一種高溫過熱水蒸氣環(huán)境蠕變疲勞試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料拉伸加載蠕變疲勞測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及用于進(jìn)行金屬材料在服役環(huán)境下測(cè)試的一種高溫過熱水蒸氣環(huán)境蠕變疲勞試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]過熱水蒸氣廣泛用于發(fā)電、機(jī)械加工、食品等行業(yè)，其發(fā)生裝置、輸送管道乃至應(yīng)用對(duì)象(如汽輪機(jī))服役環(huán)境惡劣，常同時(shí)承受高溫、過熱水蒸氣、靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力包括交變應(yīng)力的作用，設(shè)備材料性能劣化甚至失效現(xiàn)象屢見不鮮，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運(yùn)行。為此，迫切需要一種能夠準(zhǔn)確模擬其服役環(huán)境并測(cè)試該環(huán)境下材料性能狀態(tài)的試驗(yàn)裝置，具體為在高溫、過熱水蒸氣環(huán)境以及復(fù)雜應(yīng)力條件下，測(cè)試金屬材料的材料性能和研宄其材料失效機(jī)理，從而為相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)與安全維護(hù)提供數(shù)據(jù)與理論支持。
[0003]有鑒于此，公開號(hào)為CN103954514A的中國專利名稱為“高溫蒸汽環(huán)境下的高頻疲勞壽命試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法”的專利文本中公開了以下內(nèi)容一種高溫蒸汽環(huán)境下的高頻疲勞壽命試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括試驗(yàn)機(jī)架，在試驗(yàn)機(jī)架上固定設(shè)置蒸汽箱和疲勞試驗(yàn)機(jī)，疲勞試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)疲勞試樣的高頻循環(huán)加載，試樣穿過蒸汽箱，試樣的兩端分別與蒸汽箱可旋轉(zhuǎn)密封連接，試樣的中間部分暴露在蒸汽箱的內(nèi)部環(huán)境中，蒸汽箱包括蒸汽輸入端和蒸汽輸出端，蒸汽箱的蒸汽輸入端連接蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器由一水箱供水，水箱上設(shè)置除氧裝置，蒸汽箱的蒸汽輸出端連接一個(gè)冷凝器，冷凝器上連接含氧量測(cè)量裝置。”上述結(jié)構(gòu)確實(shí)部分模擬了實(shí)際構(gòu)件的工作環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)了金屬材料在復(fù)雜應(yīng)力以及高溫過熱水蒸氣環(huán)境下的測(cè)試。本發(fā)明與其區(qū)別主要在于，①加載能力上，本發(fā)明除疲勞加載之外，還具有蠕變、持久、蠕變-疲勞交互作用加載能力，三角波、梯形波、正弦波可自由組合，幅值、頻率可調(diào)；②環(huán)境模擬能力上，本發(fā)明采用感應(yīng)線圈對(duì)試樣進(jìn)行高溫加熱，也同時(shí)保證了水蒸氣的高溫過熱特征，且溫度調(diào)節(jié)靈活，所模擬環(huán)境更加貼近相關(guān)設(shè)備實(shí)際服役環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的即為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適于實(shí)用的高溫過熱水蒸氣環(huán)境蠕變疲勞試驗(yàn)裝置，本裝置為金屬材料在復(fù)雜應(yīng)力以及高溫過熱水蒸氣環(huán)境下測(cè)試構(gòu)建了完善的硬件平臺(tái)，從而可準(zhǔn)確檢測(cè)待測(cè)試樣在其服役環(huán)境下的各項(xiàng)材料性能，為其材料失效機(jī)理研宄提供必要設(shè)備。在確保其試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性同時(shí)，其工作可靠穩(wěn)定而效率高。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0006]一種高溫過熱水蒸氣環(huán)境蠕變疲勞試驗(yàn)裝置，本裝置至少包括用于提供試樣以蠕變疲勞加載力的蠕變疲勞試驗(yàn)機(jī)加載框架，該加載框架上設(shè)置用于兩端固定試樣的上、下拉桿；本裝置還包括用于監(jiān)控試樣受力載荷的載荷傳感器、用于提供試樣以濕熱蒸汽環(huán)境的水蒸氣發(fā)生組件、監(jiān)控試樣周圍環(huán)境蒸汽溫度的熱電偶組件以及用于監(jiān)控及處理各組件及傳感器所收集信息的控制柜，其特征在于:本裝置還包括具備中空管腔構(gòu)造的耐熱透明管，所述上、下拉桿的桿身處同軸固設(shè)上、下環(huán)蓋，所述上、下環(huán)蓋與耐熱透明管的相應(yīng)端管口處同軸密封銜接設(shè)置可軸向伸縮的波紋管，所述上環(huán)蓋、波紋管管壁、耐熱透明管的管壁以及下環(huán)蓋共同圍合構(gòu)成密封包覆式的試樣測(cè)試環(huán)境；水蒸氣發(fā)生組件的進(jìn)氣端貫穿上環(huán)蓋以連通上述密封腔，水蒸氣發(fā)生組件的出氣端貫穿下環(huán)蓋以連通上述密封腔；本裝置還包括感應(yīng)加熱組件，感應(yīng)加熱組件的感應(yīng)加熱線圈纏繞設(shè)置于耐熱透明管管身處且與其管身間存有間距。
[0007]本裝置還包括固定于蠕變疲勞試驗(yàn)機(jī)加載框架上的用于分別夾持固定耐熱透明管的上、下端管口的上、下壓蓋板，所述上、下壓蓋板外形均呈由兩相對(duì)稱的左板體和右板體的相鄰板邊拼合構(gòu)成的哈弗卡扣式結(jié)構(gòu)，左板體和右板體的相鄰板邊處均內(nèi)凹設(shè)置有弧狀凹槽，上述弧狀凹槽在兩板體拼合后構(gòu)成供耐熱透明管穿過以夾持固定的貫穿孔；所述上、下壓蓋板間以連接彼此的拉桿支撐柱連接固定；波紋管的用于與耐熱透明管管口配合處設(shè)置密封銜接兩者的固定環(huán)，所述上環(huán)蓋、下環(huán)蓋、固定環(huán)、波紋管及耐熱透明管均同軸布置，且固定環(huán)與相應(yīng)的壓蓋板和環(huán)蓋間均構(gòu)成螺栓式緊固配合。
[0008]所述左板體的用于與右板體配合的板邊下沿向右板體板邊處延伸凸設(shè)有下臺(tái)階部，右板體的用于與左板體配合的板邊上沿相應(yīng)凸設(shè)上臺(tái)階部，兩臺(tái)階部的臺(tái)階面彼此貼合且由其臺(tái)階面處同軸垂直貫穿有緊固螺栓，左、右板體間構(gòu)成螺栓固接配合。
[0009]所述耐熱透明管外管壁的兩端處均凸設(shè)有環(huán)狀凸緣，兩環(huán)狀凸緣配合耐熱透明管的管身共同構(gòu)成耐熱透明管的兩端粗而中間細(xì)的三段階梯軸構(gòu)造；所述上壓蓋板的上板面與耐熱透明管外管壁的上端處環(huán)狀凸緣臺(tái)肩間構(gòu)成貼靠式夾緊配合，下壓蓋板的下板面與耐熱透明管外管壁的下端處環(huán)狀凸緣臺(tái)肩間構(gòu)成貼靠式夾緊配合。
[0010]下壓蓋板的上板面處固設(shè)有具備兩個(gè)水平狀的貫穿孔道的支撐桿，感應(yīng)加熱線圈的進(jìn)、出線端分別穿過上述支撐桿的兩個(gè)水平貫穿孔道并連接外部的感應(yīng)加熱組件。
[0011]耐熱透明管為石英玻璃管，加載傳動(dòng)組件位于下拉桿下端部處且載荷傳感器布置于上拉桿上端部處。
[0012]所述下環(huán)蓋處貫穿設(shè)置有連通外部排水設(shè)備的排水管道。
[0013]所述各部件銜接密封部位均設(shè)置密封墊。
[0014]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:
[0015]I)、摒棄了傳統(tǒng)試驗(yàn)裝置的中段加熱方式和動(dòng)靜件密封結(jié)構(gòu)所帶來的諸多缺陷。本裝置通過以耐熱透明管、上、下拉桿處的上、下環(huán)蓋以及波紋管所形成的密封腔構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于待測(cè)金屬材料的全方位包裹和其實(shí)際服役環(huán)境的完全再現(xiàn)能力。由于金屬試樣被整體的密封包裹在上述密封腔內(nèi)，因此，其整體受高熱水蒸氣和各種載荷所侵蝕程度和相應(yīng)的受載荷表現(xiàn)性能顯然更為貼合實(shí)際服役環(huán)境下的表現(xiàn)效果。本裝置一方面通過感應(yīng)加熱線圈加熱試樣周邊環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高達(dá)700°C的試驗(yàn)溫度，以完美實(shí)現(xiàn)其高溫環(huán)境下的測(cè)試需求。另一方面，通過在耐熱透明管內(nèi)充入過熱水蒸氣，結(jié)合前述感應(yīng)加熱線圈，形成更符合其實(shí)際服役環(huán)境的高溫過熱水蒸氣環(huán)境。之后，再通過蠕變疲勞試驗(yàn)機(jī)加載框架，即可實(shí)現(xiàn)試樣的蠕變疲勞加載能力。
[0016]本裝置結(jié)構(gòu)合理而可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)過熱水蒸氣環(huán)境下金屬材料的蠕變性能、持久性能以及拉-拉交變負(fù)荷疲勞性能測(cè)試。由于各密封結(jié)構(gòu)間配合穩(wěn)固且不存在動(dòng)靜密封配合，也就無從密封失效現(xiàn)象，以確保了上述密封腔結(jié)構(gòu)對(duì)外的自隔離性；同時(shí)，加熱方式變?yōu)檎w加熱結(jié)構(gòu)，以更為符合其實(shí)際的服役環(huán)境，從而可在線的準(zhǔn)確檢測(cè)待測(cè)試樣在其服役環(huán)境下的各項(xiàng)材料性能和研宄其材料失效機(jī)理，并可確保其試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，以最終為金屬材料在復(fù)雜應(yīng)力、高溫與過熱水蒸氣環(huán)境作用下的實(shí)驗(yàn)研宄提供可用工具。
[0017]2)、壓蓋板的布置，具體的實(shí)現(xiàn)了耐熱透明管相對(duì)于外部框架間的固定能力?？紤]到試樣的正常裝設(shè)必須避讓開預(yù)先設(shè)置的各結(jié)構(gòu)組件。因此，此處另辟蹊徑的通過左、右板體的拼合式結(jié)構(gòu)。在需要安裝試樣時(shí)，首先拆卸上、下拉桿處的固定環(huán)，卸下拉桿支撐柱，拆開在左右板體，即可將耐熱透明管獨(dú)立的顯露出來，之后即可依靠上、下拉桿的彼此遠(yuǎn)離動(dòng)作，空出耐熱透明管的拆卸空間，隨之即可再進(jìn)行試樣裝設(shè)。本發(fā)明通過上述結(jié)構(gòu)，完美的實(shí)現(xiàn)了在同軸設(shè)置的上環(huán)蓋、下環(huán)蓋、固定環(huán)、波紋管及耐熱透明管所構(gòu)成的密封腔環(huán)境對(duì)外密封功能的同時(shí)，又能確保內(nèi)部試樣的可拆卸性，從而為本裝置的重復(fù)循環(huán)使用提供基本保證。當(dāng)然，作為可軸向伸縮的波紋管與壓蓋板間的固定銜接件，固定環(huán)的設(shè)置也屬必要。在螺栓的緊固力作用下，固定環(huán)的環(huán)面被緊緊的壓合在耐熱透明管的管端面處，以確保兩者間的面貼合緊固密封性能。
[0018]3)、左、右板體的拼合功能，得益于兩者間的臺(tái)階式配合結(jié)構(gòu)。通過兩者配合邊處的臺(tái)階部，從而完成兩者間的螺栓緊固能力。當(dāng)然，實(shí)際操作中，也可通過類似吊耳等外部緊固件或斜面式的面配合結(jié)構(gòu)，一樣能夠?qū)崿F(xiàn)左、右板體間的配合功能，只需實(shí)現(xiàn)上述的在固定耐熱透明管以確保其工作穩(wěn)定性的同時(shí)，又能在需要拆卸時(shí)實(shí)現(xiàn)耐熱透明管的快速拆裝效果即可，具體可根據(jù)實(shí)際情況酌情選用，此處就不再贅述。
[0019]4)、為保證上、下壓蓋板與耐熱透明管的緊固配合能力，壓蓋板與耐熱透明管間的配合位置，應(yīng)當(dāng)在耐熱透明管的兩端處的環(huán)狀凸緣處。這樣，一方面兩者間的配合性，確保了兩者間的工作穩(wěn)定程度；另一方面，裝配時(shí)，也有更精確的裝配位置，從而方便其快速裝配操作。實(shí)際上，壓蓋板對(duì)耐熱透明管的裝配，不僅僅在于對(duì)其管身的徑向約束。在耐熱透明管的軸向上，也應(yīng)當(dāng)設(shè)置如上述環(huán)狀凸緣的軸向約束部件，以保證耐熱透明管在由固定環(huán)處傳來的力作用下，不產(chǎn)生沿其軸向的竄動(dòng)狀況，以確保其工作平穩(wěn)性，環(huán)狀凸緣的設(shè)置目的也就在此，這對(duì)確保其測(cè)試數(shù)據(jù)的精確性有著有利影響。
[0020]5)、對(duì)于感應(yīng)加熱線圈，考慮到其自身的電極影響，通過支撐桿的布置，保證其彼此的互不干涉性，以杜絕因蠕變疲勞試驗(yàn)機(jī)加載框架處傳來的加載振動(dòng)下所可能導(dǎo)致的串線短路現(xiàn)象。排水管道的布置，是考慮到水蒸氣進(jìn)入前述密封腔后所可能出現(xiàn)的冷凝水現(xiàn)象。各密封處應(yīng)當(dāng)布置密封墊，以提升其對(duì)外密封性能。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的工作結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明去除蠕變疲勞試驗(yàn)機(jī)加載框架后的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為圖2的半剖視圖；
[0024]圖4a、4b分別為上壓蓋板與下壓蓋板的裝配結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖5為石英玻璃管的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0026]附圖中各標(biāo)號(hào)與本發(fā)明的各部件名稱的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:
[0027]10-蠕變疲勞試驗(yàn)機(jī)加載框架 11-上拉桿 12-下拉桿
[0028]Ila-上環(huán)蓋 12a-下環(huán)蓋 13-加載傳動(dòng)組件 20-載荷傳感器
[0029]30-水蒸氣發(fā)生組件 31-進(jìn)氣端 32-出氣端