CN108519298A - 一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机 - Google Patents

一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料力学、腐蚀等性能测试分析领域,具体涉及一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,所述高温水蒸汽环境蠕变持久试验机包括电阻加热炉、水蒸汽环境模拟单元、水蒸汽发生单元和蠕变持久加载单元;所述水蒸汽环境模拟单元与所述水蒸汽发生单元和所述蠕变持久加载单元连接;所述水蒸汽环境模拟单元置于所述电阻加热炉中。本发明通过电阻加热炉、水蒸汽发生单元、水蒸汽预加热器等有效配合,实现火电、核电等领域高温结构水蒸汽服役环境的模拟,配合蠕变持久加载单元完成上述结构材料高温水蒸汽近服役环境下的蠕变持久等力学性能以及受力情况下高温水蒸汽腐蚀性能测试和结构失效分析。

Description

一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机
技术领域
[0001]本发明属于金属材料力学性能、氧化腐蚀等性能测试分析领域,具体涉及一种高 温水蒸汽环境蠕变持久试验机。
背景技术
[0002]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。火电、核电等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。
[0003]除温度应力作用下的正常长时累积蠕变损伤外,对于火电、核电领域使用的高温 结构材料而言,在其蠕变寿命内,还面临着高温水蒸汽氧化腐蚀以及焊接接头的开裂的等 严重的失效问题。高温水蒸汽环境下结构件的氧化腐蚀以及焊接接头的弱化会严重影响管 道的蠕变寿命,同时温度应力作用下的蠕变变形也会加速管道的氧化腐蚀以及焊接接头的 弱化,因此,常规的高温条件下的材料蠕变持久等力学性能数据以及由这些力学性能数据 进行的寿命预测结果不能准确地反映火电、核电等领域使用的高温结构材料的真实寿命极 限。
发明内容
[0004] 为解决上述问题,本发明提出一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,所述高温水 蒸汽环境蠕变持久试验机能够模拟火电、核电等领域关键结构的高温水蒸汽实际服役环 境,进行其结构材料近服役环境下的蠕变持久、腐蚀等性能测试分析,对火电、核电等领域 关键结构的寿命预测和可靠性评估有着非常重要的意义。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的: 一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,所述高温水蒸汽环境蠕变持久试验机包括电阻 加热炉、水蒸汽环境模拟单元、水蒸汽发生单元和蠕变持久加载单元;所述水蒸汽环境模拟 单元分别与所述水蒸汽发生单元和所述蠕变持久加载单元连接;所述水蒸汽环境模拟单元 置于所述电阻加热炉中。
[0006] 进一步地,所述水蒸汽环境模拟单元包括高温水蒸汽环境模拟釜、第一端盖法兰、 第二端盖法兰、水蒸汽预加热器和过热水蒸汽接口;所述第一端盖法兰和所述第二端盖法 兰置于所述高温水蒸汽环境模拟釜两端;所述过热水蒸汽接口 一端与所述水蒸汽发生单元 连接,另一端通过管道与所述水蒸汽环境模拟釜连接。
[0007] 进一步地,所述第一端盖法兰上设置一用于试验过程中保持水蒸汽环境模拟釜动 态密封的端盖波纹管。
[0008] 进一步地,所述水蒸汽预加热器设置于所述过热水蒸汽接口相反于所述水蒸汽环 境模拟单元的管道外围,进入所述过热水蒸汽接口的水蒸汽经所还水蒸加热益加热到 设定温度后再以管道形式输入所述水蒸汽环境模拟釜中。
[0009] 进一步地,所述水蒸汽预加热器为现有的可对水蒸汽加热的加热器,并非本发明 的发明点。 _ 、
[0010] 进一步地,所述水蒸汽发生单元包括氧气气源、氢气气源、水箱和水蒸汽发生器; 所述氧气气源、所述氢气气源和所述水蒸汽发生器分别与所述水箱连f,所述水箱与所述 水蒸汽发生器一端连接,所述水蒸汽发生器另一端与所述水蒸汽环境模拟单元连接。
[0011] 进一步地,所述水蒸汽发生器与所述过热水蒸汽接口连接。 、
[0012] 进一步地,所述氧气气源和所述氢气气源与所述水箱之间均依次设置有减压阀、 手动微调阀和电磁阀,所述水箱上设置水溶氢测量仪和水溶氧测量仪。 _
[0013] 进一步地,所述水溶氢测量仪和所述水溶氧测量仪均为现有技术的水溶氢测量仪 和水溶氧测量仪。
[0014] 进一步地,所述水溶氢测量仪和所述水溶氧测量仪均为ALICAT的LL1系列质量流 量计,所述质量流量计规格为5SCCM。
[0015] 进一步地,所述减压阀、所述手动微调阀、所述电磁阀、所述水溶氢测量仪和所述 水溶氧测量仪相互配合,以调节所述水箱中水的氢、氧含量。
[0016] 进一步地,所述水箱和所述水蒸汽发生器之间设置一蠕动泵,所述水蒸汽发生器 上还设置一液位计;所述蠕动泵与所述液位计相互配合,将所述水箱中的水稳定地输入到 所述水蒸汽发生器中。
[0017] 进一步地,所述水蒸汽发生单元的蒸汽发生过程为:水箱经过蠕动泵与水蒸汽发 生器入口连接,以一定速度向水蒸汽发生器中输送常温水,常温水经水蒸汽发生器生产@ 过热水蒸汽,过热水蒸汽经水蒸汽发生器出口以管道形式输送至所述水蒸汽环境模拟单元 中的过热水蒸汽接口。
[0018] 进一步地,所述水为纯净水。
[0019] 进一步地,所述懦变持久加载单兀包括第一拉杆、第一夹具、弟一夹具以及第一•拉 杆;所述第一夹具穿过高温水蒸汽环境模拟釜的第一端盖法兰,与所述第一拉杆以所述端 盖波纹管动态密封连接;所述第二夹具穿过高温水蒸汽环境模拟釜的第二端盖法兰,与所 述第二拉杆密封连接,测试样品连接在所述第一夹具和所述第二夹具之间。
[0020] 进一步地,所述测试样品采用挂式设计。
[0021] 进一步地,所述电阻加热炉为三段式电阻加热炉,所述高温水蒸汽环境模拟釜内 的测试样品连接热电偶,热电偶经所述高温水蒸汽环境模拟釜第二端盖法兰处的热电偶接 线座引出所述高温水蒸汽环境模拟釜,与所述电阻加热炉的温控仪表连接,构成所述电阻 加热炉的温度控制与反馈回路,调节并控制所述电阻加热炉的加热功率,与所述水蒸汽环 境模拟单元中的水蒸汽预加热器配合,保证所述高温水蒸汽环境模拟釜内所述测试样品的 温度。
[0022] 进一步地,所述高温水蒸汽环境蠕变持久试验机还包括一用于检测测试样品变形 量的变形测量单元。
[0023] 进一步地,所述变形测量单元包括第一引伸杆、第二引伸杆、位移计系统;所述第 一引伸杆一端穿过所述第二端盖法兰与所述测试样品一端连接,另一端与所述位移计系统 连接;所述第二引伸杆一端穿过所述第二端盖法兰与所述测试样品另一端连接,另一端与 所述位移计系统连接。
[0024]进一步地,所述位移计系统包括位移计、第一位移计托架、第二位移计托架、引伸 杆定位滑块和引伸杆滑轨;所述引伸杆滑轨设置在所述第二拉杆两侧;所述引伸杆定位滑 块设置于所述引伸杆滑轨上,实现试验过程中引伸杆的移动;所述第一位移计托架和所述 第二位移计托架分别固定在所述引伸杆定位滑块上下两端;所述位移计固定于所述第一位 移计托架和所述第二位移计托架之间,进行引伸杆移动量的测量,间接实现试验过程中测 试样品的变形量的测量;所述第一引伸杆对应设置在所述第一位移计托架上;所述第二引 伸杆对应设置在所述第二位移计托架上。
[0025]进一步地,所述第一引伸杆分割成釜内和釜外两段,两段之间采用第一引伸杆波 纹管动态密封连接。
[0026]进一步地,所述第二引伸杆分割成釜内和釜外两段,两段之间采用第二引伸杆波 纹管动态密封连接。
[0027]进一步地,所述测试样品的变形测量单元采用传统的引伸杆单边测量模式;所述 引伸杆单边测量模式是:所述测试样品的变形量通过引伸杆引出,利用环境模拟釜外的差 动变压器式位移计间接完成测试样品的变形测量。本发明具有如下有益效果: 本发明通过电阻加热炉、水蒸汽发生单元、水蒸汽预加热器等地有效配合,实现火电、 核电等领域高温结构水蒸汽服役环境的模拟,配合蠕变持久加载单元完成上述结构材料高 温水蒸汽近服役环境下的蠕变持久性能测试以及受力情况下高温水蒸汽腐蚀等性能测试 以及结构失效分析。
附图说明
[0028]图1为本发明实施例中的高温水蒸汽环境蠕变持久试验机结构示意图。
[0029]图2为本发明实施例中的水蒸汽发生装置结构示意图。
[0030]附图标记说明:1-电阻加热炉,12-热电偶接线座;2_水蒸汽环境模拟单元;21-高 温水蒸汽环境模拟釜,22_第一端盖法兰,23_第二端盖法兰,24-端盖波纹管,25-水蒸汽预 加热器,26-过热水蒸汽接口; 3-水蒸汽发生单元;31-氧气气源,32-氢气气源,33-水箱,34-水蒸汽发生器,35-减压阀,36-手动微调阀,37_电磁阀,38-蠕动泵,39-液位计;41-第一拉 杆,42_第一夹具,43-第二夹具,44-第二拉杆;5-测试样品;ei-第一引伸杆,eii-第一引伸 杆波纹管,62-第二引伸杆,621_第二引伸杆波纹管,631-位移计,632-第一位移计托架, 633-第二位移计托架,634-引伸杆定位滑块,635-引伸杆滑轨。
具体实施方式
[0031]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。
[0032]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。
[0033] 实施例1 本实施例提出一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,如图1和图2所示,所述高温水蒸 汽环境蠕变持久试验机包括电阻加热炉1、水蒸汽环境模拟单元2、水蒸汽发生单元3和蠕变 持久加载单元4;所述水蒸汽环境模拟单元2与所述水蒸汽发生单元3和所述蠕变持久加载 单元连接;所述水蒸汽环境模拟单元2置于所述电阻加热炉1中。
[0034] 所述水蒸汽环境模拟单元2包括高温水蒸汽环境模拟釜21、第一端盖法兰22、第二 端盖法兰23、水蒸汽预加热器25和过热水蒸汽接口 26;所述第一端盖法兰22和所述第二端 盖法兰23置于所述高温水蒸汽环境模拟釜21两端;所述过热水蒸汽接口 2G—端与所述水蒸 汽发生单元2连接,另一端通过管道与所述水蒸汽预加热器25—端连接;所述水蒸汽预加热 器25另一端与所述水蒸汽环境模拟釜21连接。
[0035] 所述第一端盖法兰22上设置一用于试验过程中保持水蒸汽环境模拟釜处于动态 密封的端盖波纹管24。
[0036] 所述水蒸汽预加热器25设置于所述过热水蒸汽接口 26相反于所述水蒸汽环境模 拟单元的管道外围,进入所述过热水蒸汽接口 26的水蒸汽再经所述水蒸汽预加热器25加热 到设定温度后再以管道形式输入所述水蒸汽环境模拟釜21中。
[0037] 所述水蒸汽发生单元3包括氧气气源31、氢气气源32、水箱33和水蒸汽发生器34; 所述氧气气源31、所述氢气气源32和所述水蒸汽发生器34分别与所述水箱33连接,所述水 箱33与所述水蒸汽发生器34—端连接,所述水蒸汽发生器34另一端与所述水蒸汽环境模拟 单元2连接。
[0038] 所述水蒸汽发生器34与所述过热水蒸汽接口 26连接。
[0039] 所述氧气气源31和所述氢气气源32与所述水箱33之间均依次设置有减压阀35、手 动微调阀36和电磁阀37,所述水箱33上设置水溶氢测量仪和水溶氧测量仪。
[0040] 所述减压阀35、所述手动微调阀36、所述电磁阀37、所述水溶氢测量仪和所述水溶 氧测量仪相互配合,以调节所述水箱中水的氢、氧含量。
[0041] 所述水箱和所述水蒸汽发生器之间设置一蠕动栗3S,所述水蒸汽发生器上还设置 一液位计39;所述蠕动栗38与所述液位计39相互配合,将所述水箱中的水稳定地输入到所 述水蒸汽发生器中。
[0042] 所述水蒸汽发生单元的蒸汽发生过程为:所述水箱33经过蠕动泵38与水蒸汽发生 器34入口连接,以一定速度向水蒸汽发生器34中输送常温水,常温水经水蒸汽发生器34生 产出过热水蒸汽,过热水蒸汽经水蒸汽发生器出口以管道形式输送至所述水蒸汽环境模拟 单元中的过热水蒸汽接口 26。
[0043] 所述水为纯净水。
[0044]所述蠕变持久加载单元包括第一拉杆41、第一夹具42、第二夹具43以及第二拉杆 44;所述第一夹具42穿过高温水蒸汽环境模拟釜的第一端盖法兰22,与所述第一拉杆41以 所述端盖波纹管24动态密封连接;所述第二夹具43穿过高温水蒸汽环境模拟爸的第二端盖 法兰23,与所述第二拉杆44密封连接,测试样品5连接在所述第一夹具42和所述第二夹具43 之间。
[0045]所述测试样品5采用挂式设计。
[0046]所述电阻加热炉1为三段式电阻加热炉,所述高温水蒸汽环境模拟釜21内的测试 样品5连接热电偶,热电偶经所述高温水蒸汽环境模拟釜21第二端盖法兰处的热电偶接线 座12引出所述高温水蒸汽环境模拟釜21,与所述电阻加热炉1的温控仪表连接,构成所述电 阻加热炉1的温度控制与反馈回路,调节并控制所述电阻加热炉1的加热功率,与所述水蒸 汽环境模拟单元中的水蒸汽预加热器25配合,保证所述高温水蒸汽环境模拟釜21内所述测 试样品5的温度。
[0047]所述高温水蒸汽环境蠕变持久试验机还包括一用于检测测试样品5变形量的变形 测量单元6。
[0048]所述变形测量单元6包括第一引伸杆61、第二引伸杆62、位移计系统;所述第一引 伸杆61—端穿过所述第二端盖法兰23与所述测试样品5—端连接,另一端与所述位移计系 统连接;所述第二引伸杆62—端穿过所述第二端盖法兰23与所述测试样品5另一端连接,另 一端与所述位移计系统连接。
[0049] 所述位移计系统包括位移计631、第一位移计托架632、第二位移计托架633、引伸 杆定位滑块634和引伸杆滑轨;所述引伸杆滑轨设置在所述第二拉杆44两侧;所述引伸杆定 位滑块634设置于所述引伸杆滑轨上,实现试验过程中引伸杆的移动;所述第一位移计托架 632和所述第二位移计托架633分别固定在所述引伸杆定位滑块634上下两端;所述位移计 631固定于所述第一位移计托架632和所述第二位移计托架633之间,进行引伸杆移动量的 测量,间接实现试验过程中测试样品5的变形量的测量;所述第一引伸杆61对应设置在所述 第一位移计托架632上;所述第二引伸杆62对应设置在所述第二位移计托架633上。
[0050]所述第一引伸杆61分割成釜内和釜外两段,两段之间采用第一引伸杆波纹管eu 动态密封连接。
[0051]所述第二引伸杆62分割成釜内和釜外两段,两段之间采用第二引伸杆波纹管621 动态密封连接。
[0052]所述测试样品5的变形测量系统采用传统的引伸杆单边测量模式;所述引伸杆单 边测量模式是:所述测试样品5的变形量通过引伸杆引出,利用环境模拟釜外的差动变压器 式位移计间接完成测试样品5的变形测量。
[0053]本发明通过电阻加热炉1、水蒸汽发生单元3、水蒸汽预加热器25等地有效配合,实 现火电、核电等领域高温结构水蒸汽服役环境的模拟,配合蠕变持久加,单元完成上述结 构材料高温水蒸汽近服役环境下的蠕变持久性能测试以及受力情况下高温水蒸汽腐蚀等 性能测试以及结构失效分析。

Claims (10)

1 -种高温水献环賴瓣久试验机,其’奸,臓韻水識_蠕^持久 试验机包__鮮、水蒸解境娜轉、水_鮏标雜麟久加_元;所5 水蒸汽环境模拟单元分别与所述水蒸汽发生单元和所述蠕变持久加载单兀连接;所述水蒸 汽环境模拟单元置于所述电阻加热炉中。 一 、、,一
2.根据权利要求1所述的一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,其特征在于,所述水蒸 汽环境模拟单元包括高温水蒸汽环境模拟釜、第一端盖法兰、第一端盖水蒸汽预加梦 器和过热水蒸汽接口;所述第一端盖法兰和所述第二端盖法兰置于所述闻温水蒸汽环境模 拟爸两端;臓过热水蒸纖n ―端与所述水蒸汽发生单元连接,另—端腿管道与所5 水蒸汽环境模拟釜连接;所述水蒸汽预加热器设置于所述过热水蒸汽接口相反于所述水蒸 汽环境模拟单元的管道外围。 、、
3. 根据权利要求2所述的一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,其特征在于,所述第一 端盖法兰上设置一用于试验过程中保持水蒸汽环境模拟釜动态密封的端盖波纹管。
4. 根据权利要求1所述的一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,其特征在于,所述水蒸 汽发生单元包括氧气气源、氢气气源、水箱和水蒸汽发生器;所述氧气气源、所述氢气气源 和所述水蒸汽发生器分别与所述水箱连接,所述水箱与所述水蒸汽发生器一端连接,所述 水蒸汽发生器另一端与所述水蒸汽环境模拟单元连接。
5. 根据权利要求4所述的一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,其特征在于,所述氧气 气源和所述氢气气源与所述水箱之间均依次设置有减压阀、手动微调阀和电磁阀,所述水 箱上设置水溶氢测量仪和水溶氧测量仪。
6. 根据权利要求4所述的一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,其特征在于,所述水箱 和所述水蒸汽发生器之间设置一蠕动泵,所述水蒸汽发生器上还设置一液位计;所述蠕动 栗与所述液位计相互配合,将所述水箱中的水稳定地输入到所述水蒸汽发生器中。
7. 根据权利要求1所述的一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,其特征在于,所述蠕变 持久加载单元包括第一拉杆、第一夹具、第二夹具以及第二拉杆;所述第一夹具穿过高温水 蒸汽环境模拟釜的第一端盖法兰,与所述第一拉杆以所述端盖波纹管动态密封连接;所述 第二夹具穿过高温水蒸汽环境模拟釜的第二端盖法兰,与所述第二拉杆密封连接,测试样 品连接在所述第一夹具和所述第二夹具之间。
8. 根据权利要求1所述的一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,其特征在于,所述高温 水蒸汽环境蠕变持久试验机还包括一用于检测测试样品变形量的变形测量单元。
9. 根据权利要求8所述的一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,其特征在于,所述变形 测量单元包括第一引伸杆、第二引伸杆、位移计系统;所述第一引伸杆一端穿过所述第二端 盖法兰与所述测试样品一端连接,另一端与所述位移计系统连接;所述第二引伸杆一端穿 过所述第二端盖法兰与所述测试样品另一端连接,另一端与所述位移计系统连接。
10. 根据权利要求9所述的一种高温水蒸汽环境蠕变持久试验机,其特征在于,所述位 移计系统包括位移计、第一位移计托架、第二位移计托架、引伸杆定位滑块和引伸杆滑轨; 所述引伸杆滑轨设置在所述第二拉杆两侧;所述引伸杆定位滑块设置于所述引伸杆滑轨 上,实现试验过程中引伸杆的移动;所述第一位移计托架和所述第二位移计托架分别固定 在所述引伸杆定位滑块上下两端;所述位移计固定于所述第一位移计托架和所述第二位移 计托架之间,进行引伸杆移动量的测量,间接实现试验过程中测试样品的变形量的测量;所 述第一引伸杆对应设置在所述第一位移计托架上;所述第二引伸杆对应设置在所述第二位 移计托架上。
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CN109163895A (zh) * 2018-09-14 2019-01-08 东莞市先健医疗有限公司 疲劳测试装置
CN112284877A (zh) * 2020-08-14 2021-01-29 中国原子能科学研究院 一种用于持久试验的惰性气体保护加装组件

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CN109163895A (zh) * 2018-09-14 2019-01-08 东莞市先健医疗有限公司 疲劳测试装置
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