量筒中有水溢出，實驗計算值符合觀測結果。

三、結論

1.通過應變法和水壓法的對比計算結論

(1)該鋼瓶的殘余變形率符合國家標準，檢驗合格。

(2)用應變法計算的體積變化比用水壓法測定的體積變化率大，這是因為所選點為鋼瓶中點，是鋼瓶外表面位移變化最大點。

(3)應變法計算測量的是鋼瓶的外表面特征，更加符合國標要求。

(4)用應變法計算的殘余變形率，結果精度更高。

2.本課題研究的創(chuàng)新點

(1)第一次將應變片電測法引入到高壓氣瓶容積殘余率的檢測行業(yè)。

(2)第一次將電測法從原本是對結構件或工件局部應力應變的二維測試方法，升級推廣到了三維回轉體的整體容積測定方面。這是從理論到實踐的一次全面自主創(chuàng)新。

(3)擴大了靜態(tài)應變儀，動態(tài)應變儀的使用范圍，使它們可以交叉應用，不需要單獨再購買功能模塊。為以后行業(yè)大規(guī)模應用提供了節(jié)約、快捷或應急的測試對策。

(4)可以用應變儀標定水測法機器，這是在大量實驗數(shù)據(jù)校驗基礎上得出的結論。

(5)此項科研成果可以檢測定型各種型號的CNG鋼瓶。

(6)先采用ANSYS/UG等軟件理論分析某型受測瓶的應力應變特征點，進而實際測試驗證，再理論模擬分析、簡化特征點、實驗測試驗證，重復上述環(huán)節(jié)，直至簡化到殼體幾何中心(筒體中央處)的一、二個特征點。用這一、二個特征點的檢測應變值，代入考慮了材料、形狀、三維等諸元因素的公式(自主創(chuàng)新)，即可得到容積殘余變形率η值。為應變儀真正投入實際應用，提供了理論依據(jù)和操作方法。

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