CN111707433B - 高温高压下的690合金管微动损伤试验装置及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温高压下的690合金管微动损伤试验装置及其实施方法，包括驱动组件和固定夹持组件；驱动组件包括两个正交分布的音圈电机；一个音圈电机通过活塞杆和加载杆与405不锈钢试样连接，音圈电机前端与活塞杆之间安装一维力传感器；一维力传感器前端依次与导向杆、导向轴承、副压腔和密封基座；另一个音圈电机的活塞杆上通过二维力传感器安装板固定安装二维力传感器；固定夹持组件包括高压釜；高压釜上开设循环水接口，高压釜内包括固定690合金管试样的V形块和固定405不锈钢试样的自适应夹具；V形安装于二维力传感器上；自适应夹具通过连接板活动固定于不锈钢交叉滚子导轨上；连接板与加载杆连接；405不锈钢试样和690合金管试样呈线接触。
Description
技术领域
本发明属于微动损伤测试的技术领域，具体涉及一种高温高压下的690合金管微动损伤试验装置及其实施方法。
背景技术
在核电蒸汽发生器中，传热管与抗振条是其中的关键零部件，由于流致振动(FIV)的存在，会导致传热管与抗振条出现相对位移，造成磨损，而振动的随机性，使得传热管与抗振条之间通常会出现切向微动磨损、冲击微动磨损、冲切复合微动磨损多种形式，微动损伤的存在，导致核电系统的运行会存在故障隐患。
目前关于传热管(690合金)与抗振条(405)微动损伤的已经开展了大量的研究工作，但是在高温高压水环境下试验研究还比较单一，主要是由于高温高压试验设备成本较高，针对单一的微动损伤方式建立高温高压试验具有一定难度，而要模拟传热管的真实损伤状态，建立具有多功能的微动试验设备又是关键所在。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种高温高压下的690合金管微动损伤试验装置及其实施方法，以解决现有传热管与抗振条微动损伤缺少在高温高压水环境下试验的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种高温高压下的690合金管微动损伤试验装置及其实施方法，其包括驱动组件和固定夹持组件；
驱动组件包括两个正交分布的音圈电机；一个音圈电机通过活塞杆和加载杆与405不锈钢试样连接，音圈电机前端与活塞杆之间安装一维力传感器；一维力传感器前端依次与导向杆、导向轴承、副压腔和密封基座；另一个音圈电机的活塞杆上通过二维力传感器安装板固定安装二维力传感器；
固定夹持组件包括高压釜；高压釜上开设循环水接口，高压釜内包括固定690合金管试样的V形块和固定405不锈钢试样的自适应夹具；V形安装于二维力传感器上；自适应夹具通过连接板活动固定于不锈钢交叉滚子导轨上；连接板与加载杆连接；所述405不锈钢试样和690合金管试样呈线接触。
优选地，音圈电机通过音圈电机座固定于安装平面上。
优选地，安装平面通过隔振基座固定于水泥底座上。
优选地，不锈钢交叉滚子导轨安装于与音圈电机连接的活塞杆上。
优选地，高压釜的材质为304不锈钢材料。
优选地，高压釜通过法兰面采用螺栓固定在安装平面上，高压釜呈内圆外方的结构。
优选地，副压腔内设置压力传感器。
优选地，活塞杆为中空活塞杆，中空活塞杆连通高压釜内部与副压腔连通。
优选地，活塞杆与高压釜之间的密封点上均套设密封圈。
一种高温高压下的690合金管微动损伤试验的实施方法，包括：
S1、将690合金管试样和405不锈钢试样分别安装于V形块和自适应夹具上，调整自适应夹具，使690合金管试样和405不锈钢试样呈线接触，并锁定自适应夹具；
S2、通过循环水接口通入高温高压水，直至环境状态稳定；
S3、一个音圈电机输出静态载荷并加载于690合金管试样上，另一个音圈电机输出动态载荷并加载于405不锈钢试样上，模拟进行切向微动磨损试验；
S4、一个音圈电机输出动态载荷并加载于690合金管试样上，另一个音圈电机输出静态载荷并加载于405不锈钢试样上，模拟进行冲击微动磨损试验；
S5、一个音圈电机输出动态载荷并加载于690合金管试样上，另一个音圈电机输出动态载荷并加载于405不锈钢试样上，模拟进行冲击切向复合微动磨损试验。
本发明提供的高温高压下的690合金管微动损伤试验装置及其实施方法，具有以下有益效果：
本发明设计实现了在基于高温高压环境下，可进行多种微动损伤试验的多功能试验平台；根据加载装置的不同配合，在同一试验平台上，可以同时实现切向微动磨损、冲击微动磨损和冲切复合微动磨损等微动损伤试验，可以真实模拟核电蒸汽发生器运行过程中690合金管的真实损伤状态。
附图说明
图1为高温高压下的690合金管微动损伤试验装置轴侧图概况结构示意图。
图2为高温高压下的690合金管微动损伤试验装置剖视结构示意图。
图3为高温高压下的690合金管微动损伤试验装置俯视结构示意图。
图4为高温高压下的690合金管微动损伤试验装置剖视结构示意图。
其中，1、水泥底座；2、立柱；3、隔振基座；4、安装平面；5、音圈电机座；6、音圈电机；7、副压腔；8、导向杆；9、导向轴承；10、密封基座；11、冷却水套；12、高压釜；13、一维力传感器安装板；14，一维力传感器；15、压力传感器；16、交叉滚子导轨；17、密封圈；18、密封圈；19、不锈钢导向轴承；20、活塞杆；21、不锈钢交叉滚子导轨；22、传感器接口法兰；23、循环水接口；24、V形块；25、二维力传感器；26、二维力传感器安装板；27、安装座；28、限位杆；29、690合金管试样；30、405不锈钢试样；31、自适应夹具；32、连接板；33、加载杆。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的高温高压下的690合金管微动损伤试验装置及其实施方法，包括驱动组件和固定夹持组件，可用于进行高温高压水环境下690合金管切向微动磨损试验、冲击微动试验、冲击切向复合微动试验。
其中，固定夹持组件包括高压釜12，高压釜12主要用于提供模拟试验场所，高压釜12通过法兰面采用螺栓固定在安装平面4上，为了防止高温高压水环境下，电化学反应的发生，高压釜12选用304不锈钢材料。
高压釜12设计为内圆外方的结构，便于高压釜12上其他部件的安装，安装平面4通过隔振基座3固定于水泥底座1上。
在高压釜12上开设循环水接口23，循环水接口23用于将高温高压水引入高压釜12内，得到高压釜12内高温高压环境。
在高压的两个高压釜12正交方向分别布置两个加载轴，作为切向位移加载轴和径向载荷加载轴，驱动方式均采用音圈电机6加载，音圈电机6可实现高频的往复直线运动，具有较高的控制精度，加载方式采用接触式加载，载荷或位移通过音圈电机6、一维力传感器14、导向装置和活塞杆20等传递到高压釜12内部的固定夹持组件上。
高压釜12内固定405不锈钢试样30的自适应夹具31，以及安装自适应夹具31的连接板32、安装连接板32的不锈钢交叉滚子导轨21，连接板32与加载杆33相连，加载杆33与另一侧的活塞杆20相连，驱动自适应夹具31完成切向运动，自适应夹具31可以保证405不锈钢和690合金管试样29呈线接触状态。
所有夹具材料均采用不锈钢；V形块24与自适应夹具31之间为平行安装，保证试验安装完毕之后为线接触状态。
高压釜12内包括用于夹持固定690合金管试样29的V形块24，固定V形块24的二维力传感器25，安装二维力传感器安装板26，二维力传感器安装板2与活塞杆20相连。
V形块24夹具直接安装在二维力传感器25上，可以完成试验数据的实时采集，二维力传感器25安装在安装板上，安装板与活塞杆20相连接，V形块24与自适应夹具31之间为平行安装，以保证试验过程中试验样品为线接触状态。
直接将二维力传感器25安装于690合金管V形块24背面，可以直接对两个方向的试验数据进行采集，为了保证试验夹具具有良好的刚度，设计限位杆28和二维力传感器安装板26，保证690合金管的夹具和力传感器只能沿限位杆28的轴线方向运动，从而在切向方向具有较高的刚度，两个加载轴分别控制两个方向的夹具运动，实现690合金管与405不锈钢的冲击微动磨损和切向微动磨损以及冲切复合微动磨损，当与690合金管试样29相连的加载轴输出动态载荷，而与405试样相连的加载轴输出静态载荷时，则进行冲击微动磨损，反之，则进行切向微动磨损，当两轴均输出动态载荷时，则进行冲切复合微动磨损。
驱动组件包括两个正交分布的音圈电机6，音圈电机6通过音圈电机6座5固定于安装平面4上。
驱动组件包括两个正交分布的音圈电机6；一个音圈电机6通过活塞杆20和加载杆33与405不锈钢试样30连接，音圈电机6前端与活塞杆20之间安装一维力传感器14；一维力传感器14前端依次与导向杆8、导向轴承9、副压腔7和密封基座10；另一个音圈电机6的活塞杆20上通过二维力传感器25安装板26固定安装二维力传感器25。
音圈电机6通过音圈电机6安装座27安装于安装平面4上，音圈电机6前端安装有一维力传感器14，一维力传感器14前端连接有导向杆8、导向轴承9、副压腔7和密封基座10，密封基座10与副压腔7中安装有往复运动的活塞杆20，导向杆8和导向轴承9将活塞杆20的运动限制为单自由度的往复直线运动，副压腔7为活塞杆20前后端提供力平衡，副压腔7中安装有压力传感器15，可实时监测压力平衡，密封基座10则将活塞杆20周围的高压水进行密封，以上零件均采用不锈钢材料加工制造。
在密封基座10前端设计有循环冷却水套，高压釜12与活塞杆20之间采用冷却动密封来实现高温高压水的隔绝，高压釜12与活塞杆20之间的动密封采用先冷却降温，达到密封工作温度后再进行强制密封的方式。
冷却水套11前端设计有不锈钢直线轴承，可以对活塞杆20的直线运动做进一步限制，活塞杆20两端布置有力传感器，可以通过力传感器的数值从而监测密封圈17的运行状态，活塞杆20用中空的设计方式，加载过程中的压力平衡是通过将高压经活塞杆20中空孔引到副压腔7从而实现活塞杆20两端的压力平衡。
本发明的加载方式采用接触式加载，载荷或位移通过音圈电机6、一维力传感器14、导向装置和活塞杆20等传递到高压釜12内部的夹具上。
活塞杆20两端布置有压力传感器15，可通过压力传感器15的数值从而监测密封圈17的运行状态。
活塞杆20与高压釜12之间的密封点上均套设密封圈17，高压釜12与活塞杆20之间的动密封采用先冷却降温，达到密封工作温度后再进行强制密封的方式。
活塞杆20为中空活塞杆20，中空活塞杆20连通高压釜12内部与外部副压腔7连通，即将高压引到副压腔7从而实现活塞杆20两端的压力平衡。
活塞杆20与音圈电机6之间安装的一维力传感器14用于测量密封圈17摩擦力和试验载荷之和，活塞杆20与试验试样之间安装的二维力传感器25可以测量试验载荷，两传感器数值之差表示密封摩擦力，良好密封状态下，密封摩擦力值稳定，因此可根据两传感器数值之差监测密封运行状态。
根据本申请的一个实施例，一种高温高压下的690合金管微动损伤试验的实施方法，包括：
S1、将690合金管试样29和405不锈钢试样30分别安装于V形块24和自适应夹具31上，调整自适应夹具31，使690合金管试样29和405不锈钢试样30呈线接触，并锁定自适应夹具31；
S2、通过循环水接口23通入高温高压水，直至环境状态稳定；
S3、一个音圈电机6输出静态载荷并加载于690合金管试样29上，另一个音圈电机6输出动态载荷并加载于405不锈钢试样30上，模拟进行切向微动磨损试验；
S4、一个音圈电机6输出动态载荷并加载于690合金管试样29上，另一个音圈电机6输出静态载荷并加载于405不锈钢试样30上，模拟进行冲击微动磨损试验；
S5、一个音圈电机6输出动态载荷并加载于690合金管试样29上，另一个音圈电机6输出动态载荷并加载于405不锈钢试样30上，模拟进行冲击切向复合微动磨损试验。
本发明设计实现了在基于高温高压环境下，可进行多种微动损伤试验的多功能试验平台；根据加载装置的不同配合，在同一试验平台上，可以同时实现切向微动磨损、冲击微动磨损和冲切复合微动磨损等微动损伤试验，可以真实模拟核电蒸汽发生器运行过程中690合金管的真实损伤状态。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (2)
1.一种高温高压下的690合金管微动损伤试验装置，其特征在于：包括驱动组件和固定夹持组件；
所述驱动组件包括两个正交分布的音圈电机；一个所述音圈电机通过活塞杆和加载杆与405不锈钢试样连接，音圈电机前端与活塞杆之间安装一维力传感器；一维力传感器前端依次与导向杆、导向轴承、副压腔和密封基座连接；另一个所述音圈电机的活塞杆上通过二维力传感器安装板固定安装二维力传感器；
所述固定夹持组件包括高压釜；所述高压釜上开设循环水接口，高压釜内包括固定690合金管试样的V形块和固定405不锈钢试样的自适应夹具；所述V形块安装于二维力传感器上；所述自适应夹具通过连接板活动固定于不锈钢交叉滚子导轨上；所述连接板与加载杆连接；所述405不锈钢试样和690合金管试样呈线接触；
所述音圈电机通过音圈电机座固定于安装平面上；
所述安装平面通过隔振基座固定于水泥底座上；
所述不锈钢交叉滚子导轨安装于与音圈电机连接的活塞杆上；
所述高压釜的材质为304不锈钢材料；
所述高压釜通过法兰面采用螺栓固定在安装平面上，高压釜呈内圆外方的结构；
所述副压腔内设置压力传感器；
所述活塞杆为中空活塞杆，中空活塞杆连通高压釜内部与副压腔连通；活塞杆用中空的设计方式，加载过程中的压力平衡是通过将高压经活塞杆中空孔引到副压腔从而实现活塞杆两端的压力平衡；
所述活塞杆与高压釜之间的密封点上均套设密封圈。
2.一种采用权利要求1所述的高温高压下的690合金管微动损伤试验装置的实施方法，其特征在于，包括：
S1、将690合金管试样和405不锈钢试样分别安装于V形块和自适应夹具上，调整自适应夹具，使690合金管试样和405不锈钢试样呈线接触，并锁定自适应夹具；
S2、通过循环水接口通入高温高压水，直至环境状态稳定；
S3、一个音圈电机输出静态载荷并加载于690合金管试样上，另一个音圈电机输出动态载荷并加载于405不锈钢试样上，模拟进行切向微动磨损试验；
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| CN111707433A (zh) | 2020-09-25 |
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