超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種材料力學(xué)性能測試技術(shù)領(lǐng)域的疲勞性能測試裝置，尤其是涉及一種超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]核電作為一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的能源，在解決能源危機(jī)、保護(hù)環(huán)境方面具有顯著優(yōu)勢，超臨界水冷堆具有熱效率高、結(jié)構(gòu)可靠、安全經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。超臨界水氧化法是近年來興起的一種新型高效的廢水、廢物處理技術(shù)，它的適用范圍很廣，可以處理各種工業(yè)廢水、城市污水以及人類代謝污物，具有良好的發(fā)展前景。對于工作在超臨界水中的材料，需要測試其服役環(huán)境的力學(xué)性能，完善材料性能數(shù)據(jù)庫，以擴(kuò)展其使用范圍。
[0003]材料疲勞即其在循環(huán)加載下，在某點(diǎn)或某些點(diǎn)產(chǎn)生局部的永久性損傷，并在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋、或使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展直到完全斷裂的現(xiàn)象；高溫、氧化腐蝕介質(zhì)等在疲勞過程中能促進(jìn)裂紋的形成和加快裂紋的擴(kuò)展。
[0004]服役環(huán)境中材料的疲勞特性作為工程項(xiàng)目實(shí)施中不可或缺的參考數(shù)據(jù)具有重要意義。測試材料在超臨界水環(huán)境中的疲勞性能對于其構(gòu)件在設(shè)計運(yùn)行期內(nèi)安全服役至關(guān)重要。超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置，可測試材料在超臨界水(T>373.85°C，P>22.1MPa)中疲勞性能，結(jié)合其組織結(jié)構(gòu)變化，可評價其使用性能。
[0005]目前，在通常環(huán)境下材料疲勞測試裝置及其測試技術(shù)已比較成熟，如電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)。電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)主要包括試驗(yàn)臺架、試樣的固定臺、為試樣提供載荷動力的作動器，作動器上端安裝有載荷傳感器、位移傳感器。試驗(yàn)臺架的底座上垂直固定安裝有2根相互平行的立柱，立柱的上端部水平固定安裝有橫梁，固定臺安裝在試驗(yàn)臺架的底座上，試樣安裝在固定臺上，試樣上安裝有微應(yīng)變測試系統(tǒng)。作動器下端安裝有加力桿，加力桿位于試樣的上方，作動器穿過試驗(yàn)臺架的橫梁軸向移動，作動器通過加力桿向試樣施加載荷。該裝置只能夠在常態(tài)環(huán)境下完成試樣材料疲勞性能測試，無法在超臨界水氧化環(huán)境中進(jìn)行材料疲勞性能測試。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)無法滿足超臨界水氧化環(huán)境中進(jìn)行材料疲勞性能測試的不足，本實(shí)用新型提供一種超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置包括試樣、固定臺、試驗(yàn)臺架、為試樣提供載荷動力的作動器，試樣固定安裝在固定臺上；作動器上安裝有載荷傳感器、位移傳感器；試樣上安裝有微應(yīng)變測試系統(tǒng)；試驗(yàn)臺架的底座上垂直固定安裝有2根相互平行的立柱，立柱的上端部水平固定安裝有橫梁。
[0008]試驗(yàn)臺架的底座上固定安裝有反應(yīng)釜，反應(yīng)釜的釜體和釜蓋之間密封且固定連接；固定臺固定安裝在釜體內(nèi)的底部，位于試樣上方的加力桿與作動器下端固定連接；加力桿垂直穿過釜蓋，作動器垂直穿過橫梁，作動器和加力桿可軸向移動。
[0009]反應(yīng)釜安裝有連通釜內(nèi)外的注水管道，反應(yīng)釜的上部安裝有安全閥、壓力傳感器，反應(yīng)釜上部設(shè)置有排氣閥，反應(yīng)釜內(nèi)軸向安裝有電加熱管、中空管，沿中空管軸向安裝有2個或2個以上的測溫電阻。
[0010]釜體為多層真空結(jié)構(gòu)，釜體側(cè)面設(shè)置有觀察窗。釜蓋為雙層真空結(jié)構(gòu)，釜蓋設(shè)置有水冷循環(huán)機(jī)構(gòu)，安全閥、壓力傳感器固定安裝在釜蓋上。
[0011 ] 加力桿與釜蓋之間的密封采用往復(fù)式動密封機(jī)構(gòu)，加力桿設(shè)置有水冷機(jī)構(gòu)。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是，設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)安全，運(yùn)行平穩(wěn)、準(zhǔn)確，微應(yīng)變測試系統(tǒng)通過高溫高壓反應(yīng)釜實(shí)時測量試樣應(yīng)變大小與所受載荷的關(guān)系，完成超臨界水氧化環(huán)境下材料疲勞性能測試。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1.橫梁，2.底座，3.固定臺，4.加力桿，5.作動器，6.反應(yīng)釜，7.注水管道，
8.觀察窗，9.電加熱管，10.安全閥，11.試樣，12.測溫電阻，13.排氣閥，14.壓力傳感器，15.立柱，16.釜體，17.釜蓋，18.中空管。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉的是，本實(shí)用新型不限于所列出的【具體實(shí)施方式】，只要符合本實(shí)用新型的精神，都應(yīng)該包括于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0016]本實(shí)用新型超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置包括試驗(yàn)臺架、反應(yīng)釜6、試樣11、固定臺3，試樣11固定安裝在固定臺3上；還包括:為試樣提供載荷動力的作動器5 ;作動器5上安裝有載荷傳感器、位移傳感器，分別用于監(jiān)控作動器5的載荷和位移變化值；試樣11上安裝有微應(yīng)變測試系統(tǒng)。
[0017]參見附圖1。試驗(yàn)臺架為剛性框架結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)臺架的底座2上垂直固定安裝有2根相互平行的立柱15，立柱15的上端部水平固定安裝有橫梁I。在試驗(yàn)臺架的底座2上固定安裝有反應(yīng)釜6，通常采用螺栓固定連接。反應(yīng)釜6的釜體16和釜蓋17之間密封并且通過螺栓固定連接。釜體16為多層真空結(jié)構(gòu)，通常采用SUS304L不銹鋼材料焊接制造；為了減少反應(yīng)釜16內(nèi)外的熱傳導(dǎo)，還可以在釜體16外設(shè)置保溫層。在釜體16的側(cè)面設(shè)置有觀察窗8，以便于觀察反應(yīng)釜16內(nèi)的液面位置。釜蓋17為雙層真空結(jié)構(gòu)，通常采用SUS304L不銹鋼材料焊接制造，釜蓋17設(shè)置有水冷循環(huán)機(jī)構(gòu)。
[0018]試樣11固定安裝在固定臺3上，固定臺3固定安裝在!!體16內(nèi)的底部，位于試樣11上方的加力桿4與作動器5下端固定連接。加力桿4垂直穿過釜蓋17，作動器5垂直穿過橫梁1，作動器5和加力桿4可軸向移動。加力桿4與釜蓋17之間的密封采用往復(fù)式動密封機(jī)構(gòu)，加力桿4設(shè)置有水冷機(jī)構(gòu)，避免因局部溫度過高導(dǎo)致密封件失效。
[0019]為了保證在測試過程中反應(yīng)釜6內(nèi)維持超臨界水氧化環(huán)境，反應(yīng)釜6安裝有聯(lián)通藎內(nèi)外的注水管道7。反應(yīng)藎6內(nèi)軸向安裝有電加熱管9，反應(yīng)藎6內(nèi)的水溫由電加熱管9加熱并控制。反應(yīng)釜6內(nèi)軸向還安裝有中空管18，沿中空管18軸向安裝有2個或2個以上的測溫電阻12，安裝在不同高度的測溫電阻12實(shí)時監(jiān)控釜內(nèi)水溫狀況。
[0020]反應(yīng)釜6的上部安裝有安全閥10、壓力傳感器14，通常將安全閥10、壓力傳感器14固定安裝在釜蓋17上。反應(yīng)釜6的上部設(shè)置有排氣閥13，壓力傳感器14通過控制排氣閥13上的電磁閥控制反應(yīng)釜內(nèi)壓力，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)壓力高于設(shè)定值時，壓力傳感器14控制電磁閥打開排氣閥13，使反應(yīng)釜內(nèi)壓力降至設(shè)定值范圍內(nèi)。當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)壓力高于安全閥10的設(shè)定值時，安全閥10自動開啟，避免由于釜內(nèi)壓力過高引發(fā)爆炸。
[0021]本實(shí)用新型超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置的工作過程是:
[0022]作動器5連接加力桿4，并通過加力桿4向試樣11加載力學(xué)載荷；試樣11所受載荷和位移信號分別傳遞至作動器5的載荷傳感器和位移傳感器，同時通過與試樣11連接的微應(yīng)變測試系統(tǒng)測量試樣11的應(yīng)變值，并把數(shù)據(jù)實(shí)時傳遞至計算機(jī)進(jìn)而進(jìn)行疲勞測試。試驗(yàn)過程中，測溫電阻12實(shí)時監(jiān)控反應(yīng)釜6內(nèi)不同高度位置的溫度，確保在試驗(yàn)過程中試樣11浸沒在超臨界水中，測試環(huán)境符合要求。
[0023]本實(shí)用新型利用反應(yīng)釜提供超臨界水氧化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高溫高壓環(huán)境下材料疲勞性能的測量，具有結(jié)構(gòu)可靠、運(yùn)行平穩(wěn)、測試準(zhǔn)確、智能化程度高等特點(diǎn)。
[0024]應(yīng)該注意的是上述實(shí)施例是示例而非限制本實(shí)用新型，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計很多替代實(shí)施例而不脫離本專利的權(quán)利要求范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置，包括試樣、固定臺、試驗(yàn)臺架、為試樣提供載荷動力的作動器，試樣固定安裝在固定臺上；作動器上安裝有載荷傳感器、位移傳感器；試樣上安裝有微應(yīng)變測試系統(tǒng)；試驗(yàn)臺架的底座上垂直固定安裝有2根相互平行的立柱，立柱的上端部水平固定安裝有橫梁，其特征是: 所述試驗(yàn)臺架的底座(2)上固定安裝有反應(yīng)釜￠)，反應(yīng)釜￠)的釜體(16)和釜蓋(17)之間密封且固定連接； 所述固定臺⑶固定安裝在釜體(16)內(nèi)的底部，位于試樣(11)上方的加力桿⑷與作動器(5)下端固定連接；加力桿(4)垂直穿過釜蓋(17)，作動器(5)垂直穿過橫梁(1)，作動器(5)和加力桿(4)可軸向移動； 所述反應(yīng)釜(6)安裝有連通釜內(nèi)外的注水管道(7)，反應(yīng)釜(6)的上部安裝有安全閥(10)、壓力傳感器(14)，反應(yīng)釜(6)上部設(shè)置有排氣閥(13)，反應(yīng)釜(6)內(nèi)軸向安裝有電加熱管(9)、中空管(18)，沿中空管(18)軸向安裝有2個或2個以上的測溫電阻(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置，其特征是:所述釜體(16)為多層真空結(jié)構(gòu)，釜體(16)側(cè)面設(shè)置有觀察窗(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置，其特征是:所述釜蓋(17)為雙層真空結(jié)構(gòu)，釜蓋(17)設(shè)置有水冷循環(huán)機(jī)構(gòu)，所述安全閥(10)、壓力傳感器(14)固定安裝在釜蓋(17)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置，其特征是:所述加力桿(4)與釜蓋(17)之間的密封采用往復(fù)式動密封機(jī)構(gòu)，加力桿(4)設(shè)置有水冷機(jī)構(gòu)。
【專利摘要】一種超臨界水氧化環(huán)境材料疲勞性能測試裝置。為了克服現(xiàn)有電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)無法滿足超臨界水氧化環(huán)境中進(jìn)行材料疲勞性能測試的不足，本實(shí)用新型的試驗(yàn)臺架底座上固定安裝有反應(yīng)釜，反應(yīng)釜的釜體和釜蓋之間密封且固定連接；固定臺固定安裝在釜體內(nèi)的底部，位于試樣上方的加力桿與作動器下端固定連接；加力桿垂直穿過釜蓋，作動器垂直穿過橫梁，作動器和加力桿可軸向往復(fù)運(yùn)動；反應(yīng)釜安裝有連通釜內(nèi)外的注水管道，反應(yīng)釜的上部安裝有安全閥、壓力傳感器，反應(yīng)釜上部設(shè)置有排氣閥，反應(yīng)釜內(nèi)軸向安裝有電加熱管、測溫電阻。其有益效果是設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)安全，運(yùn)行平穩(wěn)、準(zhǔn)確，通過高溫高壓反應(yīng)釜提供超臨界水氧化環(huán)境，進(jìn)行材料疲勞性能測試。
【IPC分類】G01N3-00
【公開號】CN204302086
【申請?zhí)枴緾N201420850165
【發(fā)明人】韓石磊, 李鵬遠(yuǎn), 侯炳林, 張騰, 陳輝, 孫振超
【申請人】核工業(yè)西南物理研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月29日