一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于材料性能测试试验技术领域，准确地说，涉及到一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用。该装置主要由高温高压循环水系统、高压釜、疲劳机、法向正压力施加系统、控制系统五部分组成。高温高压循环水系统为高压釜内提供试验所需的水化学精确可控的高温高压循环水环境，疲劳机对高压釜内的疲劳试样施加交变载荷，法向正压力施加系统对高压釜内疲劳试样标距段表面施加可控的正压力，控制系统控制高温高压循环水系统和疲劳机。在疲劳试验过程中，疲劳试样标距段反复变形，磨损压头保持静止，磨损压头与疲劳试样标距段接触区域反复摩擦，实现高温高压循环水环境中的原位微动疲劳试验。

A fretting fatigue test device with high temperature and high pressure circulating water and its application

The invention belongs to the technical field of material performance test, and in particular relates to a fretting fatigue test device with high temperature and high pressure circulating water and its application. The device is mainly composed of five parts: high temperature and high pressure circulating water system, autoclave, fatigue machine, normal positive pressure system and control system. High temperature and high pressure circulating water system for the autoclave to provide precise control of water chemistry tests required for the high temperature and high pressure circulating water environment, fatigue fatigue of autoclave applied alternating load, normal pressure system of fatigue autoclave gauge surface by applying positive pressure control, control system high temperature and high pressure circulating water system and fatigue machine. During the fatigue test, the fatigue specimen from the period of repeated deformation, wear head still, wear head and fatigue specimen gauge length of contact area to achieve in situ repeated friction, fretting fatigue tests of high temperature and high pressure circulating in the water environment.

【技术实现步骤摘要】
一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用
本专利技术属于材料性能测试试验
，准确地说，涉及到一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用。
技术介绍
微动疲劳是压水堆(PWR)核电站部分关键构件发生服役损伤失效的主要原因之一，常发生于连接PWR核电站一、二回路的压力边界—蒸汽发生器(SG)传热管。SG传热管为薄壁结构，刚度较低，且传热管与支承板、抗振条间存在微小的间隙，电站运行时在流致振动激励下传热管与支承板、抗振条间会发生高频低幅相对滑动；同时，由于停堆/启堆、流致振动、热分层等，SG传热管将遭受腐蚀疲劳损伤，上述两种因素的共同作用将导致SG传热管遭受微动疲劳损伤，可能造成传热管破裂，危及反应堆安全。目前，在高温高压循环水腐蚀疲劳试验
，专利技术专利《一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳试验装置，公开号：CN102346114A》只能实现高温高压循环水环境中圆棒状试样的常规拉压应变疲劳试验，不能满足高温高压循环水中微动疲劳损伤模拟试验的要求。由于高温高压循环水环境中原位对疲劳试样施加正压力且精确控制试样与磨头之间正压力非常困难，相关试验技术缺乏，国内外还没有高温高压循环水环境中材料微动疲劳性能的试验研究报道。因此，开发一种高温高压循环水环境中微动疲劳试验装置，应用于核电结构材料(如：SG传热管材料)的微动疲劳性能研究，对我国核电结构材料国产化以及核电站安全运行意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能在高温高压循环水环境下测试材料微动疲劳试验装置及其应用，应用于核电结构材料高温高压循环水环境中微动疲劳性能研究，积累核电结构材料基础数据，为核电站关键设备疲劳设计、安全评估、寿命预测和老化管理奠定理论和技术基础。本专利技术的技术方案是：一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，该装置包括高温高压循环水系统、高压釜、疲劳机、法向正压力施加系统和控制系统，高温高压循环水系统为高压釜内提供试验所需的高温高压循环水，疲劳机对高压釜内的微动疲劳试样进行疲劳加载，施加交变载荷，法向正压力施加系统对高压釜内疲劳试样标距段表面，通过磨损压头精确施加微动疲劳所需的正压力，控制系统控制整个高温高压循环水系统和疲劳机，从而实现高温高压循环水中的微动疲劳试验。所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，高温高压循环水系统设有储水罐、循环泵、高压泵、热交换器、预热器、冷凝器、背压阀、溶解氧探头，储水罐的水出口经过循环泵后分为两个回路：一回路用于水质监测，经溶解氧探头、离子交换树脂直接连回储水罐；二回路经过高压泵、热交换器、预热器后，连至高压釜，高压釜通过管路连回热交换器，经过冷凝器、背压阀、离子交换树脂，连至储水罐，形成回路。所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，在疲劳机的两个立柱之间安装托台，高压釜倒置在疲劳机托台上，釜体在上，釜盖在下，高压釜的上端悬挂在疲劳机横梁上，高压釜的釜盖在高压釜的下端，釜盖的底部连接水冷装置，高压釜内设微动疲劳试样夹具及正压力施加系统；釜盖上设置进水口与出水口，所述出水口上密封连接不锈钢管，不锈钢管伸入高压釜的釜体底部。所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，高压釜内有试样台，试样台通过四个立柱固定于釜盖上，所述的试样台上设有微动疲劳试样夹具，微动疲劳试样通过所述微动疲劳试样夹具的试样夹具底座和欧姆夹与试样台相连，试样夹具底座和欧姆夹对中并固定于试样台的上下面。所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，水冷装置内穿设拉伸轴，拉伸轴的一端连接微动疲劳试样夹具上的微动疲劳试样，拉伸轴的另一端连接疲劳机的传动装置。所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，施加微动疲劳试样的两端分别安装于试样夹具底座，法向正压力施加系统固定于上欧姆夹上，磨损压头与施加微动疲劳试样垂直，磨损压头的两端设置于法向正压力施加系统的磨损压头固定装置上，磨损压头的两端与法向正压力施加系统的法向正压力施加单元相对应，通过法向正压力施加单元施加微动疲劳试样的标距段表面与磨损压头之间的正压力，通过对法向正压力施加单元的调节，实现不同正压力的精确施加。所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，控制系统的控制柜连接循环泵、高压泵、预热器、高压釜，在控制柜上控制循环泵、高压泵，并对预热器、高压釜进行控温，显示高压釜内的温度和压力，自动控制整个高温高压循环水回路。所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，疲劳机与控制柜连接，通过控制柜对疲劳机进行操作，在控制柜上设置控制模式、载荷、位移、频率、波形微动疲劳试验参数，实现对疲劳机的自动控制，采集并记录试验数据。所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置的应用，包括如下步骤：(1)打开储水罐的注水阀门开始注水；(2)安装微动疲劳试样；打开控制柜上的开关，启动油压泵，使疲劳机的上横梁带动高压釜的釜体向上移动，分开釜体和釜盖后，将微动疲劳试样通过欧姆夹连接试样底座并固定于试样台上，试样下底座与疲劳机拉伸轴相连；(3)微动疲劳试样表面法向正压力施加；磨损压头通过磨损压头固定装置固定于欧姆夹上，调节法向正压力施加单元，将疲劳试样标距段表面与磨损压头之间的正压力施加到目标值；(4)拧紧高压釜；装完微动疲劳试样、施加法向正压力后，操纵控制柜，放下疲劳机上横梁，使釜体和釜盖在重力作用下自吻合接触，然后拧紧高压釜下面的主螺栓，使高压釜完全密封；(5)通循环水；打开阀门，打通整个循环水回路，使高压釜与循环水系统接通，将水引入高压釜，并灌满高压釜，调节高压釜内循环水的溶解氧含量至目标值；(6)循环水升压；打开控制柜上的高压泵的开关按钮，手动调节高压泵的行程，保持回路循环水流速稳定，然后向右缓慢拧紧背压阀，压力逐渐上升，直到达到试验目标压力值；(7)循环水加热；加热前打开冷凝器和水冷装置的冷却水开关，然后开启控制柜上的预热器和高压釜控温按钮，设定试验温度，开启加热，此时高压釜内的温度逐渐上升，当到达设定温度后，控制柜内的控温装置对其温度自行调节，直到温度稳定；(8)疲劳加载；打开疲劳机的控制软件，设定疲劳试验的参数：控制模式、波形、频率、循环周次、应力、应变、停机条件，然后开启自动加载模式，直至疲劳加载结束；(9)停止试验；当疲劳试验达到设定的条件后，停止疲劳机控制软件，保存试验数据，然后关闭控制柜上的预热器和高压釜的加热开关，此时高压釜内温度逐渐降低，当到达室温后，调节背压阀使压力降低为零，调节高压泵的行程为零，关闭循环泵和高压泵，使水停止循环，然后关闭冷凝器和水冷装置的冷却水，试验结束。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术的高温高压循环水循环水系统可以在360℃、20MPa以下长期稳定运行，并精确控制温度、压力、溶解氧等水化学参数，实现轻水堆核电站高温高压循环水环境的试验模拟。2、本专利技术可以在模拟核电站高温高压循环水环境中，通加载轴连接疲劳试样和疲劳机作动器(传动装置)，实现多种波型条件下的疲劳加载，通过法向正压力施加单元可以对疲劳试样标距段施加正压力，并在0～300N范围内精确控制试样表面与磨损压头之间的法向正压力值，误差优于2％；在疲劳试验过程中，磨损压头保持静止，疲劳试样标距段反复拉伸与压缩，磨损压头与疲劳试样接触面反复磨损，实现高温高压循环水环境中的微动疲劳试验。3、本专利技术的疲劳机拉伸轴与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：该装置包括高温高压循环水系统、高压釜、疲劳机、法向正压力施加系统和控制系统，高温高压循环水系统为高压釜内提供试验所需的高温高压循环水，疲劳机对高压釜内的微动疲劳试样进行疲劳加载，施加交变载荷，法向正压力施加系统对高压釜内疲劳试样标距段表面，通过磨损压头精确施加微动疲劳所需的正压力，控制系统控制整个高温高压循环水系统和疲劳机，从而实现高温高压循环水中的微动疲劳试验。

【技术特征摘要】
1.一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：该装置包括高温高压循环水系统、高压釜、疲劳机、法向正压力施加系统和控制系统，高温高压循环水系统为高压釜内提供试验所需的高温高压循环水，疲劳机对高压釜内的微动疲劳试样进行疲劳加载，施加交变载荷，法向正压力施加系统对高压釜内疲劳试样标距段表面，通过磨损压头精确施加微动疲劳所需的正压力，控制系统控制整个高温高压循环水系统和疲劳机，从而实现高温高压循环水中的微动疲劳试验。2.按照权利要求1所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：高温高压循环水系统设有储水罐、循环泵、高压泵、热交换器、预热器、冷凝器、背压阀、溶解氧探头，储水罐的水出口经过循环泵后分为两个回路：一回路用于水质监测，经溶解氧探头、离子交换树脂直接连回储水罐；二回路经过高压泵、热交换器、预热器后，连至高压釜，高压釜通过管路连回热交换器，经过冷凝器、背压阀、离子交换树脂，连至储水罐，形成回路。3.按照权利要求1所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：在疲劳机的两个立柱之间安装托台，高压釜倒置在疲劳机托台上，釜体在上，釜盖在下，高压釜的上端悬挂在疲劳机横梁上，高压釜的釜盖在高压釜的下端，釜盖的底部连接水冷装置，高压釜内设微动疲劳试样夹具及正压力施加系统；釜盖上设置进水口与出水口，所述出水口上密封连接不锈钢管，不锈钢管伸入高压釜的釜体底部。4.按照权利要求1至3之一所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：高压釜内有试样台，试样台通过四个立柱固定于釜盖上，所述的试样台上设有微动疲劳试样夹具，微动疲劳试样通过所述微动疲劳试样夹具的试样夹具底座和欧姆夹与试样台相连，试样夹具底座和欧姆夹对中并固定于试样台的上下面。5.按照权利要求3所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：水冷装置内穿设拉伸轴，拉伸轴的一端连接微动疲劳试样夹具上的微动疲劳试样，拉伸轴的另一端连接疲劳机的传动装置。6.按照权利要求1所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，其特征在于：施加微动疲劳试样的两端分别安装于试样夹具底座，法向正压力施加系统固定于上欧姆夹上，磨损压头与施加微动疲劳试样垂直，磨损压头的两端设置于法向正压力施加系统的磨损压头固定装置上，磨损压头的两端与法向正压力施加系统的法向正压力施加单元相对应，通过法向正压力施加单元施加微动疲劳试样的标距段表面与磨损压头之间的正压力，通过对法向正压力施加单元的调节，实现不同正压力的精确施加。7.按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭季波，廖家鹏，钱浩，唐力晨，李晨，谢永诚，刘畅，王翔，吴欣强，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，上海核工程研究设计院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21