CN105806693A - 超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置 - Google Patents

Abstract

一种超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置。为了克服现有电液伺服疲劳试验机无法满足超临界水氧化环境中进行材料疲劳性能测试的不足，本发明的试验台架底座上固定安装有反应釜，反应釜的釜体和釜盖之间密封且固定连接；固定台固定安装在釜体内的底部，位于试样上方的加力杆与作动器下端固定连接；加力杆垂直穿过釜盖，作动器垂直穿过横梁，作动器和加力杆可轴向往复运动；反应釜安装有连通釜内外的注水管道，反应釜的上部安装有安全阀、压力传感器，反应釜上部设置有排气阀，反应釜内轴向安装有电加热管、测温电阻。其有益效果是设计合理，结构安全，运行平稳、准确，通过高温高压反应釜提供超临界水氧化环境，进行材料疲劳性能测试。

Description

超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种材料力学性能测试技术领域的疲劳性能测试装置，尤其是涉及一种超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置。

背景技术

核电作为一种高效、经济、环保的能源，在解决能源危机、保护环境方面具有显著优势，超临界水冷堆具有热效率高、结构可靠、安全经济等优点。超临界水氧化法是近年来兴起的一种新型高效的废水、废物处理技术，它的适用范围很广，可以处理各种工业废水、城市污水以及人类代谢污物，具有良好的发展前景。对于工作在超临界水中的材料，需要测试其服役环境的力学性能，完善材料性能数据库，以扩展其使用范围。

材料疲劳即其在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象；高温、氧化腐蚀介质等在疲劳过程中能促进裂纹的形成和加快裂纹的扩展。

服役环境中材料的疲劳特性作为工程项目实施中不可或缺的参考数据具有重要意义。测试材料在超临界水环境中的疲劳性能对于其构件在设计运行期内安全服役至关重要。超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置，可测试材料在超临界水(T>373.85℃，P>22.1MPa)中疲劳性能，结合其组织结构变化，可评价其使用性能。

目前，在通常环境下材料疲劳测试装置及其测试技术已比较成熟，如电液伺服疲劳试验机。电液伺服疲劳试验机主要包括试验台架、试样的固定台、为试样提供载荷动力的作动器，作动器上端安装有载荷传感器、位移传感器。试验台架的底座上垂直固定安装有2根相互平行的立柱，立柱的上端部水平固定安装有横梁，固定台安装在试验台架的底座上，试样安装在固定台上，试样上安装有微应变测试系统。作动器下端安装有加力杆，加力杆位于试样的上方，作动器穿过试验台架的横梁轴向移动，作动器通过加力杆向试样施加载荷。该装置只能够在常态环境下完成试样材料疲劳性能测试，无法在超临界水氧化环境中进行材料疲劳性能测试。

发明内容

为了克服现有电液伺服疲劳试验机无法满足超临界水氧化环境中进行材料疲劳性能测试的不足，本发明提供一种超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置包括试样、固定台、试验台架、为试样提供载荷动力的作动器，试样固定安装在固定台上；作动器上安装有载荷传感器、位移传感器；试样上安装有微应变测试系统；试验台架的底座上垂直固定安装有2根相互平行的立柱，立柱的上端部水平固定安装有横梁。

试验台架的底座上固定安装有反应釜，反应釜的釜体和釜盖之间密封且固定连接；固定台固定安装在釜体内的底部，位于试样上方的加力杆与作动器下端固定连接；加力杆垂直穿过釜盖，作动器垂直穿过横梁，作动器和加力杆可轴向移动。

反应釜安装有连通釜内外的注水管道，反应釜的上部安装有安全阀、压力传感器，反应釜上部设置有排气阀，反应釜内轴向安装有电加热管、中空管，沿中空管轴向安装有2个或2个以上的测温电阻。

釜体为多层真空结构，釜体侧面设置有观察窗。釜盖为双层真空结构，釜盖设置有水冷循环机构，安全阀、压力传感器固定安装在釜盖上。

加力杆与釜盖之间的密封采用往复式动密封机构，加力杆设置有水冷机构。

本发明的有益效果是，设计合理，结构安全，运行平稳、准确，微应变测试系统通过高温高压反应釜实时测量试样应变大小与所受载荷的关系，完成超临界水氧化环境下材料疲劳性能测试。

附图说明

图1是本发明超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置结构示意图。

图中：1.横梁，2.底座，3.固定台，4.加力杆，5.作动器，6.反应釜，7.注水管道，8.观察窗，9.电加热管，10.安全阀，11.试样，12.测温电阻，13.排气阀，14.压力传感器，15.立柱，16.釜体，17.釜盖，18.中空管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

本发明超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置包括试验台架、反应釜6、试样11、固定台3，试样11固定安装在固定台3上；还包括：为试样提供载荷动力的作动器5；作动器5上安装有载荷传感器、位移传感器，分别用于监控作动器5的载荷和位移变化值；试样11上安装有微应变测试系统。

参见附图1。试验台架为刚性框架结构，试验台架的底座2上垂直固定安装有2根相互平行的立柱15，立柱15的上端部水平固定安装有横梁1。在试验台架的底座2上固定安装有反应釜6，通常采用螺栓固定连接。反应釜6的釜体16和釜盖17之间密封并且通过螺栓固定连接。釜体16为多层真空结构，通常采用SUS304L不锈钢材料焊接制造；为了减少反应釜16内外的热传导，还可以在釜体16外设置保温层。在釜体16的侧面设置有观察窗8，以便于观察反应釜16内的液面位置。釜盖17为双层真空结构，通常采用SUS304L不锈钢材料焊接制造，釜盖17设置有水冷循环机构。

试样11固定安装在固定台3上，固定台3固定安装在釜体16内的底部，位于试样11上方的加力杆4与作动器5下端固定连接。加力杆4垂直穿过釜盖17，作动器5垂直穿过横梁1，作动器5和加力杆4可轴向移动。加力杆4与釜盖17之间的密封采用往复式动密封机构，加力杆4设置有水冷机构，避免因局部温度过高导致密封件失效。

为了保证在测试过程中反应釜6内维持超临界水氧化环境，反应釜6安装有联通釜内外的注水管道7。反应釜6内轴向安装有电加热管9，反应釜6内的水温由电加热管9加热并控制。反应釜6内轴向还安装有中空管18，沿中空管18轴向安装有2个或2个以上的测温电阻12，安装在不同高度的测温电阻12实时监控釜内水温状况。

反应釜6的上部安装有安全阀10、压力传感器14，通常将安全阀10、压力传感器14固定安装在釜盖17上。反应釜6的上部设置有排气阀13，压力传感器14通过控制排气阀13上的电磁阀控制反应釜内压力，当反应釜内压力高于设定值时，压力传感器14控制电磁阀打开排气阀13，使反应釜内压力降至设定值范围内。当反应釜内压力高于安全阀10的设定值时，安全阀10自动开启，避免由于釜内压力过高引发爆炸。

本发明超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置的工作过程是：

作动器5连接加力杆4，并通过加力杆4向试样11加载力学载荷；试样11所受载荷和位移信号分别传递至作动器5的载荷传感器和位移传感器，同时通过与试样11连接的微应变测试系统测量试样11的应变值，并把数据实时传递至计算机进而进行疲劳测试。试验过程中，测温电阻12实时监控反应釜6内不同高度位置的温度，确保在试验过程中试样11浸没在超临界水中，测试环境符合要求。

本发明利用反应釜提供超临界水氧化环境，实现高温高压环境下材料疲劳性能的测量，具有结构可靠、运行平稳、测试准确、智能化程度高等特点。

应该注意的是上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (4)

1.一种超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置，包括试样、固定台、试验台架、为试样提供载荷动力的作动器，试样固定安装在固定台上；作动器上安装有载荷传感器、位移传感器；试样上安装有微应变测试系统；试验台架的底座上垂直固定安装有2根相互平行的立柱，立柱的上端部水平固定安装有横梁，其特征是：

所述试验台架的底座(2)上固定安装有反应釜(6)，反应釜(6)的釜体(16)和釜盖(17)之间密封且固定连接；

所述固定台(3)固定安装在釜体(16)内的底部，位于试样(11)上方的加力杆(4)与作动器(5)下端固定连接；加力杆(4)垂直穿过釜盖(17)，作动器(5)垂直穿过横梁(1)，作动器(5)和加力杆(4)可轴向移动；

所述反应釜(6)安装有连通釜内外的注水管道(7)，反应釜(6)的上部安装有安全阀(10)、压力传感器(14)，反应釜(6)上部设置有排气阀(13)，反应釜(6)内轴向安装有电加热管(9)、中空管(18)，沿中空管(18)轴向安装有2个或2个以上的测温电阻(12)。

2.根据权利要求1所述超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置，其特征是：所述釜体(16)为多层真空结构，釜体(16)侧面设置有观察窗(8)。

3.根据权利要求2所述超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置，其特征是：所述釜盖(17)为双层真空结构，釜盖(17)设置有水冷循环机构，所述安全阀(10)、压力传感器(14)固定安装在釜盖(17)上。

4.根据权利要求1所述超临界水氧化环境材料疲劳性能测试装置，其特征是：所述加力杆(4)与釜盖(17)之间的密封采用往复式动密封机构，加力杆(4)设置有水冷机构。