CN116202853A - 高温高压环境装置及试验机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，石英玻璃管密封压紧在上法兰和下法兰之间，上法兰上还设有盖装于吊装装置上的上盖，上法兰上布置有向石英玻璃管内充放高温高压水蒸气的进气口和排气口。通过布置围绕在试样夹具外周的石英玻璃管，利用其高温高压下的结构强度围成试样的蠕变测试空间，石英玻璃管的顶部和底部分别由上法兰和下法兰结构进行密封，并可进行在蠕变试验机上的安装，结构简单，并可形成稳定的试样试验环境，并保证了石英玻璃管的使用寿命和安全性。

Description

高温高压环境装置及试验机
技术领域
本发明涉及力学测试技术领域，更具体地说，涉及一种高温高压环境装置及试验机。
背景技术
高温高压水蒸气环境试验装置是可以模拟温度、压力、水化学条件和载荷等多参数耦合条件下材料的力学性能试验装置。主要能够在2MPa高压过热水蒸气环境下，最高1200℃完成特定材料的持久、疲劳力学性能测试。用于探究和模拟核电站主管道关键部件的长时工作能力、腐蚀状况。
现有技术的环境中可实现高温高压环境的充气能力及蠕变功能，结构复杂，体积大，涉及到的试样影响因素主要是高温水蒸气。而非高温高压环境下的影响，未考虑水蒸气液化现象，功能不够健全。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高温高压水蒸气环境装置及试验机，以提高材料力学性能测试设备性能。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，包括内部为试样夹具加载空间的石英玻璃管，
对所述石英玻璃管的上端口进行密封压紧的上法兰，所述上法兰上安装有对所述试样夹具的上端进行吊装的吊装装置；
对所述石英玻璃管的下端口进行密封压紧的下法兰，所述下法兰的下端面安装有底板，所述底板上设置将所述试样夹具的下端引出的引出通道；
所述上法兰上还设有盖装于所述吊装装置上的上盖，所述上法兰上布置有向所述石英玻璃管内充放高温高压水蒸气的进气口和排气口。
优选地，在上述用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置中，所述上法兰上开设与所述石英玻璃管插装配合的上安装口，所述上安装口由开口端至其内壁面分布有多条上密封圈，所述上安装口还布置沿轴向压紧于所述上安装口上的上压盖；
所述下法兰上开设下安装口，所述下安装口由开口至其内壁面分布有多条下密封圈，所述下安装口还布置沿轴向压紧于所述下安装口的下压盖。
优选地，在上述用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置中，所述上安装口内布置与所述石英玻璃管相对的上限位台阶，所述上限位台阶内布置上防撞垫；
所述下安装口内布置与所述石英玻璃管相对的下限位台阶，所述下限位台阶内布置下防撞垫。
优选地，在上述用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置中，所述上法兰的内圈开设有台间，所述吊装装置包括布置于所述台间内的推力关节轴承。
优选地，在上述用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置中，所述石英玻璃管外部置有对所述试样夹具的试样部位进行感应加热的感应线圈。
优选地，在上述用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置中，所述试样夹具顶部连接上拉杆，底部连接有下拉杆，所述上拉杆的上端穿过所述推力关节轴承固定连接有锁紧螺母；所述下拉杆穿过所述引出通道与蠕变主机的作动器连接。
优选地，在上述用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置中，所述底板的下方固装有密封法兰，所述底板与所述密封法兰之间，以及所述密封法兰和所述下拉杆之间均密封安装。
优选地，在上述用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置中，所述上盖外侧还盖装有对所述加载空间进行辅助加热的上辅助加热盖板；所述下法兰上还布置有将其盖装于所述底板上的下辅助加热盖板。
一种高温高压水蒸气环境蠕变试验机，包括蠕变主机，和布置于所述蠕变主机上的高温环境装置，所述高温环境装置为如上任意一项所述的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置。
优选地，在上述高温高压水蒸气环境蠕变试验机中，还包括连接于所述进气口，提供高压水蒸气的高温高压过热水蒸气发生器。
本发明提供的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，包括内部为试样夹具加载空间的石英玻璃管，对石英玻璃管的上端口进行密封压紧的上法兰，上法兰上安装有对试样夹具的上端进行吊装的吊装装置；对石英玻璃管的下端口进行密封压紧的下法兰，下法兰的下端面安装有底板，底板上设置将试样夹具的下端引出的引出通道；上法兰上还设有盖装于吊装装置上的上盖，上法兰上布置有向石英玻璃管内充放高温高压水蒸气的进气口和排气口。通过布置围绕在试样夹具外周的石英玻璃管，利用其高温高压下的结构强度围成试样的蠕变测试空间，石英玻璃管的顶部和底部分别由上法兰和下法兰结构进行密封，并可进行在蠕变试验机上的安装，结构简单，并可形成稳定的试样试验环境，并保证了石英玻璃管的使用寿命和安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的高温高压水蒸气环境蠕变试验机的结构示意图；
图2为图1中高温环境装置的剖视图。
具体实施方式
本发明公开了一种高温高压水蒸气环境装置及试验机，提高了材料力学性能测试设备性能。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。
如图1和图2所示，图1为本发明提供的高温高压水蒸气环境蠕变试验机的结构示意图；图2为图1中高温环境装置的剖视图。
本实施例提供了一种用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，包括内部为试样夹具12加载空间的石英玻璃管21，对石英玻璃管21的上端口进行密封压紧的上法兰26，上法兰26上安装有对试样夹具12的上端进行吊装的吊装装置；对石英玻璃管21的下端口进行密封压紧的下法兰23，下法兰23的下端面安装有底板15，底板15上设置将试样夹具12的下端引出的引出通道；上法兰26上还设有盖装于吊装装置上的上盖28，上法兰26上布置有向石英玻璃管21内充放高温高压水蒸气的进气口和排气口29。通过布置围绕在试样夹具12外周的石英玻璃管21，利用其高温高压下的结构强度围成试样的蠕变测试空间，石英玻璃管21的顶部和底部分别由上法兰26和下法兰23结构进行密封，并可进行在蠕变试验机上的安装，结构简单，并可形成稳定的试样试验环境，并保证了石英玻璃管的使用寿命和安全性。
本实施例中，上法兰26上开设与石英玻璃管21插装配合的上安装口，上安装口由开口端至其内壁面分布有多条上密封圈，上安装口还布置沿轴向压紧于上安装口上的上压盖20。
下法兰23上开设下安装口，下安装口由开口至其内壁面分布有多条下密封圈，下安装口还布置沿轴向压紧于下安装口的下压盖22。
上法兰26、下法兰23和石英玻璃管21采用插装结构进行组装。具体地，上法兰26上设置上安装口，石英玻璃管21插入上安装口内，上安装口的内径与石英玻璃管21的外径基本一致，通过在上安装口有开口端至其内壁面设置多条上密封圈，使得石英玻璃管21插入上安装口过程中，石英玻璃管21和上安装口之间通过上密封圈的挤压形成稳定密封。同时，石英玻璃管21插入上安装口后，设置上压盖20对上安装口进行压紧，上密封圈包括位于上压盖20和上安装口之间的一条，通过上压盖的挤压，利用上密封圈的形变对石英玻璃管进行锁紧和密封。
下法兰23上设置下安装口，其内布置下密封圈，通过下压盖22对下安装口锁紧的方式，对石英玻璃管21的下端进行锁紧和密封。
本实施例中，上安装口内布置与石英玻璃管21相对的上限位台阶，上限位台阶内布置上防撞垫；
下安装口内布置与石英玻璃管21相对的下限位台阶，下限位台阶内布置下防撞垫。石英玻璃管21的两端通过上法兰内的上限位台阶，以及下法兰内的下限位台阶，对石英玻璃管21的薄壁结构进行轴向支撑，并分别设置上防撞垫和下防撞垫，保证石英玻璃管的端部支撑结构稳定性。
本实施例中，上法兰的内圈开设有台间，吊装装置包括布置于台间内的推力关节轴承27。台间布置于上法兰26顶部端面，推力关节轴承27的外圈限位安装在台间内，保证试样10连接后不受径向力。
本实施例中，石英玻璃管21外部置有对试样夹具12的试样10部位进行感应加热的感应线圈11。石英玻璃管21外部置有感应线圈11，用于试样10部位外侧感应加热。
本实施例中，试样夹具12顶部连接上拉杆，底部连接有下拉杆17，上拉杆的上端穿过推力关节轴承27固定连接有锁紧螺母；下拉杆17穿过引出通道与蠕变主机1的作动器连接。试样10装夹在试样夹具12上，试样夹具12的上端设置上拉杆，上拉杆提供对试样夹具12顶部的牵引支撑。试样夹具12的下端设置下拉杆17，下拉杆17通过底板15上的引出通道后，连通蠕变主机1内的作动器。
本实施例中，底板15的下方固装有密封法兰16，底板15与密封法兰16之间，以及密封法兰16和下拉杆17之间均密封安装。由于下拉杆17穿过底板15，下拉杆17和引出通道之间同样需要稳定密封。通过在底板15的下方设置密封法兰16，密封法兰16中部开孔，用于下拉杆17的穿过，在密封法兰16和底板15之间，以及密封法兰16中部开孔与下拉杆17之间均设置密封结构，保证底板位置的密封性能。
本实施例中，以上密封圈结构均采用氟橡胶O型圈，并根据不同的密封位置，选用不同的密封圈规格。
本实施例中，上盖28外侧还盖装有对加载空间进行辅助加热的上辅助加热盖板8；下法兰23上还布置有将其盖装于底板15上的下辅助加热盖板13。石英玻璃管21的外周设置感应线圈11，用于试样10部位的感应加热。设置上盖28外盖装上辅助加热盖板8，下法兰23上的下辅助加热盖板13，对石英玻璃管21的顶部和底部均实现辅助加热，保证其内水蒸气不会液化。
石英玻璃管23与上法兰26及下法兰23接触端面装有防撞垫25。法兰径向用氟橡胶O型密封圈密封，法兰(23、26)与压盖(20、22)接触处开有倒角，并置有O型密封圈，压盖(20、22)与法兰(23、26)通过螺钉预紧力将O型密封圈挤压固定石英玻璃管21。
上法兰26留有进气口19和排气口(19)，用于充放高温高压水蒸气，上法兰26内圈开有台间，用于放置推力关节轴承27，保证试样10连接后不受径向力。推力关节轴承27外侧有上盖8与上法兰26连接处留有密封圈，用于环境保温。底板15下方有密封法兰16与底板15连接，底板15与密封法兰16及下拉杆17与密封法兰16间装有密封圈，保证环境密封性。石英玻璃管21外部置有感应线圈11，用于试样10部位外侧感应加热。高温环境装置6保证试样10最高工作温度1200℃的环境装置、耐压2MPa、整体工作温度确保水蒸气不会液化。
基于上述实施例中提供的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，本发明还提供了一种高温高压水蒸气环境蠕变试验机，包括蠕变主机2，和布置于蠕变主机2上的高温环境装置6，该高温高压水蒸气环境蠕变试验机上设有的高温环境装置为上述实施例中提供的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置。
本实施例中，还包括连接于进气口和排气口19，提供高压水蒸气的高温高压过热水蒸气发生器。
高温高压水蒸气环境蠕变试验机包括步梯1、蠕变主机2和顶部的高温环境装置6，下连杆17通过力传感器4连接作动器3。高温环境装置上还设有光电比色计5，高温环境装置6通过上法兰26固定到横梁9上，通过下法兰23固定到底板15上，蠕变主机2上伸出有立柱对高温环境装置6进行支撑，立柱上固装有夹环14，底板15通过夹环14固定到立柱上。还设有高温高压过热水蒸气发生器7，与高温环境装置6进气口19相连，可提供2MPa压力的水蒸气及压力控制能力为管路温度提供保障。
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。

Claims (10)

1.一种用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，其特征在于，包括内部为试样夹具加载空间的石英玻璃管，
对所述石英玻璃管的上端口进行密封压紧的上法兰，所述上法兰上安装有对所述试样夹具的上端进行吊装的吊装装置；
对所述石英玻璃管的下端口进行密封压紧的下法兰，所述下法兰的下端面安装有底板，所述底板上设置将所述试样夹具的下端引出的引出通道；
所述上法兰上还设有盖装于所述吊装装置上的上盖，所述上法兰上布置有向所述石英玻璃管内充放高温高压水蒸气的进气口和排气口。
2.根据权利要求1所述的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，其特征在于，所述上法兰上开设与所述石英玻璃管插装配合的上安装口，所述上安装口由开口端至其内壁面分布有多条上密封圈，所述上安装口还布置沿轴向压紧于所述上安装口上的上压盖；
所述下法兰上开设下安装口，所述下安装口由开口至其内壁面分布有多条下密封圈，所述下安装口还布置沿轴向压紧于所述下安装口的下压盖。
3.根据权利要求2所述的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，其特征在于，所述上安装口内布置与所述石英玻璃管相对的上限位台阶，所述上限位台阶内布置上防撞垫；
所述下安装口内布置与所述石英玻璃管相对的下限位台阶，所述下限位台阶内布置下防撞垫。
4.根据权利要求3所述的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，其特征在于，所述上法兰的内圈开设有台间，所述吊装装置包括布置于所述台间内的推力关节轴承。
5.根据权利要求4所述的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，其特征在于，所述石英玻璃管外部置有对所述试样夹具的试样部位进行感应加热的感应线圈。
6.根据权利要求5所述的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，其特征在于，所述试样夹具顶部连接上拉杆，底部连接有下拉杆，所述上拉杆的上端穿过所述推力关节轴承固定连接有锁紧螺母；所述下拉杆穿过所述引出通道与蠕变主机的作动器连接。
7.根据权利要求6所述的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，其特征在于，所述底板的下方固装有密封法兰，所述底板与所述密封法兰之间，以及所述密封法兰和所述下拉杆之间均密封安装。
8.根据权利要求7所述的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置，其特征在于，所述上盖外侧还盖装有对所述加载空间进行辅助加热的上辅助加热盖板；所述下法兰上还布置有将其盖装于所述底板上的下辅助加热盖板。
9.一种高温高压水蒸气环境蠕变试验机，其特征在于，包括蠕变主机，和布置于所述蠕变主机上的高温环境装置，其特征在于，所述高温环境装置为如权利要求1-8中任意一项所述的用于材料力学性能测试的高温高压水蒸气环境装置。
10.根据权利要求9所述的高温高压水蒸气环境蠕变试验机，其特征在于，还包括连接于所述进气口，提供高压水蒸气的高温高压过热水蒸气发生器。
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