CN105424531A - 一种蠕变持久试验机用加热炉故障更换设备 - Google Patents

Abstract

一种蠕变持久试验机用加热炉故障更换设备，所述加热炉故障更换设备包括：试验炉组件、备用炉组件与保温装置，其特点在于采用备用炉车和托架轨道定位设计，可以在试验炉出现故障时，快速的将备用加热炉移动至试验炉处并与其开口对接，准确定位后，迅速完成试验炉与备用炉之间的更换；通过保温板的合理设计，使试验炉和备用炉对接后的温度场合二为一，以保证加热炉更换过程中的温度。高温加热炉故障更换设备解决了蠕变持久试验机长时连续工作过程因加热炉的故障引起的试验中断问题，理论上可无限次有效提高加热炉的使用寿命。该设备方法简便易行，在蠕变持久试验机用高温加热炉及其他电热丝加热设备中容易实现，可以实现工业化生产。

Description

一种蠕变持久试验机用加热炉故障更换设备

技术领域

本发明属金属材料力学性能特别是10万小时及以上长时连续蠕变持久性能测试分析领域，具体涉及一种蠕变持久试验机用加热炉故障更换设备。

背景技术

固体材料在一定温度下，保持应力不变时，应变随时间延长而增加的现象称为蠕变。材料的蠕变行为是时间、应力、温度共同作用的结果，只要作用的时间足够长，蠕变在应力远小于弹性极限时也能出现。同样，材料的蠕变行为在低温下也会发生，但只有达到一定的温度才能变得显著，该温度称为材料的蠕变温度。各种金属材料的蠕变温度约为0.3Tm（Tm为熔化温度，以热力学温度表示），对于一些低熔点金属如铅、锡等，温室下就会发生蠕变。因此，对于能源、石油化工、航空航天领域长时高温受载条件下工作的构件，蠕变损伤是其主要的失效形式，材料的蠕变寿命是材料研发、构件设计、寿命预测和可靠性评估必须参考的基本高温力学性能之一。

1905年英国菲利普斯（F.Philips）首先观察到金属丝的蠕变现象，但直到1922年英国迪肯森（Dickenson）发表了钢的蠕变试验结果后，人们才开始认识到高温承载下金属构件均会发生蠕变，蠕变试验研究从此受到重视，并将105h蠕变断裂时所对应的应力，称为材料的蠕变断裂强度或持久强度极限，规定其为高温结构材料设计的依据。但在20世纪30年代，材料一定温度下的蠕变断裂试验不可能连续进行105h，材料的持久强度极限很难通过试验实测获得。因此，研究者陆续提出了各种高温结构材料持久强度外推方法，这些就是高温结构材料寿命评估技术的原型。随着科学技术的不断发展，大量105h甚至2×105h蠕变断裂数据的出现，科研人员尤其是工程技术人员对外推方法进行了不断的检验、分析总结和优化，形成了现有的高温结构材料蠕变寿命评估方法体系：持久强度模型（等温外推模型，时间-温度参数模型，Robinson寿命消耗模型）、蠕变变形模型（θ预测法，蠕变曲线外推）以及基于断裂力学的蠕变损伤开裂和裂纹扩展模型。

根据国际标准的规定，利用外推模型进行金属材料蠕变持久寿命评估时，最短试验时间不应低于外推寿命的1/3，即：要获得材料蠕变断裂强度或持久强度极限，最少需要开展3300小时的长时蠕变持久试验。蠕变持久试验机用高温在长时高温的工作过程中，由于温度持续较高，炉丝与电极接触不良等原因，会导致高温炉的炉丝氧化断开。一旦高温炉的某段炉丝断开，该段的温度就会立刻下降，高温蠕变试验就无法继续进行，由此引起的试验误差具有不可恢复性，材料的性能数据就需要重新开始评估，造成资源的极大浪费，因此，保证蠕变持久试验机加热炉炉丝的长时连续工作是对金属材料的长时蠕变持久性能测试有着重要的意义。

发明内容

本发明提出一种蠕变持久试验机用高温加热炉故障更换设备，通过备用炉车21和托架导轨定位设计，能够在加热炉发生故障时在标准允许的温度偏差内完成加热炉的更换，保证蠕变持久试验机用加热炉的长时连续工作。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种蠕变持久试验机用加热炉故障更换设备，其特征在于，所述加热炉故障更换设备通过备用炉车和托架导轨定位设计，在加热炉发生故障时在标准允许的温度偏差内完成加热炉的更换，保证蠕变持久试验机用加热炉的长时连续工作。

进一步的，所述加热炉故障更换设备包括：试验炉组件、备用炉组件与保温装置。

进一步的，所述试验炉组件包括：蠕变持久加载主机框架、炉架、第一导轨、第一炉座、试验炉、炉车定位扣，所述炉架设置于所述主机框架上，所述第一导轨设置于所述炉架上，所述第一炉座设置于所述第一导轨上并与所述第一导轨配合，所述试验炉与所述第一炉座连接，所述炉车定位扣设置于所述蠕变持久加载主机框架上用于与所述备用炉组件连接。

进一步的，所述备用炉组件包括：备用炉车、升降台、升降手柄、第二导轨、第二炉座、备用炉与炉车定位杆，所述备用炉车下方设有行走轮，所述升降手柄与升降台设置于所述备用炉车一侧，所述升降手柄控制所述升降台的升降，所述第二导轨设置于所述升降台上，所述第二炉座设置于所述第二导轨上并与所述第二导轨配合，所述备用炉与所述第二炉座连接，所述炉车定位杆设置于所述备用炉车一侧与试验炉组件的炉车定位扣连接以固定炉车。

进一步的，所述试验炉与所述备用炉为对开式式结构并可沿中线分为两半圆筒状结构。

进一步的，所述保温装置设置于所述试验炉与所述备用炉上、下两端。

进一步的，所述保温装置为保温板。

通过备用炉车、导轨的精确定位设计以及工作人员的合理配置，蠕变持久试验机加热炉在800℃发生故障时，利用加热炉故障更换设备15s即可完成故障加热炉的更换，加热炉更换过程中的温降为10℃，并在5分钟之内即可稳定到原有的目标温度，稳定过程中的温度平均波动小于5℃。基本满足国际标准ISO204-2009和国内标准GB2039-2-12对蠕变持久试验过程中温度波动的要求。

与现有加热炉相比，本发明的特点在于，能够在蠕变持久试验机因试验炉15故障发生加热中断时，快速的进行备用炉26和试验炉15之间的更换，在标准要求的温度波动范围内保证加热炉的连续工作，从而无限次地提高蠕变持久试验机的工作寿命。

附图说明

图1为本发明加热炉故障更换设备结构示意图；

图2为本发明备用炉组件结构示意图；

图3为本发明实施例一加热炉故障更换过程中的温度曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

如图1-2所示，一种蠕变持久试验机用加热炉故障更换设备，所述加热炉故障更换设备通过备用炉车和托架导轨定位设计，能够在加热炉发生故障时在标准允许的温度偏差内完成加热炉的更换，保证蠕变持久试验机用加热炉的长时连续工作。所述加热炉故障更换设备包括：试验炉组件1、备用炉组件2与保温装置3，所述试验炉组件1包括：蠕变持久加载主机框架11、炉架12、第一导轨13、第一炉座14、试验炉15、炉车定位扣16，所述蠕变持久加载主机框架11为试验炉组件1的主体支撑框架，所述炉架12设置于所述蠕变持久加载主机框架11上，所述第一导轨13设置于所述炉架12上，所述第一炉座14设置于所述第一导轨13上并与所述第一导轨13配合可实现平移滑行，所述试验炉15与所述第一炉座14连接，所述炉车定位扣16设置于所述蠕变持久加载主机框架11上用于与所述备用炉组件2连接。所述备用炉组件2包括：备用炉车21、升降台22、升降手柄23、第二导轨24、第二炉座25、备用炉26与炉车定位杆27，所述备用炉车21下方设有行走轮，所述升降手柄23与升降台22设置于所述备用炉车21一侧，所述升降手柄23控制所述升降台22的升降，所述第二导轨24设置于所述升降台22上，所述第二炉座25设置于所述第二导轨24上并与所述第二导轨24配合可实现平移滑行，所述备用炉26与所述第二炉座25连接，所述炉车定位杆27设置于所述备用炉车21一侧与试验炉组件1的炉车定位扣16连接以固定炉车。所述试验炉与所述备用炉为对开式结构，可沿中线分为两半圆筒状结构。

所述保温装置3设置于所述试验炉15与所述备用炉26上、下两端，所述保温装置3为保温板。

当蠕变持久试验机试验炉15发生故障时，启动备用加热炉加热系统，并设定试验炉15的原有加热温度为目标温度。备用炉车21将备用炉26移动到试验机处，利用炉车定位杆27和炉车定位扣16将备用炉车21与试验炉组件1的主机框架11锁定，通过升降手柄23带动T型丝杠转动使升降台22上下移动，将备用炉26调整到与故障试验炉15同一水平高度。利用第二导轨24，移动备用加热炉，将其与试验炉15炉对接，并用定位套和销子将两台加热炉的固定在一起。将上下保温板固定在两台加热炉上，使两台加热炉的温度场也合二为一，以保证更换过程中加热炉的温度。备用加热炉到达目标温度后，同时打开两台加热炉，使其张开至固定角度可使试样脱出时，同时移动第一导轨13和第二导轨24，待备用炉26移动至试验炉15原有工作位置时，关闭两台加热炉。将试验炉15的电源线快速切换至备用炉26，备用炉26接替试验炉15的全部工作。拆下保温装置3，并将试验炉15移出，进行维修，作为备用炉车21上的备用炉26座之上，以备下次使用。

通过备用炉车、导轨的精确定位设计以及工作人员的合理配置，蠕变持久试验机加热炉800℃发生故障时，利用加热炉故障更换设备15s即可完成故障加热炉的更换，加热炉更换过程中的温降仅为10℃，并在5分钟之内即可稳定到原有的目标温度，稳定过程中的温度平均波动小于5℃。基本满足国际标准ISO204-2009和国内标准GB2039-2-12对蠕变持久试验过程中温度波动的要求。

【实施例一】如图3所示，同时启动蠕变持久试验机加热炉和备用加热炉，待加热到目标温度800℃后，利用移动小车完成两台加热炉的对接，并进行加热炉更换。更换过程大约15s，加热炉的温降约为10℃。

从实施例所得到的蠕变持久试验机加热炉故障更换过程中的温度变化曲线可以看出，工作过程中，加热炉出现故障加热中断时，如果工作人员利用故障更换装置可在15s内完成加热炉的快速更换，更换过程中，加热炉上中下三段的炉温波动可控制在10℃以内，该温度波动满国际标准ISO204-2009和国内标准GB2039-2-12对长时蠕变持久试验过程中温度波动的要求。

综上所述，本发明可以在国内外标准要求的精度内理论上课无限次地提高蠕变持久用高温加热炉的寿命，有效保证加热炉的连续工作时间。

Claims (7)

1.一种蠕变持久试验机用加热炉故障更换设备，其特征在于，所述加热炉故障更换设备通过备用炉车和托架导轨定位设计，在加热炉发生故障时在标准允许的温度偏差内完成加热炉的更换，保证蠕变持久试验机用加热炉的长时连续工作。

2.根据权利要求1所述的加热炉故障更换设备，其特征在于，所述加热炉故障更换设备包括：试验炉组件、备用炉组件与保温装置。

3.根据权利要求2所述的加热炉故障更换设备，其特征在于，所述试验炉组件包括：蠕变持久加载主机框架、炉架、第一导轨、第一炉座、试验炉与炉车定位扣，所述炉架设置于所述主机框架上，所述第一导轨设置于所述炉架上，所述第一炉座设置于所述第一导轨上并与所述第一导轨配合，所述试验炉与所述第一炉座连接，所述炉车定位扣设置于所述蠕变持久加载主机框架上用于与所述备用炉组件连接。

4.根据权利要求3所述的加热炉故障更换设备，其特征在于，所述备用炉组件包括：备用炉车、升降台、升降手柄、第二导轨、第二炉座、备用炉与炉车定位杆，所述备用炉车下方设有行走轮，所述升降手柄与升降台设置于所述备用炉车一侧，所述升降手柄控制所述升降台的升降，所述第二导轨设置于所述升降台上，所述第二炉座设置于所述第二导轨上并与所述第二导轨配合，所述备用炉与所述第二炉座连接，所述炉车定位杆设置于所述备用炉车一侧与试验炉组件的炉车定位扣连接以固定炉车。

5.根据权利要求4所述的加热炉故障更换设备，其特征在于，所述试验炉与所述备用炉为对开式结构，可沿中线分为两半圆筒状结构。

6.根据权利要求5所述的加热炉故障更换设备，其特征在于，所述保温装置设置于所述试验炉与所述备用炉上、下两端。

7.根据权利要求6所述的加热炉故障更换设备，其特征在于，所述保温装置为保温板。