CN217605529U

CN217605529U - 一种具有温度梯度环境的拉伸装置

Info

Publication number: CN217605529U
Application number: CN202123435948.4U
Authority: CN
Inventors: 周伟; 刘旭洋; 毛凯; 张艳清; 陈慧星; 张意; 王新文; 王校威
Original assignee: Casic Feihang Technology Research Institute of Casia Haiying Mechanical and Electronic Research Institute
Current assignee: Casic Feihang Technology Research Institute of Casia Haiying Mechanical and Electronic Research Institute
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2031-12-30

Abstract

本实用新型提供了一种具有温度梯度环境的拉伸装置，包括杜瓦、加载部和设置在杜瓦内的约束固定部、加热单元、制冷单元、第一温度传感单元和第二温度传感单元；加载部的第一端穿入杜瓦内并夹持住试验件的第一端，加载部的第二端设置在杜瓦外，加载部用于加载载荷；约束固定部的第一端与杜瓦相连，约束固定部的第二端夹持住试验件的第二端；加热单元使试验件的第一端达到第一预设温度；制冷单元使试验件的第二端达到第二预设温度；第一温度传感单元用于测量试验件的第一端的温度；第二温度传感单元用于测量试验件的第二端的温度。本实用新型能够解决现有技术中的定温测量法的测试温度与实际工况有明显差别，导致拉伸测量结果不准确的技术问题。

Description

一种具有温度梯度环境的拉伸装置

技术领域

本实用新型涉及力学性能测试技术领域，尤其涉及一种具有温度梯度环境的拉伸装置。

背景技术

超导磁体由于有高的电流密度，可以形成较大的磁场，且具有质量轻、体积小和低损耗等优势，目前已在诸如核聚变、加速器和MRI等领域广泛应用。超导磁体的冷却方式通常采用液氦浸泡式冷却或制冷机的传导冷却。低温超导磁体内部线圈工作温度在4.2K，而磁体与外界接触部分(外杜瓦)表面的温度为300K，为了支撑内部超导线圈，必须使用一个结构件将线圈部分组件与外杜瓦部分组件相连接，该结构件需承受较大的热应力。而对于应用在飞车上的动态超导磁体的主支撑件，不但需要承受来自低温环境的冷缩应力，同时还需要传递来自超导线圈的电磁载荷。

超导磁体从室温300K制冷到4.2K，需要先进行预冷，再进行深冷，通常采用低温工质(液氮和液氦)进行制冷。因此，主传力结构件在不同温度下的材料性能尤为重要。

目前，拉伸强度试验只能通过“定温”方式测量，即在室温下进行测量，或者浸泡在液氦或液氮等低温工质环境中进行测量。但对于工作在温度梯度下的结构件，定温测量法的测试温度与实际工况有明显差别，会导致测量结果不准确，使得设计人员对结构件的认识不足，从而导致设计过程冗余繁杂或设计情况偏离实际，最终导致结构件在极限工况下失效。

发明内容

本实用新型提供了一种具有温度梯度环境的拉伸装置，能够解决现有技术中的定温测量法的测试温度与实际工况有明显差别，导致拉伸测量结果不准确的技术问题。

本实用新型提供了一种具有温度梯度环境的拉伸装置，所述装置包括杜瓦、加载部和设置在所述杜瓦内的约束固定部、加热单元、制冷单元、第一温度传感单元和第二温度传感单元；所述杜瓦内为真空环境；所述加载部的第一端穿入所述杜瓦内并夹持住试验件的第一端，所述加载部的第二端设置在所述杜瓦外，所述加载部用于加载载荷；所述约束固定部的第一端与所述杜瓦相连，所述约束固定部的第二端夹持住试验件的第二端；所述加热单元设置于所述加载部的第一端，通过加热所述加载部的第一端以使所述试验件的第一端达到第一预设温度；所述制冷单元设置于所述约束固定部的第二端，通过冷却所述约束固定部的第二端以使所述试验件的第二端达到第二预设温度；所述第一温度传感单元设置于所述试验件的第一端，用于测量所述试验件的第一端的温度；所述第二温度传感单元设置于所述试验件的第二端，用于测量所述试验件的第二端的温度；其中，所述第一预设温度大于所述第二预设温度。

优选的，所述制冷单元为冷却介质，所述装置还包括冷却管道和冷却介质容纳瓶，所述冷却介质容纳瓶设置在所述杜瓦外，所述冷却介质设置在所述冷却管道内，所述冷却管道的第一端与所述冷却介质容纳瓶相连，所述冷却管道的第二端伸入所述杜瓦内为所述约束固定部的第二端降温，从而为所述试验件的第二端降温。

优选的，所述冷却介质为液氦、液氢或液氮。

优选的，所述制冷单元为制冷机的冷端，所述装置还包括制冷机的机体，所述制冷机的机体设置在所述杜瓦外，所述制冷机的机体通过管路与所述制冷机的冷端相连。

优选的，所述第一预设温度范围为300K～500K；所述第二预设温度范围为4.2K～77K。

优选的，所述装置还包括变频器，所述制冷机的数量为多个，每个所述制冷机均与所述变频器相连，所述变频器用于调节每个所述制冷机的功率。

优选的，所述加热单元为加热器。

优选的，所述装置还包括密封部，所述密封部设置在所述杜瓦与所述加载部之间，用于实现所述杜瓦的密封。

应用本实用新型的技术方案，通过在约束固定部设置制冷单元，在加载部设置加热单元，并在试验件的两端均设置温度传感单元，可实现根据实际工作环境温度需求来调节拉伸试验件两端的温度，使试验件在与之相匹配的温度梯度环境中进行相关力学试验，以获取更为真实的结构件材料性能；同时，杜瓦内为真空环境，为低温端降温提供了前提准备条件。本实用新型的拉伸装置可以实现4.2K～500K范围内的温度梯度环境下低温力学性能测试。

附图说明

所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出了根据本实用新型的第一实施例提供的具有温度梯度环境的拉伸装置的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的第二实施例提供的具有温度梯度环境的拉伸装置的结构示意图；

图3示出了根据本实用新型的第三实施例提供的具有温度梯度环境的拉伸装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、杜瓦；20、加载部；30、约束固定部；40、加热单元；51、冷却介质；52、制冷机的冷头；60、第一温度传感单元；70、第二温度传感单元；80、冷却管道；90、制冷机的机体；100、管路；110、变频器；120、试验件；130、加热丝。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种具有温度梯度环境的拉伸装置，所述装置包括杜瓦10、加载部20和设置在所述杜瓦10内的约束固定部30、加热单元40、制冷单元、第一温度传感单元60和第二温度传感单元70；所述杜瓦10内为真空环境；所述加载部20的第一端穿入所述杜瓦10内并夹持住试验件120的第一端，所述加载部20的第二端设置在所述杜瓦10外，所述加载部20用于加载载荷；所述约束固定部30的第一端与所述杜瓦10相连，所述约束固定部30的第二端夹持住试验件120的第二端；所述加热单元40设置于所述加载部20的第一端，通过加热所述加载部20的第一端以使所述试验件120的第一端达到第一预设温度；所述制冷单元设置于所述约束固定部30的第二端，通过冷却所述约束固定部30的第二端以使所述试验件120的第二端达到第二预设温度；所述第一温度传感单元60设置于所述试验件120的第一端，用于测量所述试验件120的第一端的温度；所述第二温度传感单元70设置于所述试验件120的第二端，用于测量所述试验件120的第二端的温度；其中，所述第一预设温度大于所述第二预设温度。

本实用新型通过在约束固定部30设置制冷单元，在加载部20设置加热单元40，并在试验件120的两端均设置温度传感单元，可实现根据实际工作环境温度需求来调节拉伸试验件120两端的温度，使试验件120在与之相匹配的温度梯度环境中进行相关力学试验，以获取更为真实的结构件材料性能；同时，杜瓦10内为真空环境，为低温端降温提供了前提准备条件。本实用新型的拉伸装置可以实现4.2K～500K范围内的温度梯度环境下低温力学性能测试。

在本实用新型中，拉伸试验件120可以采用国标标准试样，也可以采用非标试样。

根据本发明的一种实施例，所述制冷单元为冷却介质51，所述装置还包括冷却管道80和冷却介质容纳瓶，所述冷却介质容纳瓶设置在所述杜瓦10外，所述冷却介质51设置在所述冷却管道80内，所述冷却管道80的第一端与所述冷却介质容纳瓶相连，所述冷却管道80的第二端伸入所述杜瓦10内为所述约束固定部30的第二端降温，从而为所述试验件120的第二端降温。

在上述实施例中，通过调节冷却工质的流量对低温端温度进行调节。

根据本发明的一种实施例，所述冷却介质51为液氦、液氢或液氮。

具体地，在第二预设温度为4.2K～20K时，冷却介质51采用液氦；在第二预设温度为20K～77K时，冷却介质51采用液氢；在第二预设温度为77K以上时，冷却介质51采用液氮。

下面以图1为例，对本实用新型的拉伸过程进行详细介绍。

1、通过加载部20和约束固定部30，实现试验件120的固定；

2、对杜瓦10抽真空，得到杜瓦10内的真空环境，为低温端降温提供前提准备条件；

3、注入液氦，并控制液氦的注入流量，以实现试验件120的第二端达到低温端的目标值，例如5K，通过低温传感器可以用来实时观测；

4、打开加热器，控制并调节功率，以实现试验件120的第一端达到高温端的目标值，例如295K，通过高温传感器可以用来实时观测；

5、最后通过加载部20实现载荷的施加。

根据本发明的一种实施例，所述制冷单元为制冷机的冷端，所述装置还包括制冷机的机体90，所述制冷机的机体90设置在所述杜瓦10外，所述制冷机的机体90通过管路100与所述制冷机的冷端相连。

在上述实施例中，通过调节制冷机的功率对低温端温度进行调节。

进一步地，制冷机上还设置有加热丝130，该加热丝130用于调控制冷机的功率和温度。

下面以图2为例，对本实用新型的拉伸过程进行详细介绍。

1、通过加载部20和约束固定部30，实现试验件120的固定；

3、打开制冷机，控制并调节功率，以实现试验件120的第二端达到低温端的目标值，例如5K，通过低温传感器可以用来实时观测；

5、最后通过加载部20实现载荷的施加。

根据本发明的一种实施例，所述第一预设温度范围为300K～500K；所述第二预设温度范围为4.2K～77K。

根据本发明的一种实施例，如图3所示，所述装置还包括变频器110，所述制冷机的数量为多个，每个所述制冷机均与所述变频器110相连，所述变频器110用于调节每个所述制冷机的功率。通过设置多个制冷机来提高系统的制冷功率。

根据本发明的一种实施例，所述加热单元40为加热器。

在上述实施例中，通过调节加热器的功率对高温端温度进行调节。

根据本发明的一种实施例，所述装置还包括密封部，所述密封部设置在所述杜瓦10与所述加载部20之间，用于实现所述杜瓦10的密封。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种具有温度梯度环境的拉伸装置，其特征在于，所述装置包括杜瓦(10)、加载部(20)和设置在所述杜瓦(10)内的约束固定部(30)、加热单元(40)、制冷单元、第一温度传感单元(60)和第二温度传感单元(70)；所述杜瓦(10)内为真空环境；所述加载部(20)的第一端穿入所述杜瓦(10)内并夹持住试验件(120)的第一端，所述加载部(20)的第二端设置在所述杜瓦(10)外，所述加载部(20)用于加载载荷；所述约束固定部(30)的第一端与所述杜瓦(10)相连，所述约束固定部(30)的第二端夹持住试验件(120)的第二端；所述加热单元(40)设置于所述加载部(20)的第一端，通过加热所述加载部(20)的第一端以使所述试验件(120)的第一端达到第一预设温度；所述制冷单元设置于所述约束固定部(30)的第二端，通过冷却所述约束固定部(30)的第二端以使所述试验件(120)的第二端达到第二预设温度；所述第一温度传感单元(60)设置于所述试验件(120)的第一端，用于测量所述试验件(120)的第一端的温度；所述第二温度传感单元(70)设置于所述试验件(120)的第二端，用于测量所述试验件(120)的第二端的温度；其中，所述第一预设温度大于所述第二预设温度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述制冷单元为冷却介质(51)，所述装置还包括冷却管道(80)和冷却介质(51)容纳瓶，所述冷却介质(51)容纳瓶设置在所述杜瓦(10)外，所述冷却介质(51)设置在所述冷却管道(80)内，所述冷却管道(80)的第一端与所述冷却介质(51)容纳瓶相连，所述冷却管道(80)的第二端伸入所述杜瓦(10)内为所述约束固定部(30)的第二端降温，从而为所述试验件(120)的第二端降温。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述冷却介质(51)为液氦、液氢或液氮。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述制冷单元为制冷机的冷端，所述装置还包括制冷机的机体(90)，所述制冷机的机体(90)设置在所述杜瓦(10)外，所述制冷机的机体(90)通过管路(100)与所述制冷机的冷端相连。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一预设温度范围为300K～500K；所述第二预设温度范围为4.2K～77K。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括变频器(110)，所述制冷机的数量为多个，每个所述制冷机均与所述变频器(110)相连，所述变频器(110)用于调节每个所述制冷机的功率。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热单元(40)为加热器。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括密封部，所述密封部设置在所述杜瓦(10)与所述加载部(20)之间，用于实现所述杜瓦(10)的密封。