CN113959878A - 一种换热管间滑动磨损的实验装置 - Google Patents

一种换热管间滑动磨损的实验装置 Download PDF

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CN113959878A CN202111130648.7A CN202111130648A CN113959878A CN 113959878 A CN113959878 A CN 113959878A CN 202111130648 A CN202111130648 A CN 202111130648A CN 113959878 A CN113959878 A CN 113959878A
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Abstract

本发明涉及一种换热管间滑动磨损的实验装置，包括固定机构、预紧力加载机构和动力组件；所述固定机构包括固定底板，该固定底板用于固定第一夹持组件、第二夹持组件和预紧力加载机构；所述预紧力加载机构包括两个预紧力加载单元，每个预紧力加载单元分别作用于一组换热管，且两个预紧力加载单元分别设置于所述固定底板的两侧；动力组件与第一夹持组件相连相连接；本发明结构简单，设计巧妙，在固定底板上设置有定位孔，可根据实验条件灵活改变预紧力加载机构的安装位置，并配合细调组件对左右两侧换热管施加的预紧载荷和位移进行调节。

Description

一种换热管间滑动磨损的实验装置
技术领域
本发明属于换热管技术领域，尤其涉及一种换热管间滑动磨损的实验装置。
背景技术
换热管是核电蒸汽发生器必不可缺少的一部分，在规定的温度、压力、以及不同的介质中起换热作用。核电站中因流致振动导致U型管在弯管区域发生面内振动，传热管间发生多种摩擦形式的耦合，包括冲击磨损、微动磨损、滑动磨损等。
滑动磨损可以定义为两个接触体在相对滑动状态下相互加载，摩擦表面总是受到与其运动方向平行的切向摩擦力。
随着核电站运行时间的延长，影响核电站关键部件寿命的主要降质机制应该成为科研人员研究的焦点问题。对于此类失效研究较少，为此，本发明设计了用于换热管间滑动磨损实验的一种换热管滑动磨损实验装置，该装置能够模拟出换热管在核电站运行过程中的真实磨损情况，对保障核电安全运行具有重要意义。
发明内容
本发明考虑了前述问题而做出，发明的目的是提供一种换热管滑动磨损实验装置，能够进行不同速度、频率和位移的核电蒸汽发生器用换热管的相对滑动摩擦实验。
为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种换热管间滑动磨损的实验装置，包括固定机构、预紧力加载机构和动力组件；所述固定机构包括固定底板，该固定底板用于固定第一夹持组件、第二夹持组件和预紧力加载机构；所述预紧力加载机构包括两个预紧力加载单元，每个预紧力加载单元分别作用于一组换热管，且两个预紧力加载单元分别设置于所述固定底板的两侧；动力组件与第一夹持组件相连相连接。
作为本发明的一种优选方案，所述第一夹持组件用于夹持两根换热管的内侧，所述第一夹持组件包括：第一滑轨；第一滑动块，用于固定两根换热管的内侧，所述第一滑动块设置于所述第一滑轨上且可沿所述第一滑轨滑动；固定块，用于连接动力组件，所述固定块设置于所述第一滑动块上。
作为本发明的一种优选方案，所述第二夹持组件用于夹持一根换热管的内侧，所述第二夹持组件包括：第二滑轨；第二滑动块，用于固定一根换热管的内侧，所述第二滑动块设置于所述第二滑轨且可沿所述第二滑轨滑动。
作为本发明的一种优选方案，所述第一滑动块包括：第一本体，其设置于所述第一滑轨上，所述第一本体可沿所述第一滑轨滑动；第一夹持块，其固定于所述第一本体；第一夹条，其设置于所述第一夹持块上，所述第一夹条与换热管的内壁适配；第二夹持块，其固定于所述第一本体；第二夹条，其设置于所述第二夹持块，所述第二夹条与换热管的内壁适配。
作为本发明的一种优选方案，所述第二滑动块包括：第二本体，其设置于所述第二滑轨上，所述第二本体可沿所述第二滑轨滑动；第三夹持块，其固定于所述第二本体；第三夹条，其设置于所述第三夹持块上，所述第三夹条与换热管的内壁适配。
作为本发明的一种优选方案，所述动力组件包括：底座，底座用于安装电机；电机，所述电机固定于所述底座上，用于提供第一滑动块动力并控制其运动速度和频率；飞轮，所述飞轮固定于所述电机上；连杆，所述连杆一端通过关节轴承固定于所述飞轮上，另一端通过关节轴承固定于所述第一滑动块上。
作为本发明的一种优选方案，所述第一滑动块由动力组件上的飞轮附加轮上的定位孔来控制调节第一滑动块与所述第一滑轨之间的滑动和行程。
作为本发明的一种优选方案，所述飞轮固定有飞轮附加轮，用于对第一滑动块的滑动和行程进行控制；所述飞轮附加轮上配置有平衡调节块，用于对飞轮实现动平衡。
作为本发明的一种优选方案，所述预紧力加载单元包括：预紧力装置底板，所述预紧力装置底板与固定底板的相对位置可调；弹簧推力板与弹簧挤压板，所述弹簧推力板与弹簧挤压板之间距离可调；压力传感器，其固定于所述弹簧推力板上；微调组件，包括螺纹连接于所述预紧力装置底板的微调螺栓，所述微调螺栓的一端穿过所述预紧力装置底板并与所述弹簧推力板抵顶或分离。
作为本发明的一种优选方案，所述弹簧推力板与弹簧挤压板之间设有预紧弹簧，所述预紧弹簧的一端与弹簧推力板相抵，另一端与所述弹簧挤压板相抵。
作为本发明的一种优选方案，还包括固定框架，该固定框架用于安装所述固定机构与动力组件。
作为本发明的一种优选方案，所述固定框架包括若干安装梁和与所述安装梁垂直固定的支撑梁；所述安装梁沿其长度方向设置有若干槽孔，所述固定机构固定于任意所述槽孔内。
本发明的有益效果是：
1.本发明结构简单，设计巧妙，在固定底板上设置有定位孔，可根据实验条件灵活改变预紧力加载机构的安装位置，并配合细调组件对左右两侧换热管施加的预紧载荷和位移进行调节。
2、装置同时夹持两组换热管进行实验，一方面是平衡两侧预紧力加载机构同时施加在中间第一滑动块上的预紧力负荷，避免一侧施力导致对第一滑动块弯矩和变形的产生，提高实验数据的可靠性，并减少滑轨的磨损，提高其使用寿命，另一方面单次实验可以同时对两组换热管进行滑动磨损实验，提高了实验效率。
3、滑轨装置保证了换热管的运动方向，通过动力组件飞轮附加轮上的定位孔的设置可以实现第一滑动块较大范围的位移变量控制。
附图说明
图1是本发明实施例中测试装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中固定机构的结构示意图；
图3是本发明实施例中第一夹持组件的结构示意图；
图4是本发明实施例中第一滑动块的结构示意图；
图5是本发明实施例中第二夹持组件的结构示意图；
图6是本发明实施例中第二滑动块的结构示意图；
图7是本发明实施例中预紧力加载单元的结构示意图。
图8是本发明实施例中动力组件的结构示意图。
图中附图标记：固定底板100、第一夹持组件200、第一滑轨210、第一滑动块220、第一本体221、第一夹持块222、第一夹条223、第二夹持块224、第二夹条225、固定块230、第二夹持组件300、第二滑轨310、第二滑动块320、第二本体321、第三夹持块322、第三夹条323、传感器夹具324、预紧力加载单元400、预紧力装置底板410、弹簧推力板420、压力传感器430、预紧弹簧440、弹簧挤压板450、微调组件460、微调螺栓461、换热管500、动力组件600、底座610、电机620、飞轮630、飞轮附加轮631、平衡调节块632、连杆640、关节轴承641、固定框架700、安装梁710、槽孔711、支撑梁720。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
请参照图1-图7，本发明公布了一种换热管间滑动磨损的实验装置，包括固定机构、预紧力加载机构和动力组件600；固定机构包括固定底板100，该固定底板100用于固定第一夹持组件200、第二夹持组件300和预紧力加载机构；预紧力加载机构包括两个预紧力加载单元400，每个预紧力加载单元400分别作用于一组换热管500，且两个预紧力加载单元400分别设置于所述固定底板100的两侧；动力组件600与第一夹持组件相连200相连接。
具体来说，在固定机构中，动力组件600带动连杆640上下往复运动，连杆640通过关节轴承641带动第一滑动块220上的两个换热管500上下滑动，进而模拟换热管500在滑动摩擦时的运动轨迹，以对换热管500进行各种参数的测试。其中，在一个固定机构中可同时对两组换热管500进行测试，提高了测试效率。
在没有对称布置的情况下，对换热管500进行预紧和滑动时，会导致换热管500的横向弯曲，进而带动原有的用于连接动力组件600的部位的位置随之发生偏转，无法正对动力组件600，这时，第一滑动块220与第一滑轨210之间存在扭力，该扭力会极大地干扰测试过程，导致测试结果不具有参考价值；且，在动力组件600带动换热管500高速运动的情况下，该扭力会对动力组件600和第一滑轨210造成很大破坏，大大缩短了第一滑轨210的使用寿命。而在本实施中，两侧对称布置第二夹持组件300和预紧力加载单元400，这时，第一滑动块220上的横向弯曲的力予以抵消，也就避免了换热管500在预紧时产生的力对实验的干扰，大大减小了实验的误差；同时，还使得动力组件600与第一滑动块220可顺畅的连接，两者之间不会产生扭力，延长了动力组件600与滑轨210的使用寿命。
本发明结构简单，设计巧妙，在固定底板上设置有定位孔，可根据实验条件灵活改变预紧力加载机构的安装位置，并配合细调组件对左右两侧换热管施加的预紧载荷和位移进行调节。
请参照图3-图4，所述第一夹持组件200用于夹持两根换热管500的内侧，所述第一夹持组件200包括：第一滑轨210；第一滑动块220，用于固定两根换热管500的内侧，所述第一滑动块220设置于所述第一滑轨210且可沿所述第一滑轨210滑动；固定块230，用于连接动力组件600，所述固定块230设置于所述第一滑动块220。
请参照图5-图6，所述第二夹持组件300用于夹持一根换热管500的内侧，所述第二夹持组件300包括：第二滑轨310；第二滑动块320，用于固定一根换热管500的内侧，所述第二滑动320设置于所述第二滑轨310且可沿所述滑轨310滑动。
具体的，通过对动力组件600上飞轮附加轮631调节孔的设置，使得第一滑动块220在第一滑轨210上的行程可调，也就使得换热管500的行程可以控制，进而可改变动力组件600的频率以测得换热管500在不同速度、位移和预紧力下的各种摩擦参数，使具有该夹持装置的测试装置可测范围更广。
其中，第一滑动块220包括：第一本体221，其设置于所述第一滑轨210，所述第一本体221可沿所述第一滑轨210滑动；第一夹持块222，其固定于所述第一本体221；第一夹条223，其设置于所述第一夹持块222，所述第一夹条与换热管500的内壁适配；第二夹持块224，其固定于所述第一本体221；第二夹条225，其设置于所述第一夹持块222，所述第二夹条与换热管500的内壁适配。
第二滑动块320包括：第二本体321，其设置于所述第二滑轨310，所述第二本体321可沿所述第二滑轨310滑动；第三夹持块322，其固定于所述第二本体321；第三夹条323，其设置于所述第二本体321，所述第三夹条323与换热管500的内壁适配。
请参照图7，所述预紧力加载单元400包括：预紧力装置底板410，所述预紧力装置底板410与固定底板100的相对位置可调；弹簧推力板420与弹簧挤压板450，所述弹簧推力板420与弹簧挤压板450之间距离可调；压力传感器430，其固定于所述弹簧推力板420上。
微调组件460，包括螺纹连接于所述预紧力装置底板410的微调螺栓461，所述微调螺栓461的一端穿过所述预紧力装置底板410并与所述弹簧挤压板450抵顶或分离。
在本实施例中，弹簧推力板420被固定在压力传感器430上，而后调节预紧力装置底板410与固定底板100的位置，及微调组件461，增大弹簧推力板420与弹簧挤压板450之间的距离，以使两组传热管500之间产生压力。
具体地说，利用预紧力装置底板410对弹簧推力板420与弹簧挤压板450之间的距离进行粗调，即对传热管500所施加的压力进行粗略调节，而后调节微调组件460，对弹簧推力板420与弹簧挤压板450之间的距离进行细微调整，即对传热管500所施加的压力进行细微的调节，提高施压精度，使得测试可覆盖所需的压力范围，增加测试价值。
在进行微调时，微调螺栓461顶住弹簧挤压板450使得弹簧挤压板450具有细微形变，进而达到施力大小的细微调节。
可以理解的是，微调螺栓461中的螺距越小，其微调精度越高；微调螺栓461中的螺距越大，其微调精度越低。测试人员可根据不同需求更换不同螺距的微调螺栓461。
设置压力传感器430，用于实时检测换热管500之间的压力大小。在测试之前即可根据压力传感器430的实时传达的压力数据，调节所施加的压力大小至预设数值，以便减小误差。需要说明的是，测试过程中，弹簧推力板420与弹簧挤压板450之间的距离发生非常小的变化即会造成换热管500所受力较大的变化，在没有压力传感器430的检测的情况下，依靠感觉很难将施力调节至预设数值；而根据压力传感器430的施力大小的显示来调节施力大小显得更可控，调节更精确。因此，设置压力传感器430可很大程度上控制施力大小的精度。
弹簧推力板420与弹簧挤压板450之间设有预紧弹簧440，所述预紧弹簧440的一端与所述弹簧推力板420相抵，另一端与所述弹簧挤压板450相抵。
请参照图8，所述动力组件600包括：
底座610，用于安装电机620；电机620，所述电机620固定于所述底座610上，用于提供第一滑动块220动力并控制其运动速度和频率；飞轮630，所述飞轮630固定于所述电机620；连杆640，所述连杆640一端通过关节轴承641固定于所述飞轮630，另一端通过关节轴承641固定于所述第一滑动块220。
飞轮630固定有飞轮附加轮631，用于对第一滑动块220的滑动和行程进行控制；所述飞轮附加轮631上配置有平衡调节块632，用于对飞轮630实现动平衡。
请参照图1，还包括固定框架700，该固定框架700用于安装所述固定机构与动力组件600。
固定框架700包括若干安装梁710和与所述安装梁710垂直固定的支撑梁720；安装梁710沿其长度方向设置有若干槽孔711，所述固定机构固定于任意所述槽孔711内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明；对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
尽管本文较多地使用了图中附图标记：固定底板100、第一夹持组件200、第一滑轨210、第一滑动块220、第一本体221、第一夹持块222、第一夹条223、第二夹持块224、第二夹条225、固定块230、第二夹持组件300、第二滑轨310、第二滑动块320、第二本体321、第三夹持块322、第三夹条323、传感器夹具324、预紧力加载单元400、预紧力装置底板410、弹簧推力板420、压力传感器430、预紧弹簧440、弹簧挤压板450、微调组件460、微调螺栓461、换热管500、动力组件600、底座610、电机620、飞轮630、飞轮附加轮631、平衡调节块632、连杆640、关节轴承641、固定框架700、安装梁710、槽孔711、支撑梁720等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于：包括固定机构、预紧力加载机构和动力组件(600)；所述固定机构包括固定底板(100)，该固定底板(100)用于固定第一夹持组件(200)、第二夹持组件(300)和预紧力加载机构；所述预紧力加载机构包括两个预紧力加载单元(400)，每个预紧力加载单元(400)分别作用于一组换热管(500)，且两个预紧力加载单元(400)分别设置于所述固定底板(100)的两侧；动力组件(600)与第一夹持组件相连(200)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于：所述第一夹持组件(200)用于夹持两根换热管(500)的内侧，所述第一夹持组件(200)包括：
第一滑轨(210)；
第一滑动块(220)，用于固定两根换热管(500)的内侧，所述第一滑动块(220)设置于所述第一滑轨(210)上且可沿所述第一滑轨(210)滑动；
固定块(230)，用于连接动力组件(600)，所述固定块(230)设置于所述第一滑动块(220)上。
3.根据权利要求1所述的一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于：所述第二夹持组件(300)用于夹持一根换热管(500)的内侧，所述第二夹持组件(300)包括：
第二滑轨(310)；
第二滑动块(320)，用于固定一根换热管(500)的内侧，所述第二滑动块(320)设置于所述第二滑轨(310)且可沿所述第二滑轨(310)滑动。
4.根据权利要求2所述的一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于：所述第一滑动块(220)包括：
第一本体(221)，其设置于所述第一滑轨(210)上，所述第一本体(221)可沿所述第一滑轨(210)滑动；
第一夹持块(222)，其固定于所述第一本体(221)；
第一夹条(223)，其设置于所述第一夹持块(222)上，所述第一夹条(223)与换热管(500)的内壁适配；
第二夹持块(224)，其固定于所述第一本体(221)；
第二夹条(225)，其设置于所述第二夹持块(224)，所述第二夹条(225)与换热管(500)的内壁适配。
5.根据权利要求3所述的一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于：所述第二滑动块(320)包括：
第二本体(321)，其设置于所述第二滑轨(310)上，所述第二本体(321)可沿所述第二滑轨(310)滑动；
第三夹持块(322)，其固定于所述第二本体(321)；
第三夹条(323)，其设置于所述第三夹持块(322)上，所述第三夹条(323)与换热管(500)的内壁适配。
6.根据权利要求1所述的一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于：所述动力组件(600)包括：
底座(610)，底座(610)用于安装电机(620)；
电机(620)，所述电机(620)固定于所述底座(610)上，用于提供第一滑动块(220)动力并控制其运动速度和频率；
飞轮(630)，所述飞轮(630)固定于所述电机(620)上；
连杆(640)，所述连杆(640)一端通过关节轴承(641)固定于所述飞轮(630)上，另一端通过关节轴承(641)固定于所述第一滑动块(220)上。
7.根据权利要求6所述的一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于：所述飞轮(630)固定有飞轮附加轮(631)，用于对第一滑动块(220)的滑动和行程进行控制；所述飞轮附加轮(631)上配置有平衡调节块(632)，用于对飞轮(630)实现动平衡；所述第一滑动块(220)由动力组件(600)上的飞轮附加轮(631)上的定位孔来控制调节第一滑动块(220)与所述第一滑轨(210)之间的滑动和行程。
8.根据权利要求1所述的一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于：所述预紧力加载单元(400)包括：
预紧力装置底板(410)，所述预紧力装置底板(410)与固定底板(100)的相对位置可调；弹簧推力板(420)与弹簧挤压板(450)，所述弹簧推力板(420)与弹簧挤压板(450)之间距离可调；
压力传感器(430)，其固定于所述弹簧推力板(420)上；
微调组件(460)，包括螺纹连接于所述预紧力装置底板(410)的微调螺栓(461)，所述微调螺栓(461)的一端穿过所述预紧力装置底板(410)并与所述弹簧推力板(420)抵顶或分离。
9.根据权利要求8所述的一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于：所述弹簧推力板(420)与弹簧挤压板(450)之间设有预紧弹簧(440)，所述预紧弹簧(440)的一端与弹簧推力板(420)相抵，另一端与所述弹簧挤压板(450)相抵。
10.根据权利要求1-9任意所述的一种换热管间滑动磨损的实验装置，其特征在于，还包括固定框架(700)，该固定框架(700)用于安装所述固定机构与动力组件(600)；所述固定框架(700)包括若干安装梁(710)和与所述安装梁(710)垂直固定的支撑梁(720)；所述安装梁(710)沿其长度方向设置有若干槽孔(711)，所述固定机构固定于任意所述槽孔(711)内。
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