一種蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐故障更換設(shè)備的制造方法
【專利摘要】一種蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐故障更換設(shè)備，所述加熱爐故障更換設(shè)備包括：試驗(yàn)爐組件、備用爐組件與保溫裝置，其特點(diǎn)在于采用備用爐車和托架軌道定位設(shè)計(jì)，可以在試驗(yàn)爐出現(xiàn)故障時(shí)，快速的將備用加熱爐移動(dòng)至試驗(yàn)爐處并與其開口對(duì)接，準(zhǔn)確定位后，迅速完成試驗(yàn)爐與備用爐之間的更換；通過保溫板的合理設(shè)計(jì)，使試驗(yàn)爐和備用爐對(duì)接后的溫度場(chǎng)合二為一，以保證加熱爐更換過程中的溫度。高溫加熱爐故障更換設(shè)備解決了蠕變持久試驗(yàn)機(jī)長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作過程因加熱爐的故障引起的試驗(yàn)中斷問題，理論上可無限次有效提高加熱爐的使用壽命。該設(shè)備方法簡(jiǎn)便易行，在蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用高溫加熱爐及其他電熱絲加熱設(shè)備中容易實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】
一種蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐故障更換設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬金屬材料力學(xué)性能特別是10萬小時(shí)及以上長(zhǎng)時(shí)連續(xù)蠕變持久性能測(cè)試分析領(lǐng)域，具體涉及一種蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐故障更換設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]固體材料在一定溫度下，保持應(yīng)力不變時(shí)，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象稱為蠕變。材料的蠕變行為是時(shí)間、應(yīng)力、溫度共同作用的結(jié)果，只要作用的時(shí)間足夠長(zhǎng)，蠕變?cè)趹?yīng)力遠(yuǎn)小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。同樣，材料的蠕變行為在低溫下也會(huì)發(fā)生，但只有達(dá)到一定的溫度才能變得顯著，該溫度稱為材料的蠕變溫度。各種金屬材料的蠕變溫度約為0.3Tm(Tm為熔化溫度，以熱力學(xué)溫度表示)，對(duì)于一些低熔點(diǎn)金屬如鉛、錫等，溫室下就會(huì)發(fā)生蠕變。因此，對(duì)于能源、石油化工、航空航天領(lǐng)域長(zhǎng)時(shí)高溫受載條件下工作的構(gòu)件，蠕變損傷是其主要的失效形式，材料的蠕變壽命是材料研發(fā)、構(gòu)件設(shè)計(jì)、壽命預(yù)測(cè)和可靠性評(píng)估必須參考的基本高溫力學(xué)性能之一。
[0003]1905年英國菲利普斯(F.Phi lips)首先觀察到金屬絲的蠕變現(xiàn)象，但直到1922年英國迪肯森(Dickenson)發(fā)表了鋼的婦變?cè)囼?yàn)結(jié)果后，人們才開始認(rèn)識(shí)到高溫承載下金屬構(gòu)件均會(huì)發(fā)生蠕變，蠕變?cè)囼?yàn)研究從此受到重視，并將105h蠕變斷裂時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，稱為材料的蠕變斷裂強(qiáng)度或持久強(qiáng)度極限，規(guī)定其為高溫結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)的依據(jù)。但在20世紀(jì)30年代，材料一定溫度下的蠕變斷裂試驗(yàn)不可能連續(xù)進(jìn)行105h，材料的持久強(qiáng)度極限很難通過試驗(yàn)實(shí)測(cè)獲得。因此，研究者陸續(xù)提出了各種高溫結(jié)構(gòu)材料持久強(qiáng)度外推方法，這些就是高溫結(jié)構(gòu)材料壽命評(píng)估技術(shù)的原型。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大量105h甚至2 X 105h蠕變斷裂數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，科研人員尤其是工程技術(shù)人員對(duì)外推方法進(jìn)行了不斷的檢驗(yàn)、分析總結(jié)和優(yōu)化，形成了現(xiàn)有的高溫結(jié)構(gòu)材料蠕變壽命評(píng)估方法體系:持久強(qiáng)度模型(等溫外推模型，時(shí)間-溫度參數(shù)模型，Robinson壽命消耗模型)、蠕變變形模型(Θ預(yù)測(cè)法，蠕變曲線外推)以及基于斷裂力學(xué)的蠕變損傷開裂和裂紋擴(kuò)展模型。
[0004]根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，利用外推模型進(jìn)行金屬材料蠕變持久壽命評(píng)估時(shí)，最短試驗(yàn)時(shí)間不應(yīng)低于外推壽命的1/3，即:要獲得材料蠕變斷裂強(qiáng)度或持久強(qiáng)度極限，最少需要開展3300小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)蠕變持久試驗(yàn)。蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用高溫在長(zhǎng)時(shí)高溫的工作過程中，由于溫度持續(xù)較高，爐絲與電極接觸不良等原因，會(huì)導(dǎo)致高溫爐的爐絲氧化斷開。一旦高溫爐的某段爐絲斷開，該段的溫度就會(huì)立刻下降，高溫蠕變?cè)囼?yàn)就無法繼續(xù)進(jìn)行，由此引起的試驗(yàn)誤差具有不可恢復(fù)性，材料的性能數(shù)據(jù)就需要重新開始評(píng)估，造成資源的極大浪費(fèi)，因此，保證蠕變持久試驗(yàn)機(jī)加熱爐爐絲的長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作是對(duì)金屬材料的長(zhǎng)時(shí)蠕變持久性能測(cè)試有著重要的意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型提出一種蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用高溫加熱爐故障更換設(shè)備，通過備用爐車21和托架導(dǎo)軌定位設(shè)計(jì)，能夠在加熱爐發(fā)生故障時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)允許的溫度偏差內(nèi)完成加熱爐的更換，保證蠕變持久試驗(yàn)機(jī)加熱爐的長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐故障更換設(shè)備，所述加熱爐故障更換設(shè)備通過備用爐車和托架導(dǎo)軌定位設(shè)計(jì)，在加熱爐發(fā)生故障時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)允許的溫度偏差內(nèi)完成加熱爐的更換，保證蠕變持久試驗(yàn)機(jī)加熱爐的長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作，所述加熱爐故障更換設(shè)備包括:試驗(yàn)爐組件、備用爐組件與保溫裝置。
[0008]進(jìn)一步的，所述加熱爐故障更換設(shè)備包括:試驗(yàn)爐組件、備用爐組件與保溫裝置。
[0009]進(jìn)一步的，所述試驗(yàn)爐組件包括:蠕變持久加載主機(jī)框架、爐架、第一導(dǎo)軌、第一爐座、試驗(yàn)爐、爐車定位扣，所述爐架設(shè)置于所述蠕變持久加載主機(jī)框架上，所述第一導(dǎo)軌設(shè)置于所述爐架上，所述第一爐座設(shè)置于所述第一導(dǎo)軌上并與所述第一導(dǎo)軌配合實(shí)現(xiàn)平行滑移，所述試驗(yàn)爐與所述第一爐座連接，所述爐車定位扣設(shè)置于所述蠕變持久加載主機(jī)框架上用于與所述備用爐組件連接。
[0010]進(jìn)一步的，所述備用爐組件包括:備用爐車、升降臺(tái)、升降手柄、第二導(dǎo)軌、第二爐座、備用爐與爐車定位桿，所述備用爐車下方設(shè)有行走輪，所述升降手柄與升降臺(tái)設(shè)置于所述備用爐車一側(cè)，所述升降手柄控制所述升降臺(tái)的升降，所述第二導(dǎo)軌設(shè)置于所述升降臺(tái)上，所述第二爐座設(shè)置于所述第二導(dǎo)軌上并與所述第二導(dǎo)軌配合實(shí)現(xiàn)平行滑移，所述備用爐與所述第二爐座連接，所述爐車定位桿設(shè)置于所述備用爐車一側(cè)與試驗(yàn)爐組件的爐車定位扣連接以固定爐車。
[0011]進(jìn)一步的，所述試驗(yàn)爐與所述備用爐為對(duì)開式式結(jié)構(gòu)并可沿中線分為兩半圓筒狀結(jié)構(gòu)。
[0012]進(jìn)一步的，所述保溫裝置設(shè)置于所述試驗(yàn)爐與所述備用爐上、下兩端。
[0013]進(jìn)一步的，所述保溫裝置為保溫板。
[0014]通過備用爐車、導(dǎo)軌的精確定位設(shè)計(jì)以及工作人員的合理配置，蠕變持久試驗(yàn)機(jī)加熱爐800°C發(fā)生故障時(shí)，利用加熱爐故障更換設(shè)備15s即可完成故障加熱爐的更換，加熱爐更換過程中的溫降為10°C，并在5分鐘之內(nèi)即可穩(wěn)定到原有的目標(biāo)溫度，穩(wěn)定過程中的溫度平均波動(dòng)小于5°C?；緷M足國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 204-2009和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB 2039-2-12對(duì)蠕變持久試驗(yàn)過程中溫度波動(dòng)的要求。
[0015]與現(xiàn)有加熱爐相比，本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于，能夠在蠕變持久試驗(yàn)機(jī)因試驗(yàn)爐15故障發(fā)生加熱中斷時(shí)，快速的進(jìn)行備用爐26和試驗(yàn)爐15之間的更換，在標(biāo)準(zhǔn)要求的溫度波動(dòng)范圍內(nèi)保證加熱爐的連續(xù)工作，從而無限次地提高蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐的工作壽命O
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型加熱爐故障更換設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型備用爐組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例一加熱爐故障更換過程中的溫度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0020]相反，本實(shí)用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實(shí)用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本實(shí)用新型有更好的了解，在下文對(duì)本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實(shí)用新型。
[0021]如圖1-2所示，一種蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐故障更換設(shè)備，所述加熱爐故障更換設(shè)備通過備用爐車和托架導(dǎo)軌定位設(shè)計(jì)，能夠在加熱爐發(fā)生故障時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)允許的溫度偏差內(nèi)完成加熱爐的更換，保證蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐的長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作。所述加熱爐故障更換設(shè)備包括:試驗(yàn)爐組件1、備用爐組件2與保溫裝置3，所述試驗(yàn)爐組件I包括:蠕變持久加載主機(jī)框架11、爐架12、第一導(dǎo)軌13、第一爐座14、試驗(yàn)爐15、爐車定位扣16，所述蠕變持久加載主機(jī)框架11為試驗(yàn)爐組件I的主體支撐框架，所述爐架12設(shè)置于所述蠕變持久加載主機(jī)框架11上，所述第一導(dǎo)軌13設(shè)置于所述爐架12上，所述第一爐座14設(shè)置于所述第一導(dǎo)軌13上并與所述第一導(dǎo)軌13配合配合實(shí)現(xiàn)平移滑行，所述試驗(yàn)爐15與所述第一爐座14連接，所述爐車定位扣16設(shè)置于所述蠕變持久加載主機(jī)框架11上用于與所述備用爐組件2連接。所述備用爐組件2包括:備用爐車21、升降臺(tái)22、升降手柄23、第二導(dǎo)軌24、第二爐座25、備用爐26與爐車定位桿27，所述備用爐車21下方設(shè)有行走輪，所述升降手柄23與升降臺(tái)22設(shè)置于所述備用爐車21—側(cè)，所述升降手柄23控制所述升降臺(tái)22的升降，所述第二導(dǎo)軌24設(shè)置于所述升降臺(tái)22上，所述第二爐座25設(shè)置于所述第二導(dǎo)軌24上并與所述第二導(dǎo)軌24配合實(shí)現(xiàn)平移滑行，所述備用爐26與所述第二爐座25連接，所述爐車定位桿27設(shè)置于所述備用爐車21—側(cè)與試驗(yàn)爐組件I的爐車定位扣16連接以固定爐車。所述試驗(yàn)爐與所述備用爐為對(duì)開式結(jié)構(gòu)，可沿中線分為兩半圓筒狀結(jié)構(gòu)。
[0022]所述保溫裝置3設(shè)置于所述試驗(yàn)爐15與所述備用爐26上、下兩端，所述保溫裝置3為保溫板。
[0023]當(dāng)蠕變持久試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)爐15發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)備用加熱爐加熱系統(tǒng)，并設(shè)定試驗(yàn)爐15的原有加熱溫度為目標(biāo)溫度。備用爐車21將備用爐26移動(dòng)到試驗(yàn)機(jī)處，利用爐車定位桿27和爐車定位扣16將備用爐車21與試驗(yàn)爐組件I的蠕變持久加載主機(jī)框架11鎖定，通過升降手柄23帶動(dòng)T型絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)使升降臺(tái)22上下移動(dòng)，將備用爐26調(diào)整到與故障試驗(yàn)爐15同一水平高度。利用第二導(dǎo)軌24，移動(dòng)備用加熱爐，將其與試驗(yàn)爐15爐對(duì)接，并用定位套和銷子將兩臺(tái)加熱爐的固定在一起。將上下保溫板固定在兩臺(tái)加熱爐上，使兩臺(tái)加熱爐的溫度場(chǎng)也合二為一，以保證更換過程中加熱爐的溫度。備用加熱爐到達(dá)目標(biāo)溫度后，同時(shí)打開兩臺(tái)加熱爐，使其張開至固定角度可使試樣脫出時(shí)，同時(shí)移動(dòng)第一導(dǎo)軌13和第二導(dǎo)軌24，待備用爐26移動(dòng)至試驗(yàn)爐15原有工作位置時(shí)，關(guān)閉兩臺(tái)加熱爐。將試驗(yàn)爐15的電源線快速切換至備用爐26，備用爐26接替試驗(yàn)爐15的全部工作。拆下保溫裝置3，并將試驗(yàn)爐15移出，進(jìn)行維修，作為備用爐車21上的備用爐26座之上，以備下次使用。
[0024]通過備用爐車、導(dǎo)軌的精確定位設(shè)計(jì)以及工作人員的合理配置，蠕變持久試驗(yàn)機(jī)加熱爐800°C發(fā)生故障時(shí)，利用加熱爐故障更換設(shè)備15s即可完成故障加熱爐的更換，加熱爐更換過程中的溫降僅為10°C，并在5分鐘之內(nèi)即可穩(wěn)定到原有的目標(biāo)溫度，穩(wěn)定過程中的溫度平均波動(dòng)小于5°C?；緷M足國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 204-2009和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB 2039-2-12對(duì)蠕變持久試驗(yàn)過程中溫度波動(dòng)的要求。
[0025]【實(shí)施例一】如圖3所示，同時(shí)啟動(dòng)蠕變持久試驗(yàn)機(jī)加熱爐和備用加熱爐，待加熱到目標(biāo)溫度800 0C后，利用移動(dòng)小車完成兩臺(tái)加熱爐的對(duì)接，并進(jìn)行加熱爐更換。更換過程大約15s，加熱爐的溫降約為1 °C。
[0026]從實(shí)施例所得到的蠕變持久試驗(yàn)機(jī)加熱爐故障更換過程中的溫度變化曲線可以看出，工作過程中，加熱爐出現(xiàn)故障加熱中斷時(shí)，如果工作人員利用故障更換裝置可在15s內(nèi)完成加熱爐的快速更換，更換過程中，加熱爐上中下三段的爐溫波動(dòng)可控制在10°C以內(nèi)，該溫度波動(dòng)滿國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 204-2009和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB 2039-2-12對(duì)長(zhǎng)時(shí)蠕變持久試驗(yàn)過程中溫度波動(dòng)的要求。
[0027]綜上所述，本實(shí)用新型可以在國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求的精度內(nèi)理論上課無限次地提高蠕變持久用高溫加熱爐的壽命，有效保證加熱爐的連續(xù)工作時(shí)間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐故障更換設(shè)備，其特征在于，所述加熱爐故障更換設(shè)備通過備用爐車和托架導(dǎo)軌定位設(shè)計(jì)，在加熱爐發(fā)生故障時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)允許的溫度偏差內(nèi)完成加熱爐的更換，保證蠕變持久試驗(yàn)機(jī)用加熱爐的長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作，所述加熱爐故障更換設(shè)備包括:試驗(yàn)爐組件(I)、備用爐組件(2)與保溫裝置(3); 所述試驗(yàn)爐組件(I)包括:蠕變持久加載主機(jī)框架(11)、爐架(12)、第一導(dǎo)軌(13)、第一爐座(14)、試驗(yàn)爐(15)與爐車定位扣(16)，所述爐架(12)設(shè)置于所述蠕變持久加載主機(jī)框架(I I)上，所述第一導(dǎo)軌(I 3)設(shè)置于所述爐架(12)上，所述第一爐座(14)設(shè)置于所述第一導(dǎo)軌(13)上并與所述第一導(dǎo)軌(13)配合實(shí)現(xiàn)平行滑移，所述試驗(yàn)爐(15)與所述第一爐座(14)連接，所述爐車定位扣(16)設(shè)置于所述蠕變持久加載主機(jī)框架(11)上用于與所述備用爐組件(2)連接； 所述備用爐組件(2)包括:備用爐車(21)、升降臺(tái)(22)、升降手柄(23)、第二導(dǎo)軌(24)、第二爐座(25)、備用爐(26)與爐車定位桿(27)，所述備用爐車(21)下方設(shè)有行走輪，所述升降手柄(23)與升降臺(tái)(22)設(shè)置于所述備用爐車(21)—側(cè)，所述升降手柄(23)控制所述升降臺(tái)(22)的升降，所述第二導(dǎo)軌(24)設(shè)置于所述升降臺(tái)(22)上，所述第二爐座(25)設(shè)置于所述第二導(dǎo)軌(24)上并與所述第二導(dǎo)軌(24)配合實(shí)現(xiàn)平行滑移，所述備用爐(26)與所述第二爐座(25)連接，所述爐車定位桿(27)設(shè)置于所述備用爐車(21)—側(cè)與試驗(yàn)爐組件(I)的爐車定位扣(16)連接以固定爐車； 所述保溫裝置(3)設(shè)置于所述試驗(yàn)爐(15)與所述備用爐(26)上、下兩端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱爐故障更換設(shè)備，其特征在于，所述試驗(yàn)爐(15)與所述備用爐(26)為對(duì)開式結(jié)構(gòu)，可沿中線分為兩半圓筒狀結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱爐故障更換設(shè)備，其特征在于，所述保溫裝置(3)為保溫板。
【文檔編號(hào)】G01N3/62GK205483890SQ201521040557
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日
【發(fā)明人】孫冬柏, 王美玲, 八木晃, 八木晃一, 馮強(qiáng), 陸永浩
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)