CN118111816A - 一种蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置及其工作方法，属于材料力学性能试验技术领域。固定端上连杆与蒸汽环境箱的上端连接，蒸汽环境箱的下端通过柔性波纹管与动态加载下连杆连接；加热炉固定在蒸汽环境箱的外周；蒸汽给水系统与蒸汽环境箱连接；测温系统用于监测蒸汽环境箱中试样的温度；固定端上连杆、蒸汽环境箱、柔性波纹管和动态加载下连杆之间形成密封的环境，且冷凝水和多余蒸汽通过单向排出装置排出；试验时，试样的上下两端分别通过固定端上连杆和动态加载下连杆固定在蒸汽环境箱内。本发明能够实现试样在蒸汽氧化环境下的疲劳寿命试验，从而使得试样与现场部件的运行工况更加接近，进而有效保证试验数据对调峰机组主要部件的寿命评估和安全管理的可靠度。
Description
技术领域
本发明属于材料力学性能试验技术领域，具体涉及一种蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置及其工作方法。
背景技术
在目前能源结构的背景下，火电机组参与深度调峰成为一种常态，在调峰运行过程中，机组各部件将承受更复杂的工况，特别是在前期机组设计中未深度考虑这一因素的影响，目前调峰机组的运行缺乏安全管理、寿命评估等大量的基础数据。现有的一些基础数据，仅是在大气环境下进行的疲劳试验获得的，与火电机组主要部件运行环境工况存在差异，现有数据不能很好的指导调峰机组的寿命评估及安全管理工作。
发明内容
为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置及其工作方法，能够实现试样在蒸汽氧化环境下的疲劳寿命试验，从而使得试样与现场部件的运行工况更加接近，进而有效保证试验数据对调峰机组主要部件的寿命评估和安全管理的可靠度。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开的一种蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，包括固定端上连杆、蒸汽环境箱、加热炉、动态加载下连杆、蒸汽给水系统、测温系统和柔性波纹管；
固定端上连杆与蒸汽环境箱的上端连接，蒸汽环境箱的下端通过柔性波纹管与动态加载下连杆连接；加热炉固定在蒸汽环境箱的外周；蒸汽给水系统与蒸汽环境箱连接；测温系统用于监测蒸汽环境箱中试样的温度；固定端上连杆、蒸汽环境箱、柔性波纹管和动态加载下连杆之间形成密封的环境，且冷凝水和多余蒸汽通过单向排出装置排出；
试验时，试样的上下两端分别通过固定端上连杆和动态加载下连杆固定在蒸汽环境箱内。
优选地，固定端上连杆包括上端头，上端头上开设有环形凹槽，环形凹槽外壁面设有用于与蒸汽环境箱上端连接的连接螺纹。
优选地，蒸汽环境箱包括筒体、蒸汽管和连接法兰；蒸汽管环绕固定在筒体外壁，进水端与蒸汽给水系统连接，出汽端伸入蒸汽环境箱内部；筒体上端外壁设有用于与固定端上连杆连接的螺纹；筒体上部设有单向排汽阀；柔性波纹管通过连接法兰与筒体下端固定连接。
进一步优选地，蒸汽管的出汽端与试样工作段中心位于同一水平高度。
优选地，柔性波纹管位于加热炉的作用范围外。
优选地，动态加载下连杆包括下端座，下端座上开设有冷凝水集水槽和用于与柔性波纹管连接的螺孔；冷凝水集水槽底部设有单向疏水口。
优选地，蒸汽给水系统包括依次连接的水泵、柔性连接管、单向阀和给水管；给水管与蒸汽环境箱连接。
优选地，测温系统包括铠装热电偶，铠装热电偶设在试样工作段中心，并通过连接线引出蒸汽环境箱，连接线与蒸汽环境箱焊接密封固定。
本发明公开的上述蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置的工作方法，包括
将试样放入蒸汽环境箱内，试样的上下两端分别通过固定端上连杆和动态加载下连杆固定；开启加热炉进行加热，加热过程中维持试样受恒定的力；当加热炉加热至预设温度时，保温；开启蒸汽给水系统，给水经加热炉加热汽化后通入蒸汽环境箱内；蒸汽环境箱内的蒸汽环境稳定后，通过动态加载下连杆对试样加载交变载荷，柔性波纹管保证加载过程中试样的密封状态；测温系统实时监测试样的温度；冷凝水和多余蒸汽通过单向排出装置排出。
优选地，多余蒸汽的排气压力为大气压力的1.1～1.2倍；试验过程中保证多余蒸汽和凝结水及时排出。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，通过蒸汽环境箱和加热炉，实现了试样在蒸汽氧化环境下的疲劳寿命试验，从而使得试样与现场部件的运行工况更加接近，进而有效保证试验数据对调峰机组主要部件的寿命评估和安全管理的可靠度。柔性波纹管保证了交变载荷加载过程中试样的密封状态，保证了数据的精准性。在实验过程中，冷凝水和多余蒸汽通过单向排出装置排出，保证了装置的安全稳定运行。
进一步地，蒸汽环境箱的蒸汽管环绕固定在筒体外壁，加热炉在对蒸汽管内水加热生成蒸汽的同时，确保试样全程在设定的目标温度下进行试验，避免了蒸汽温度的受环境影响而造成试验结果的误差较大。
更进一步地，蒸汽管的出汽端与试样工作段中心位于同一水平高度，确保试样工作段完全处于蒸汽环境下，能够够好地模拟试样的实际工况环境，提高试验数据的准确性。
进一步地，柔性波纹管位于加热炉的作用范围外，避免柔性波纹管直接受加热炉辐射加热。
本发明公开的上述蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置的工作方法，实施简单、自动化程度高，对试样的实际工况模拟程度高；在加热炉加热过程中维持试样受恒定的力，能够避免试样因受热膨胀受约束力而产生形变，影响试验数据的精准性。
进一步地，多余蒸汽的排气压力为大气压力的1.1～1.2倍；试验过程中保证多余蒸汽和凝结水及时排出，避免蒸汽环境箱内超压，引发安全事故。
附图说明
图1为本发明的系统整体结构示意图；
图2为固定端上连杆的结构示意图；
图3为蒸汽环境箱的结构示意图；
图4为动态加载下连杆的结构示意图；
图5为蒸汽给水系统的结构示意图。
图中：1为固定端上连杆，101为上端头，102为环形凹槽，103为连接螺纹，2为蒸汽环境箱，201为单向排汽阀，202为筒体，203为蒸汽管，204为连接法兰，3为加热炉，4为动态加载下连杆，401为冷凝水集水槽，402为单向疏水口，403为下端座，5为试样，6为蒸汽给水系统，601为水泵，602为柔性连接管，603为单向阀，604为给水管，7为测温系统，8为柔性波纹管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，本发明的一种蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，包括固定端上连杆1、蒸汽环境箱2、加热炉3、动态加载下连杆4、蒸汽给水系统6、测温系统7和柔性波纹管8；
固定端上连杆1与蒸汽环境箱2的上端连接，蒸汽环境箱2的下端通过柔性波纹管8与动态加载下连杆4连接；加热炉3固定在蒸汽环境箱2的外周；蒸汽给水系统6与蒸汽环境箱2连接；测温系统7用于监测蒸汽环境箱2中试样5的温度；固定端上连杆1、蒸汽环境箱2、柔性波纹管8和动态加载下连杆4之间形成密封的环境，且冷凝水和多余蒸汽通过单向排出装置排出；
试验时，试样5的上下两端分别通过固定端上连杆1和动态加载下连杆4固定在蒸汽环境箱2内。
加热炉3、蒸汽给水系统6和测温系统7分别连接至控制端进行数据监测和控制。
蒸汽给水系统6中的水采用去离子水或更高级别的超纯水。
如图2，在本发明的一个较优的实施例中，固定端上连杆1包括上端头101，上端头101上开设有环形凹槽102，环形凹槽102外壁面设有用于与蒸汽环境箱2上端连接的连接螺纹103。
如图3，在本发明的一个较优的实施例中，蒸汽环境箱2包括筒体202、蒸汽管203和连接法兰4；蒸汽管203环绕固定在筒体202外壁，进水端与蒸汽给水系统6连接，出汽端伸入蒸汽环境箱2内部；筒体202上端外壁设有用于与固定端上连杆1连接的螺纹；筒体202上部设有单向排汽阀201；柔性波纹管8通过连接法兰4与筒体202下端固定连接。
作为进一步地优化方案，蒸汽管203的出汽端与试样5工作段中心位于同一水平高度。
在本发明的一个较优的实施例中，柔性波纹管8位于加热炉3的作用范围外。
如图4，在本发明的一个较优的实施例中，动态加载下连杆4包括下端座403，下端座403上开设有冷凝水集水槽401和用于与柔性波纹管8连接的螺孔；冷凝水集水槽401底部设有单向疏水口402。
如图5，在本发明的一个较优的实施例中，蒸汽给水系统6包括依次连接的水泵601、柔性连接管602、单向阀603和给水管604；给水管604与蒸汽环境箱2连接。
在本发明的一个较优的实施例中，测温系统7包括铠装热电偶，铠装热电偶设在试样5工作段中心，并通过连接线引出蒸汽环境箱2，连接线与蒸汽环境箱2焊接密封固定。
上述蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置的工作方法，包括：
将试样5放入蒸汽环境箱2内，试样5的上下两端分别通过固定端上连杆1和动态加载下连杆4固定；开启加热炉3进行加热，加热过程中维持试样5受恒定的力；当加热炉3加热至预设温度时，保温；开启蒸汽给水系统6，给水经加热炉3加热汽化后通入蒸汽环境箱2内；蒸汽环境箱2内的蒸汽环境稳定后，通过动态加载下连杆4对试样5加载交变载荷，柔性波纹管8保证加载过程中试样5的密封状态；测温系统7实时监测试样5的温度；冷凝水和多余蒸汽通过单向排出装置排出。
在本发明的一个较优的实施例中，多余蒸汽的排气压力为大气压力的1.1～1.2倍；试验过程中保证凝结水及多余蒸汽及时排出。
下面以一个具体的操作实例来对本发明进行进一步的说明：
本操作实例中，上端头101的下端面和下端座403的上端面分别加工有盲螺孔，试样5的两端分别加工有匹配的外螺纹，从而使试样5的两端通过上端头101和下端座403进行固定连接。蒸汽环境箱2的筒体202为金属制成的圆柱状容器，筒体202上端的外壁设有螺纹，能够与环形凹槽102内的连接螺纹103连接，筒体202下端通过柔性波纹管8与下端座403连接，连接部位设有密封装置，保证连接处的有效密封。蒸汽管203在筒体202外壁缠绕分布，蒸汽管203长度的设置，应确保通入蒸汽环境箱2的介质为连续稳定的水蒸气。加热炉3在保证可有效对试样5工作段加热的前提下，应尽可能小。为保证柔性波纹管8的安全可靠，柔性波纹管8部分布置于加热炉3外，避免柔性波纹管8直接受加热炉3辐射加热。
试验时，固定端上连杆1和动态加载下连杆4分别与试验机连接，将试样5固定安装好后，确认蒸汽环境箱2安装牢固、密闭良好，开启加热炉3加热，在整个升温阶段，设置试样5受100N恒定的力，通过设定动态加载下连杆4的允许位移来实现。加热炉3升温至目标温度后，保温1小时，开启蒸汽给水系统6，水经过在蒸汽管203中预热、汽化后通入筒体202内，保持至少10分钟，确保蒸汽环境稳定。通过动态加载端下连杆4对试样提供预设的交变载荷，直至达到预期的试验结束条件。试验结束后，依次关闭蒸汽给水系统6、加热炉3、试验机主机电源，待试样5冷却至常温后取出试样。
以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，其特征在于，包括固定端上连杆(1)、蒸汽环境箱(2)、加热炉(3)、动态加载下连杆(4)、蒸汽给水系统(6)、测温系统(7)和柔性波纹管(8)；
固定端上连杆(1)与蒸汽环境箱(2)的上端连接，蒸汽环境箱(2)的下端通过柔性波纹管(8)与动态加载下连杆(4)连接；加热炉(3)固定在蒸汽环境箱(2)的外周；蒸汽给水系统(6)与蒸汽环境箱(2)连接；测温系统(7)用于监测蒸汽环境箱(2)中试样的温度；固定端上连杆(1)、蒸汽环境箱(2)、柔性波纹管(8)和动态加载下连杆(4)之间形成密封的环境，且冷凝水和多余蒸汽通过单向排出装置排出；
试验时，试样(5)的上下两端分别通过固定端上连杆(1)和动态加载下连杆(4)固定在蒸汽环境箱(2)内。
2.根据权利要求1所述的蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，其特征在于，固定端上连杆(1)包括上端头(101)，上端头(101)上开设有环形凹槽(102)，环形凹槽(102)外壁面设有用于与蒸汽环境箱(2)上端连接的连接螺纹(103)。
3.根据权利要求1所述的蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，其特征在于，蒸汽环境箱(2)包括筒体(202)、蒸汽管(203)和连接法兰(4)；蒸汽管(203)环绕固定在筒体(202)外壁，进水端与蒸汽给水系统(6)连接，出汽端伸入蒸汽环境箱(2)内部；筒体(202)上端外壁设有用于与固定端上连杆(1)连接的螺纹；筒体(202)上部设有单向排汽阀(201)；柔性波纹管(8)通过连接法兰(4)与筒体(202)下端固定连接。
4.根据权利要求3所述的蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，其特征在于，蒸汽管(203)的出汽端与试样(5)工作段中心位于同一水平高度。
5.根据权利要求1所述的蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，其特征在于，柔性波纹管(8)位于加热炉(3)的作用范围外。
6.根据权利要求1所述的蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，其特征在于，动态加载下连杆(4)包括下端座(403)，下端座(403)上开设有冷凝水集水槽(401)和用于与柔性波纹管(8)连接的螺孔；冷凝水集水槽(401)底部设有单向疏水口(402)。
7.根据权利要求1所述的蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，其特征在于，蒸汽给水系统(6)包括依次连接的水泵(601)、柔性连接管(602)、单向阀(603)和给水管(604)；给水管(604)与蒸汽环境箱(2)连接。
8.根据权利要求1所述的蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置，其特征在于，测温系统(7)包括铠装热电偶，铠装热电偶设在试样(5)工作段中心，并通过连接线引出蒸汽环境箱(2)，连接线与蒸汽环境箱(2)焊接密封固定。
9.权利要求1～8任意一项所述的蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置的工作方法，其特征在于，包括：
将试样(5)放入蒸汽环境箱(2)内，试样(5)的上下两端分别通过固定端上连杆(1)和动态加载下连杆(4)固定；开启加热炉(3)进行加热，加热过程中维持试样(5)受恒定的力；当加热炉(3)加热至预设温度时，保温；开启蒸汽给水系统(6)，给水经加热炉(3)加热汽化后通入蒸汽环境箱(2)内；蒸汽环境箱(2)内的蒸汽环境稳定后，通过动态加载下连杆(4)对试样(5)加载交变载荷，柔性波纹管(8)保证加载过程中试样(5)的密封状态；测温系统(7)实时监测试样(5)的温度；冷凝水和多余蒸汽通过单向排出装置排出。
10.根据权利要求9所述的蒸汽氧化环境下的疲劳试验装置的工作方法，其特征在于，多余蒸汽的排气压力为大气压力的1.1～1.2倍；试验过程中保证多余蒸汽和凝结水及时排出。
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