CN207114312U - 一种用于高压环境下的自平衡拉伸轴 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于高压环境的自平衡拉伸轴，其主要包括与试验机主轴固定连接的第一固定座与第二固定座、安装在第二固定座上的连接轴、分别套设在连接轴两端的第一轴套与第二轴套，其中通过将高压容器内的高压环境经连接轴的轴通孔引入其顶端，使得连接轴的两端处于同样的高压环境下而使其承受的载荷平衡，这样通过外部的载荷传感器直接测量可以直接地获得高温高压环境腔内试验样品之间的实际载荷，使得高压环境下轴向拉、压试验中的力测量更为精准。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于高压环境下的自平衡拉伸轴。
背景技术
摩擦性能是材料的基本性质之一，某种材料的摩擦性能可以通过材料的静、动摩擦系数来表征，其中，静摩擦系数定义为静摩擦力与法向力之比（静摩擦力是两接触表面在相对移动开始时的最大阻力）。在实际工程设计和评估中，摩擦系数是部件结构稳定性计算的关键参数之一，尤其是静摩擦系数，是判断部件从稳定到失稳的关键参数，需要通过试验获得。
目前，ASTM等国际通用行业标准中仅对一些非常简单的摩擦副种类、接触形式、环境条件的组合情况规范了试验方法，而对于实际工程中存在的较为复杂的摩擦副种类、接触形式、环境条件的组合情况没有规范相应的试验方法。因此，目前无论是设计阶段还是运行评估阶段，摩擦副之间静摩擦系数的取值通常仅参考机械手册中的类似情况，而机械手册中的参考值往往与工程实际部件的摩擦副种类、接触形式、环境条件等情况不符，这样会出现设计或评估安全系数过大或过小的现象，对于工业生产的经济性、安全性是不利的。尤其是对于服役在高温高压密闭容器环境中部件而言，由于高温高压水（或蒸汽）环境中载荷传感器和位移传感器的限制使用，其静摩擦系数测量更是困难。
随着科技日益更新发展，许多试验都可以在模拟实际工况环境中进行。电厂实际服役环境是一种带有腐蚀性介质的高温高压环境，在实验室模拟难度大。虽然国内外已研发出相应的模拟该环境的设备，但仍然缺少适用于这类环境的传感器，无法直接获得高温高压环境中样品的实际受力情况。这主要是由于受内外压力差的影响，高压会对轴产生朝向高温高压环境外侧的载荷，进而作用在试样上，使得外部传感器所测载荷与样品实际承受载荷产生偏差，影响试验真实性。尤其对于小载荷试验来说，由于压差产生的载荷会超过样品需要的载荷，导致所选外部载荷传感器的量程较大，所测载荷会完全掩盖住样品实际载荷。同时由于压差的存在，也要考虑其产生的载荷对试验机机架的作用，这不仅会增加设备成本，且因为量程的增大，使得试验数据精度降低，甚至，由于试样本身能够承受的载荷小于高压产生的载荷，无法进行试验。因此，研发一种能够平衡该力的装置，可以克服上述问题，提高外部传感器测量精度，更接近实际的反应高温高压环境中样品的载荷情况。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种用于高压环境的自平衡拉伸轴，以使得高压环境下轴向拉、压试验中的力测量更为精准。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于高压环境的自平衡拉伸轴，其中，高压容器的内腔为高压环境腔，所述自平衡拉伸轴包括：
第一固定座，其用于与试验机主轴相固定连接；
第二固定座，其与所述第一固定座具有间距地设置且两者之间相对固定地连接设置；
连接轴，所述连接轴具有沿轴向贯穿的轴通孔，所述连接轴的轴心线与所述试验机主轴的轴心线相平行或者共线延伸，所述连接轴固定连接在所述第二固定座上，且所述连接轴具有分设于所述第二固定座相异两侧的第一轴段与第二轴段；
第一轴套，其用于与所述高压容器相固定且密封连接，所述第一轴套具有沿轴向贯穿的第一轴套孔，所述第一轴段沿轴向相对滑动地插入所述第一轴套孔中并能够穿入所述高压环境腔中，所述第一轴段的外侧周壁与所述第一轴套孔的内侧周壁之间通过第一密封件相动密封连接；
第二轴套，其与所述第一轴套相对固定地连接，所述第二轴套上开设有供所述第二轴段沿轴向相对滑动地插入的第二轴套孔，所述第二轴段的外侧周壁与所述第二轴套孔的内侧周壁之间通过第二密封件相动密封连接，
其中，所述第一轴套孔为通孔，所述第二轴套孔为盲孔，所述第一轴套孔的孔径与所述第二轴套孔的孔径相同。
优选地，所述自平衡拉伸轴还包括套设在所述第一轴套外侧周部上的冷却水套，所述冷却水套与所述第一轴套之间形成冷却水腔，所述冷却水套上还具有与所述冷却水腔相连通的进水通道与出水通道。
进一步地，沿所述第一轴套的轴向上，所述第一密封件与所述高压容器分设于所述冷却水套的相异两侧。
进一步地，所述第一轴套上具有沿轴向间隔设置的两个环形凸缘，所述冷却水套呈中空筒状并密封地套设在两个所述的环形凸缘上，两个所述环形凸缘之间及所述冷却水套的内侧周壁、第一轴套的外侧周壁之间形成所述的冷却水腔。
优选地，所述第二轴套沿轴向位于所述第一固定座与第二固定座之间，所述第二轴套与所述第一轴套之间通过多个连接柱相固定地连接。
优选地，所述第一固定座、第二固定座均为法兰，且两个所述的法兰的轴心线共线延伸或平行设置。
优选地，所述第一轴套的轴端部螺纹连接在所述高压容器上，且所述第一轴套的轴端部通过金属密封件与所述高压容器之间相密封设置。
进一步地，所述高压容器为高压釜，所述高压釜包括具有内腔的釜体、盖设在所述釜体上以封闭其内腔的釜盖，所述第一轴套的轴端部螺纹连接在所述釜盖上，所述连接轴沿轴向穿过所述釜盖而伸入所述高压釜的内腔中。
优选地，所述连接轴螺纹连接固定在所述第二固定座上。
优选地，所述的连接轴的轴心线沿竖直方向延伸，相应地，所述试验机主轴、第一轴套、第二轴套的轴心线也沿竖直方向延伸。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其能够使得连接轴的两端处于同样的高压环境下而使其承受的载荷平衡，这样通过外部的载荷传感器直接测量可以直接地获得高温高压环境腔内试验样品之间的实际载荷，使得高压环境下轴向拉、压试验中的力测量更为精准。
附图说明
附图1为本实用新型的自平衡拉伸轴的整体结构示意图；
附图2为附图1的剖视示意图；
其中：1、第一固定座；2、第二固定座；3、固定座连接柱；4、第一轴套；41、第一轴套孔；42、环形凸缘；5、第二轴套；51、第二轴套孔；6、连接柱；7、冷却水套；71、进水通道；72、出水通道；73、冷却水腔；8、连接轴；81、轴通孔；9、金属垫片；10、限位挡圈；11、第一密封件；12、第二密封件；13、试验机主轴；14、高压容器（高压釜）；14a、釜盖；14b、釜体。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
参见图1、图2所示，一种用于高压环境的自平衡拉伸轴，用于连接在试验机主轴13与高压环境腔中试验部件之间以进行试验过程中的力传输和力测量。
以下为描述方便，直接图1、图2所示的方位来对各部件的相对位置关系及连接关系予以详细说明。
参见图1、图2所示，高压容器14为高压釜，其包括具有内腔的釜体14b和盖设在釜体14b上以封闭其内腔的釜盖14a，釜体14b与釜盖14a之间形成封闭的高压环境腔。试验时，试验部件均置于上述的高压环境腔中。
该自平衡拉伸轴主要包括第一固定座1、第二固定座2、连接轴8、第一轴套4与第二轴套5，具体地：
第一固定座1用于与试验机主轴13相固定连接，此处采用的为法兰，该法兰与试验机主轴13同轴心线地设置且固定安装在试验机主轴13的力输出端上；第二固定座2此处采用的也为法兰，第一固定座1与第二固定座2之间沿上下方向具有间距地设置，且两者之间通过多个固定座连接柱3予以相对固定地连接，第一固定座1与第二固定座2这两个法兰的轴心线共线延伸或相互平行地设置。
连接轴8的轴心线沿竖直方向延伸，其轴心线与试验机主轴13的轴心线相互平行或共线延伸，安装时连接轴8的轴心线与试验机主轴13的轴心线尽量为共线延伸，该连接轴8具有沿轴向贯穿的轴通孔81。该连接轴8的中部固定地连接在第二固定座2上，此处具体为第二固定座2的法兰上开设有沿轴向贯穿的螺纹通孔，连接轴8穿过上述螺纹通孔并螺纹连接在第二固定座2上。连接轴8具有分设于第二固定座2相异两侧的第一轴段与第二轴段。如图2所示，第一轴段位于第二固定座2的下方，第二轴段位于第二固定座2的上方且位于第一固定座1的下方。
第一轴套4的下端部与高压容器相固定且密封连接，具体为釜盖14a上开设有螺纹安装孔，第一轴套4的下侧轴端部螺纹连接在上述螺纹安装孔中，且第一轴套4的下端部设有金属垫片9予以密封连接。第一轴套4具有沿轴向贯穿的第一轴套孔41，第一轴段沿轴向相对滑动地插入第一轴套孔41中并能向下穿入高压釜14的高压环境腔中，第一轴段的外侧周壁与第一轴套孔41的内侧周壁之间通过第一密封件11相动密封地连接。
第二轴套5与第一轴套4相对固定地连接，此处，第一轴套4的上端部与第二轴套5的下端部之间通过沿周向间隔分布的多根连接柱6相固定地连接，第二轴套5沿上下方向位于第一固定座1与第二固定座2之间。第二轴套5上开设有供第二轴段沿轴向相对滑动的第二轴套孔51，该第二轴套孔51为盲孔，第二轴段的外侧周壁与第二轴套孔51的内侧周壁之间通过第二密封件12相动密封地连接。
上述第一轴套4的轴心线与第二轴套5的轴心线相互平行或共线延伸，第一轴套孔41的孔径与第二轴套孔51的孔径相同。
参见图1、图2所示，该自平衡拉伸轴还包括套设在第一轴套4外侧周部上的冷却水套7，该冷却水套7与第一轴套4之间形成冷却水腔73，冷却水套7上还具有与冷却水腔73相连通的进水通道71与出水通道72。具体地，第一轴套4上具有沿轴向间隔设置的两个环形凸缘42，冷却水套7呈中空筒状并密封地套设在上述两个环形凸缘42上，两个环形凸缘42之间及冷却水套7内侧周壁、第一轴套4的外侧周壁之间形成上述的冷却水腔73。冷却水套7的下方还设有限位挡圈10以对冷却水套7予以轴向限位，以避免其向下滑动。
通过向冷却水腔73中持续地通入冷却水，可使得第一轴套4处的温度降低，防止高压釜14内的高温环境自连接轴8的轴通孔81溢出时造成第一轴套4温度的上升和第一密封件11的失效。设置时，第一密封件11设于冷却水套7的上方，与高压釜14分设于冷却水套7的相异两侧。
在进行高温环境或高温高压环境下轴向拉、压试验时，试验机主轴13带动第一固定座1、第二固定座2及连接轴8沿轴向上下运动，从而带动高压釜14内试验样品之间的相对试验运动，而第一轴套4、第二轴套5均与高压釜14保持相对固定。试验过程中，高压釜14内的高压环境能够经连接轴8的轴通孔81传递到其顶端并引入第二轴套孔51内，并且施加到具有与内部轴截面相同面积的轴截面上，产生一个与向外侧的力值同等大小的力，使连接轴8的两端处于相同的压力环境，从而使得连接轴8所承受的载荷平衡，外部传感器所测载荷大小便可真实地反映高压釜14内高压环境中样品载荷的情况。
综上，本实用新型的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其能够使得连接轴8的两端处于同样的高压环境下而使其承受的载荷平衡，这样通过外部的载荷传感器直接测量可以直接地获得高温高压环境腔内试验样品之间的实际载荷，使得高压环境下轴向拉、压试验中的力测量更为精准。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于高压环境的自平衡拉伸轴，其中，高压容器的内腔为高压环境腔，其特征在于，所述自平衡拉伸轴包括：
第一固定座，其用于与试验机主轴相固定连接；
第二固定座，其与所述第一固定座具有间距地设置且两者之间相对固定地连接设置；
连接轴，所述连接轴具有沿轴向贯穿的轴通孔，所述连接轴的轴心线与所述试验机主轴的轴心线相平行或者共线延伸，所述连接轴固定连接在所述第二固定座上，且所述连接轴具有分设于所述第二固定座相异两侧的第一轴段与第二轴段；
第一轴套，其用于与所述高压容器相固定且密封连接，所述第一轴套具有沿轴向贯穿的第一轴套孔，所述第一轴段沿轴向相对滑动地插入所述第一轴套孔中并能够穿入所述高压环境腔中，所述第一轴段的外侧周壁与所述第一轴套孔的内侧周壁之间通过第一密封件相动密封连接；
第二轴套，其与所述第一轴套相对固定地连接，所述第二轴套上开设有供所述第二轴段沿轴向相对滑动地插入的第二轴套孔，所述第二轴段的外侧周壁与所述第二轴套孔的内侧周壁之间通过第二密封件相动密封连接，
其中，所述第一轴套孔为通孔，所述第二轴套孔为盲孔，所述第一轴套孔的孔径与所述第二轴套孔的孔径相同。
2.根据权利要求1所述的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其特征在于：所述自平衡拉伸轴还包括套设在所述第一轴套外侧周部上的冷却水套，所述冷却水套与所述第一轴套之间形成冷却水腔，所述冷却水套上还具有与所述冷却水腔相连通的进水通道与出水通道。
3.根据权利要求2所述的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其特征在于：沿所述第一轴套的轴向上，所述第一密封件与所述高压容器分设于所述冷却水套的相异两侧。
4.根据权利要求2所述的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其特征在于：所述第一轴套上具有沿轴向间隔设置的两个环形凸缘，所述冷却水套呈中空筒状并密封地套设在两个所述的环形凸缘上，两个所述环形凸缘之间及所述冷却水套的内侧周壁、第一轴套的外侧周壁之间形成所述的冷却水腔。
5.根据权利要求1所述的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其特征在于：所述第二轴套沿轴向位于所述第一固定座与第二固定座之间，所述第二轴套与所述第一轴套之间通过多个连接柱相固定地连接。
6.根据权利要求1所述的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其特征在于：所述第一固定座、第二固定座均为法兰，且两个所述的法兰的轴心线共线延伸或平行设置。
7.根据权利要求1所述的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其特征在于：所述第一轴套的轴端部螺纹连接在所述高压容器上，且所述第一轴套的轴端部通过金属密封件与所述高压容器之间相密封设置。
8.根据权利要求7所述的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其特征在于：所述高压容器为高压釜，所述高压釜包括具有内腔的釜体、盖设在所述釜体上以封闭其内腔的釜盖，所述第一轴套的轴端部螺纹连接在所述釜盖上，所述连接轴沿轴向穿过所述釜盖而伸入所述高压釜的内腔中。
9.根据权利要求1所述的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其特征在于：所述连接轴螺纹连接固定在所述第二固定座上。
10.根据权利要求1至9任一所述的用于高压环境的自平衡拉伸轴，其特征在于：所述的连接轴的轴心线沿竖直方向延伸，相应地，所述试验机主轴、第一轴套、第二轴套的轴心线也沿竖直方向延伸。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721086396.1U CN207114312U (zh) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | 一种用于高压环境下的自平衡拉伸轴 |
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| CN201721086396.1U CN207114312U (zh) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | 一种用于高压环境下的自平衡拉伸轴 |
Publications (1)
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| CN207114312U true CN207114312U (zh) | 2018-03-16 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114112691A (zh) * | 2021-12-04 | 2022-03-01 | 上海百若试验仪器有限公司 | 一种可模拟流体环境的材料拉伸试验机 |
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2017
- 2017-08-28 CN CN201721086396.1U patent/CN207114312U/zh active Active
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