CN211823831U - 一种可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉 - Google Patents

Abstract

本申请属于材性试验技术领域，公开一种可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，包括：拉伸机、可降温电阻炉、动力装置和冷凝装置等；可降温电阻炉又包括升温内腔、降温层、保温层，且可降温电炉通过转轴和支架安装在拉伸机上，降温层内敷设弯曲降温管道，与外部动力装置和冷凝装置连接，形成一个可循环系统；降温管道之间的空隙由柔性保温材料填满，可保证管道具有一定的变形空间；在本申请中，设置有不同的动力装置，形成不同的降温路径，可以选择不同种类的冷却介质，进而控制降温速率；本申请不同种类的冷却介质在降温系统内循环流动，进行热交换，以在试验过程中控制降温速率，实现快速降温。

Description

一种可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉

技术领域

本实用新型涉及材性试验技术领域，具体涉及一种可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉。

背景技术

由于钢材自重轻、抗震性能好、施工方便且工期短等优点，被广泛应用于建筑结构中。火灾是建筑结构常见的危害，目前大部分的研究集中于钢材在火灾升温段的力学性能，由此，大部分的高温拉伸试验电阻炉只能够控制升温，无法控制降温。能够承受住火灾升温段的钢结构也有可能在火灾降温段发生进一步破坏，甚至倒塌。所以研究钢材在火灾降温段的力学性能是非常有必要的。

本实用新型旨在克服现有技术的缺陷，提供一种可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，能够实现更换冷却介质、控制降温速率、快速降温、安装方便和操作简单等。

传统的高温拉伸试验电阻炉只能够控制升温速率，实现控制升温，没有可控制降温的装置，难以实现研究火灾降温段钢材性能的目的。因此需要开发一种可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉。

发明内容

本实用新型是对中国专利申请(申请号：201910724214.6《可控制降温过程的高温拉伸试验电阻炉》)的进一步研发，通过设置有不同的动力装置，形成不同的降温路径，可以选择不同种类的冷却介质，以在试验过程中控制降温速率，实现快速降温；同时，降温管道、动力装置以及冷凝装置的进出口均设置有两套流量阀组，以通过切换不同冷却介质以及调节冷却介质的流速，来精细控制降温速率。

为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：

一种可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：包括拉伸机、可降温电阻炉、转轴、支架、第一动力装置、第二动力装置、冷凝装置、第一流量阀组、第二流量阀组、外部管道、升温内腔、降温层、保温层、降温管道、电炉温控箱和主控电脑；

所述可降温电阻炉采用筒式两半对开的结构形式，对开的左右两个半部分之间通过转轴连接，并通过转轴的转动实现可降温电阻炉左右两个半部分之间的开与合；同时所述转轴可转动地安装在支架上，所述支架可转动并可上下移动地安装在所述拉伸机上，通过所述转轴和支架调节所述可降温电阻炉的位置；

所述可降温电阻炉包括由内到外依次设置的升温内腔、降温层和保温层，所述降温层内部敷设弯曲的降温管道；所述降温管道的两端分别通过外部管道与第一动力装置、第二动力装置、冷凝装置连接，冷凝装置与第一动力装置和第二动力装置之间也通过外部管道连接，形成不同的降温路径；第一动力装置、第二动力装置、降温管道、冷凝装置共同形成一个可循环降温系统；

不同的两个动力装置和可以驱动不同的冷却介质，降温管道、第一动力装置、第二动力装置以及冷凝装置的进出口均设置有第一流量阀组、第二流量阀组，所述第一流量阀组、第二流量阀组分别匹配于第一动力装置和第二动力装置，形成两路可选的分支；每个分支流量阀组包括1-2个流量阀单元，分别与控制器连接；

所述第一动力装置、第二动力装置与冷却介质的储存容器通过管道连接，所述第一动力装置、第二动力装置用于驱动不同的冷却介质，使所述冷却介质流入所述降温管道，并在所述降温管道内流动进行热交换，换热后的冷却介质流入冷凝装置，经冷凝装置冷却后直接排出或进行循环流动；

所述主控电脑分别与电炉温控箱、第一动力装置、第二动力装置、冷凝装置、第一流量阀组、第二流量阀组连接，用以设置可降温电阻炉的升温内腔的升温曲线，并控制电炉温控箱、第一动力装置、第二动力装置、冷凝装置、第一流量阀组、第二流量阀组工作。

所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述支架为横截面呈“L”形的构件，其两端及中间转折处均设置有铰链，所述拉伸机内竖直安装有一根立柱，所述支架的一端通过铰链与该立柱连接并可沿该立柱的长度方向上下移动，所述支架的另一端通过铰链与所述转轴连接。

所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述降温层下部引出的降温管道分别与第一动力装置、第二动力装置通过外部管道连接，降温层上部引出的降温管道与冷凝装置通过外部管道连接。

所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述降温管道之间的空隙由柔性保温材料填满。

所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述保温层由保温材料制成的。

所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述升温内腔采用上、中、下三段炉丝单独进行控制加热，所述上、中、下三段炉丝分别埋于炉膛内表面，形成环形加热腔。

所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：还包括分别与所述上、中、下三段炉丝连接的温控器，用以分别控制所述上、中、下三段炉丝对升温内腔进行升温。

本实用新型的有益效果是：

(1)本申请提供的可降温电阻炉包括由内到外依次设置的升温内腔、降温层和保温层，降温层内部敷设弯曲的降温管道；降温管道的两端分别通过外部管道与动力装置、冷凝装置连接，并与动力装置、冷凝装置共同形成可循环降温系统；冷却介质在降温系统内循环流动，进行热交换。此外，本申请设置有不同的动力装置，形成不同的降温路径，可以选择不同种类的冷却介质，以在试验过程中控制降温速率，实现快速降温；同时，降温管道、动力装置以及冷凝装置的进出口均设置有流量阀，以通过控制冷却介质的流速，来控制降温速率。

(2)同时，本申请提供的可降温电阻炉可以对升温后的降温过程进行控制，可以实现不同的降温速率且保持降温过程中炉内温度均匀，使得炉内的温度按照设定的降温曲线进行降温。

(3)本申请根据试验需要，可以选用不同类型的冷却介质，如水、空气以及其它气体或液体冷却介质，且冷却介质可以循环使用。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的详细说明：

图1为本申请实施例提供的可更换冷却介质控制降温过程的高温拉伸试验电阻炉的构造示意图。

图2为本申请实施例提供的可降温电阻炉的示意图。

图3为本申请实施例提供的中部降温层的示意图。

图4为本申请实施例提供的转轴和支架的示意图。

图5为本申请实施例提供的流量阀的示意图。

图6为本申请实施例提供的电炉温控箱的示意图。

图7为本申请实施例提供的主控电脑的示意图。

图8为本申请实施例提供的降温控制系统的工作逻辑图。

附图中标号及符号：1—拉伸机，2—可降温电阻炉，3—转轴，4—支架，5-1—第一动力装置，5-2—第二动力装置2，6—冷凝装置，7-1第一流量阀组、7-2第二流量阀组，8—外部管道，9—升温内腔，10—降温层，11—保温层，12—降温管道，13—电炉温控箱，14—主控电脑。

具体实施方式

如图1所示：一种可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，包括拉伸机1、可降温电阻炉2、第一动力装置5-1、第二动力装置5-2、冷凝装置6；其中，可降温电阻炉2采用筒式两半对开的结构形式，对开的左右两个半部分之间通过转轴3连接，并通过转轴3的转动实现可降温电阻炉2左右两个半部分之间的开与合；同时可降温电阻炉2通过转轴3和支架4安装在拉伸机1上，并可通过转轴3和支架4调节可降温电阻炉2的位置；

可降温电阻炉2包括升温内腔9、降温层10和保温层11，降温层10内部设置有降温管道12，降温层10下部引出的降温管道12分别与第一动力装置5-1、第二动力装置5-2通过外部管道8连接，降温层10上部引出的降温管道12与冷凝装置6通过外部管道8连接，冷凝装置6与第一动力装置5-1和第二动力装置5-2之间也通过外部管道8连接，形成不同的降温路径；第一动力装置5-1、第二动力装置5-2、第一流量阀组7-1、第二流量阀组7-2、降温管道12、冷凝装置6共同形成一个可循环降温系统；不同的两个动力装置5-1和5-2可以驱动不同的冷却介质，降温管道12、第一动力装置5-1、第二动力装置5-2以及冷凝装置6的进出口均设置有第一流量阀组7-1、第二流量阀组7-2，用于切换选择哪个动力装置参与降温，以实现精细、高效控制。

所述第一流量阀组7-1、第二流量阀组7-2分别匹配于第一动力装置5-1和第二动力装置5-2，形成两路可选的分支。每个分支流量阀组包括1-2个流量阀单元，分别与控制器连接，以支持不同通路选择和支持控制阀门开启程度。

在本申请中，支架4为横截面呈“L”形的构件，其两端及中间转折处均设置有铰链，拉伸机1内竖直安装有一根立柱，支架4的一端通过铰链与该立柱连接并可沿该立柱的长度方向上下移动，支架4的另一端通过铰链与转轴3连接；由此，通过调整支架4在立柱上的位置，能够实现可降温电阻炉2在竖直方向上的移动，确定好可降温电阻炉2的竖直位置后，通过旋转支架4上的三处铰链，能够实现可降温电阻炉2在水平方向上的左右移动和前后移动。

在本申请中，可降温电阻炉2包括由内到外依次设置的升温内腔9、降温层 10和保温层11；升温内腔9采用上、中、下三段炉丝单独进行控制加热，三段炉丝分别埋于炉膛内表面，并形成环形加热腔；升温内腔9外层是降温层10，降温层10内部敷设弯曲的降温管道12，通过向降温管道12内通入冷却介质进行热交换，以实现降温作用；此外，本申请设置有不同的第一动力装置5-1和第二动力装置5-2、第一流量阀组7-1、第二流量阀组7-2，形成不同的降温路径，可以选择不同种类的冷却介质，以在试验过程中选择最佳的介质适应控制降温速率，实现快速降温；并采用控制流量阀开启程度以精细控制冷却介质的最适宜的流速，来精细控制降温速率。

进一步，降温管道12之间的空隙由柔性保温材料填满，使得降温管道12在热胀冷缩的情况下有足够的变形空间；最外层的保温层11是由保温材料制成的，实现保温的功能。

进一步，该可更换冷却介质控制降温过程的高温拉伸试验电阻炉还包括分别与上、中、下三段炉丝连接的电炉温控箱13，用以分别控制上、中、下三段炉丝对升温内腔9进行升温。

进一步，该可更换冷却介质控制降温过程的高温拉伸试验电阻炉还包括电炉温控箱13和主控电脑14，所述主控电脑14分别与电炉温控箱13、第一动力装置 5-1、第二动力装置5-2、冷凝装置6、及各个流量阀连接，用以设置可降温电阻炉 2的升温内腔9的升温曲线，并控制电炉温控箱13、第一动力装置5-1、第二动力装置5-2、冷凝装置6、及各个流量阀作。

进一步，主控电脑14还与电源连接。

采用本申请提供的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉进行降温段钢材性能试验，包括以下过程：

S1.设备安装过程：

S11.通过支架4和转轴3将可降温电阻炉2安装在拉伸机1上，并通过调整转轴3和支架4，来调节可降温电阻炉2的位置；

S12.检查可更换冷却介质的可循环降温系统是否正常连接；在可循环降温系统正常连接的情况下安装被测试件。并放置一些高温棉填充可降温电阻炉2顶部、及可降温电阻炉2底部开孔与被测试件之间的缝隙；

S13.将电源连接到主控电脑14，按照试验需求，选择相应的数据测量系统，将其连接到主控电脑14上。

S2.试验过程：

S21.打开电源，通过主控电脑14设置可降温电阻炉2的升温内腔9的升温曲线，并根据所述升温曲线通过电炉温控箱13分别控制上、中、下三段炉丝单独进行加热，并将升温内腔9的温度升高到目标温度，加热过程中，电炉自带的热电偶可以实时采集可降温电阻炉2内的温度；

S22.在进行火灾降温段材料性能试验过程中，将可降温电阻炉2的温度升至指定温度后，保温20～40分钟，使被测试件温度均匀分布后，对被测试件进行降温，按照一定的降温速率将被测试件的温度降到目标温度，待温度稳定后进行拉伸试验；

降温过程中，设定目标温度和降温速率，选择合适的冷却介质，通过主控电脑14开启该冷却介质相应降温路径上的流量阀组及动力装置、冷凝装置6(一条冷却路径对应着一组流量阀和一个动力装置)，向降温管道12输入冷却介质，冷却介质在降温管道12内流动，进行热交换，实现降温，冷却介质换热后排出降温管道12，流入冷凝装置6，经冷凝装置6冷却后直接排出或进行循环流动；

降温过程中，根据需要选择开启流量阀组；若冷却介质在经过冷凝装置6冷却后继续循环利用，则开启循环路线上的流量阀组单元；若冷却介质在冷却后直接排出，则开启与外界连通的流量阀组单元。

如图8所示，炉内的温度传感器会实时监控炉内温度，并输出炉内的实际降温速率。当炉内的实际降温速率小于设定的目标降温速率时，降温控制系统通过选用换热速率较大的冷却介质，和/或调节该组流量阀单元增大流速来增大实际降温速率；当炉内的实际的降温速率大于设定的目标降温速率时，降温控制系统通过选用换热速率较小的冷却介质的动力装置，和/或调节该组流量阀单元降低流速来减小实际降温速率。

在S22中可以通过更换动力装置(有相应冷却介质的种类)和/或调节各组流量阀来控制降温速率。

S23.当温度降到指定温度时，待降温管道内的冷却介质全部排出后，关闭冷却系统，即通过主控电脑14关闭所有第一流量阀组7-1、第二流量阀组7-2、第一动力装置5-1、第二动力装置5-2、冷凝装置6，并通过电炉温控箱13使升温内腔9 的温度维持在指定温度；

S24.启动拉伸机1进行拉伸，进行降温段的钢材性能测试。

上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。

Claims (7)

1.一种可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：包括拉伸机(1)、可降温电阻炉(2)、转轴(3)、支架(4)、第一动力装置(5-1)、第二动力装置(5-2)、冷凝装置(6)、第一流量阀组(7-1)、第二流量阀组(7-2)、外部管道(8)、升温内腔(9)、降温层(10)、保温层(11)、降温管道(12)、电炉温控箱(13)和主控电脑(14)；

所述可降温电阻炉(2)采用筒式两半对开的结构形式，对开的左右两个半部分之间通过转轴(3)连接，并通过转轴(3)的转动实现可降温电阻炉(2)左右两个半部分之间的开与合；同时所述转轴(3)可转动地安装在支架(4)上，所述支架(4)可转动并可上下移动地安装在所述拉伸机(1)上，通过所述转轴(3)和支架(4)调节所述可降温电阻炉(2)的位置；

所述可降温电阻炉(2)包括由内到外依次设置的升温内腔(9)、降温层(10)和保温层(11)，所述降温层(10)内部敷设弯曲的降温管道(12)；所述降温管道(12)的两端分别通过外部管道(8)与第一动力装置(5-1)、第二动力装置(5-2)、冷凝装置(6)连接，冷凝装置(6)与第一动力装置(5-1)和第二动力装置(5-2)之间也通过外部管道(8)连接，形成不同的降温路径；第一动力装置(5-1)、第二动力装置(5-2)、降温管道(12)、冷凝装置(6)共同形成一个可循环降温系统；

不同的两个动力装置((5-1)和(5-2))可以驱动不同的冷却介质，降温管道(12)、第一动力装置(5-1)、第二动力装置(5-2)以及冷凝装置(6)的进出口均设置有第一流量阀组(7-1)、第二流量阀组(7-2)，所述第一流量阀组(7-1)、第二流量阀组(7-2)分别匹配于第一动力装置(5-1)和第二动力装置(5-2)，形成两路可选的分支；每个分支流量阀组包括1-2个流量阀单元，分别与控制器连接，以支持不同通路选择；

所述第一动力装置(5-1)、第二动力装置(5-2)与冷却介质的储存容器通过管道连接，所述第一动力装置(5-1)、第二动力装置(5-2)用于驱动不同的冷却介质，使所述冷却介质流入所述降温管道(12)，并在所述降温管道(12)内流动进行热交换，换热后的冷却介质流入冷凝装置(6)，经冷凝装置(6)冷却后直接排出或进行循环流动；

所述主控电脑(14)分别与电炉温控箱(13)、第一动力装置(5-1)、第二动力装置(5-2)、冷凝装置(6)、第一流量阀组(7-1)、第二流量阀组(7-2)连接，用以设置可降温电阻炉(2)的升温内腔(9)的升温曲线，并控制电炉温控箱(13)、第一动力装置(5-1)、第二动力装置(5-2)、冷凝装置(6)、第一流量阀组(7-1)、第二流量阀组(7-2)工作。

2.根据权利要求1所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述支架(4)为横截面呈“L”形的构件，其两端及中间转折处均设置有铰链，所述拉伸机(1)内竖直安装有一根立柱，所述支架(4)的一端通过铰链与该立柱连接并可沿该立柱的长度方向上下移动，所述支架(4)的另一端通过铰链与所述转轴(3)连接。

3.根据权利要求1所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述降温层(10)下部引出的降温管道(12)分别与第一动力装置(5-1)、第二动力装置(5-2)通过外部管道(8)连接，降温层(10)上部引出的降温管道(12)与冷凝装置(6)通过外部管道(8)连接。

4.根据权利要求1所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述降温管道(12)之间的空隙由柔性保温材料填满。

5.根据权利要求1所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述保温层(11)由保温材料制成的。

6.根据权利要求1所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：所述升温内腔(9)采用上、中、下三段炉丝单独进行控制加热，所述上、中、下三段炉丝分别埋于炉膛内表面，形成环形加热腔。

7.根据权利要求6所述的可更换冷却介质控制降温的高温拉伸试验电阻炉，其特征在于：还包括分别与所述上、中、下三段炉丝连接的温控器，用以分别控制所述上、中、下三段炉丝对升温内腔(9)进行升温。

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