CN106370514A - 一种用于高温高压水汽环境下管道加载变形协调机构 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于高温高压水汽环境下管道加载变形协调机构，应用于高温高压水环境中对通水管道试样轴向加载过程的协调变形，组成包括：2个加载底座、2条进水管路、2条出水管路、2个平衡板和2个非固定式螺栓夹头，进水管路由竖直段、螺旋管段和盘管段组成，对管件试样进行加载时，管件试样发生的形变量与2条进水管路中螺旋管形变量一致，而进、出水管路顶部的相对位置始终保持不变，因此容易与高温高压釜盖实现密封组装，从而实现对通水管道在高温釜中的直接加载功能。该装置设计简单，适合于通水管件的多种性能测试过程，特别适合于在核、火电站等管道在通高温高压水状态下的性能测试，在管件实验室测试和管件测试装备领域具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于高温高压水汽环境下管道加载变形协调机构，属管件力学性能、应力腐蚀性能等应力加载相关测试分析及其测试装备领域。
背景技术
金属材料的拉伸、压缩、疲劳、蠕变持久、应力腐蚀、腐蚀疲劳及腐蚀蠕变等性能水平是材料产品质量性能考核与服役评价与寿命评估的重要参考依据。在对这些材料性能的测试过程中，不可避免地要使用加载装置来实现对试样的应力加载。由于材料加载过程中可能会发生不同程度的形变，形变后的加载过程仍要求均匀、稳定并控制准确，同时需要对工作中的主轴实现动态加载的功能。因此，金属材料力学加载主要取决于对设备加载过程的控制，试样的应力加载装置因而成为力学性能测试设备的关键部件之一。
管件的轴向加载装置是一种针对管件试样应力加载的测试设备。普通的力学加载装置主要应用于对板状或柱状实心材料的轴向拉伸或压缩性能测试。随着管道等空心材料构件的广泛应用和力学性能测试设备的发展，直接对管道试样进行力学性能测试的需求日益突出，管道力学性能检测成为大尺寸和全尺寸非标管件性能评价的关键测试内容和指标要求。由于管道构件在实际使用过程中内、外壁一般与水、气体等液相或气相介质接触，同时可能伴随着高温高压环境，这些介质在高温高压和外界应力的条件下与管件发生作用，此类管件典型的应用案例为内部存在高温高压水的核电或火电管道，或者内外都有高温高压水汽的蒸汽发生器热交换管。为了模拟电站管道真实的工作条件，评价管件的实际服役性能，需要在管件内、外壁都有高温高压水汽环境的条件下对管件进行轴向加载。
模拟真实电站环境下的管道力学加载装置不仅需要可靠的加载控制系统，还离不开高压釜以及相关的密封措施以实现高温高压水汽环境条件。在对内、外壁接触有高温高压水汽的管道实施加载时，一方面该装置需要外接中空管道连接被加载管道，同时被加载管道应处于高压釜环境中，以保证被加载管道内部和外部的水汽温度和压力；另一方面该装置需要考虑在动态加载过程中管道的变形导致与之连接的外接管道发生相对位置移动。由于被加载管道内、外部连接的高温高压水汽环境不同，管外水汽环境通常需要高压釜来实现，被加载管内环境需要外接管道来实现，因而外接管道需要延伸至控制管外水汽环境的高压釜之外。外接管道在被加载管道动态加载过程中具有相对移动，导致相关连接管道均发生移动，最终造成外围的高压釜等极难实现密封。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种设计简单，使用简便，适合于实验室管道试样加载测试和实际工程加载装置的应用的用于高温高压水汽环境下管道加载变形协调机构。
本发明的技术方案是：一种用于高温高压水汽环境下管道加载变形协调机构，该协调机构包括：2个加载底座、2个进水管、2个出水管、2个平衡板和2个非固定式螺栓夹头；
其中，所述2个加载底座分为上、下加载底座且从上到下依次设置，所述上加载底座和下加载底座之间通过管道试样连接，所述下加载底座的两侧对称设置2个所述进水管，且2个所述进水管均与所述下加载底座连通，所述上加载底座的两侧对称设置2个所述出水管，且2个所述出水管均与所述上加载底座连通。
进一步，2个进水管和2个出水管之间夹角为90°，且与管道试样轴线呈轴对称。
进一步，所述进水管由进水管上竖直段、中空螺旋管段、进水管下竖直段、盘管段和进水管倾斜段组成，所述进水管上竖直段、中空螺旋管段、进水管下竖直段、盘管段和进水管倾斜段从上到下沿着进水方向依次设置。
进一步，所述出水管由出水管竖直段和出水管倾斜段组成。
进一步，所述管道试样的轴线与所述上加载底座、下加载底座的轴线重合。
进一步，2个进水管路的盘管段分别位于2个对称设置在所述下加载底座的两侧的平衡板上，通过2个非固定式螺栓夹头固定。
进一步，所述2个进水管路中的中空螺旋管段的弹性系数相同。
该管道加载变形协调机构由于在上、下两个加载底座上各设有2个进水管路和2个出水管路，且进出水管路与轴向之间夹角为90°，与管道试样或上、下加载底座的轴线呈轴对称关系，因而可以消除管道试样在加载过程中由于进出水流造成的非轴向力；该机构的进水管包括中空螺旋管段，在管道试样加载变形（伸长或缩短）的过程中，螺旋管随着管道试样一起同步发生变形，从而使2个进水管路和2个出水管路的顶端始终在同一位置，起到了协调变形的作用。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明具有设计简单，使用简便，可与高压釜配合实现密封设计，实现在管道内、外壁均存在高温高压水汽环境下对被加载管道实现动态加载功能，直接应用于电站管件及其他管件在通水条件下拉伸、压缩、疲劳、蠕变持久、应力腐蚀及腐蚀蠕变等测试的力学加载，在管件试样力学性能测试和及其装备制造领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是一种用于高温高压水汽环境下管道加载变形协调机构简图。
图中：
1．加载底座、1-1.上加载底座、1-2.下加载底座、2.进水管路、2-1.进水管上竖直段、2-2.中空螺旋管段、2-3.进水管下竖直段、2-4.盘管段、2-5.进水管倾斜段进水管、3.出水管路、3-1.出水管竖直段、3-2.出水管倾斜段、4.平衡板、5.管道试样、6.非固定式螺栓夹头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明一种用于高温高压水汽环境下管道加载变形协调机构，该协调机构包括：2个加载底座1、2个进水管路2、2个出水管路3、2个平衡板4和2个非固定式螺栓夹头6；
其中，所述加载底座由上加载底座（1-和下加载底座1-2组成并从上到下依次设置。
所述进水管路2沿着进水方向依次由进水管上竖直段2-1、中空螺旋管段2-2、进水管下竖直段2-3和盘管段2-4或进水管倾斜段2-5组成。
所述出水管路3由出水管竖直段3-1和出水管倾斜段3-2组成。
所述上加载底座1-1和下加载底座1-2之间通过管道试样5连接，所述管道试样5的轴线与所述上加载底座1-1、下加载底座1-2的轴线重合，所述下加载底座1-2的两侧对称设置2个所述进水管，且2个所述进水管路2的倾斜段2-3均与所述下加载底座1-2连通，所述上加载底座1-1的两侧对称设置2个所述出水管路3，且2个所述出水管路3的倾斜段3-2均与所述上加载底座1-1连通，2个进水管路2和2个出水管3之间夹角为90°，且与管道试样5轴线呈轴对称。所述2个进水管路中的中空螺旋管段2-2的弹性系数相同。
本发明的原理是： 被加载的管道试样5通过焊接与上加载底座1-1和下加载底座1-2连接，上加载底座1-1的侧向方向各连接有两个出水管3的倾斜段3-2，下加载底座1-2侧向方向各连接有两个进水管2的倾斜段2-5，2个进水管2和2个出水管3之间夹角为90°，且与管道试样5轴线呈轴对称；两个进水管2的上竖直段2-1和下竖直段2-3之间焊接有一定弹性系数的中空螺旋管2-2，中空螺旋管、盘管、倾斜段和被加载管道试样均相通，加载过程中管道试样、各进出水管道内部均通有高温高压水环境，整个机构可处于空气中，也可置于高温高压水等环境中。当对管件试样进行加载时，管件试样将发生形变，其形变被2个具有相同弹性系数的中空螺旋管2-2产生的形变所抵消，于是，螺旋管顶部与上加载底座的两个支管顶部在加载过程中始终保持相对位置不变。由于该机构中的两根进、出水管道的管口位置在加载过程中均不发生移动，因此很容易穿越高压釜盖，并与高压釜盖实现密封组装，从而实现对通水管道在高温高压水汽环境中的直接加载功能。
实施例
依据附图连接各部件构建变形协调机构，所焊接的中空螺旋管（2-的弹性系数为10KN/m，向下加载底座1-2侧向支管顶部通入温度为350℃、压力为20MPa的高温高压水，高温高压水流经下侧向支管、管道试样、螺旋管、上侧向支管后流出，同时利用加载装置对管道试样进行拉伸加载。
Claims (7)
1.一种用于高温高压水汽环境下管道加载变形协调机构，其特征在于，该协调机构包括：2个加载底座（1）、2个进水管路（2）、2个出水管路（3）、平衡板（4）、管道试样（5）和非固定式螺栓夹头（6）；
其中，所述加载底座（1）分为上加载底座（1-1）和下加载底座（1-2），且上加载底座（1-1）和下加载底座（1-2）从上到下依次设置并通过管道试样（5）连接，所述下加载底座（1-2）的两侧对称设置2个所述进水管路（2），且2个所述进水管路（2）均与所述下加载底座（1-2）连通，所述上加载底座（1-1）的两侧对称设置2个所述出水管路（3），且2个所述出水管路（3）均与所述上加载底座（1-1）连通。
2.根据权利要求1所述的协调机构，其特征在于，2个所述进水管路（2）和2个所述出水管路（3）与轴向之间夹角为90°，且与管道试样（5）轴线呈轴对称。
3.根据权利要求1所述的协调机构，其特征在于，所述进水管路（2）沿着进水方向依次由进水管上竖直段（2-1）、中空螺旋管段（2-2）、进水管下竖直段（2-3）和盘管段（2-4）或进水管倾斜段（2-5）组成。
4.根据权利要求1所述的协调机构，其特征在于，所述出水管路（3）由出水管竖直段（3-1）和出水管倾斜段（3-2）组成。
5.根据权利要求1所述的协调机构，其特征在于，所述管道试样（5）的轴线与所述上加载底座（1-1）、下加载底座（1-2）的轴线重合。
6.根据权利要求3所述的协调机构，其特征在于，2个进水管路的盘管段（2-4）分别位于2个对称设置在所述下加载底座（1-2）的两侧的平衡板上，通过2个非固定式螺栓夹头（6）固定。
7.根据权利要求1和3所述的协调机构，其特征在于，所述2个进水管路中的中空螺旋管段（2-2）的弹性系数相同。
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