一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统，反应釜设置慢应变速率拉伸机，慢应变速率拉伸机和反应釜之间设置压力平衡机构，压力平衡机构与慢应变速率拉伸机和反应釜内部连接。本发明专利技术能在不同拉伸速率、加载应力以及系统二氧化碳流量、压力、温度条件下进行候选材料的高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验，既能够精确控制试验装置中的拉伸速率、加载应力、系统二氧化碳流量、压力、温度等主要试验参数，又具备流量异常报警功能、应力异常报警、超温报警功能、低温报警功能、超压报警功能、低压报警功能，在流量、应力、温度、压力异常情况下现有数据采集处理控制系统可对装置进行联锁保护，提高试验装置运行的安全性。

A high temperature and high pressure supercritical carbon dioxide slow strain rate tensile test system

The invention discloses a high temperature high pressure supercritical carbon dioxide slow strain rate test system, the reaction kettle set slow strain rate tensile machine, pressure balance mechanism is arranged between the slow strain rate tensile machine and reactor, pressure balance mechanism and slow strain rate tensile machine and reactor internal connection. The invention can in different stretching rate and loading stress and CO2 flow rate, pressure and temperature conditions of candidate materials for high temperature and high pressure supercritical carbon dioxide slow strain rate tensile test, which can accurately control the tensile rate and loading test device should be the main parameters, carbon dioxide flow, pressure and temperature. With abnormal alarming function, stress abnormal alarm, over temperature alarm and temperature alarm function, overpressure alarm function, low voltage alarm function, stress, temperature and pressure under the abnormal situation of existing data acquisition and processing system can interlock protection device in the flow, improve the safety operation of the test device.

【技术实现步骤摘要】
一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统
本专利技术涉及材料实验技术，具体涉及一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统。
技术介绍
核能因具有绿色、高效、经济等优点已成为世界能源三大支柱之一。以超临界二氧化碳作为工质的动力转换系统，因采用布雷顿循环而使反应堆系统具有更为热效率更高、系统简化、模块化技术更易实现等优点，正受到国际核能领域越来越多的关注。研究结果表明，在高温高压超临界二氧化碳介质环境下，不锈钢和镍基合金等结构材料腐蚀过程中会发生渗碳而导致材料的力学性能下降。因此，有必要深入开展结构材料在高温高压超临界二氧化碳条件下慢应变速率拉伸试验研究，提高超临界二氧化碳动力转换系统材料服役可靠性和稳定性。然而，高温高压超临界二氧化碳试验环境对试验装置的耐蚀性和密封性要求极为严格，目前国内尚未有设备厂家具备设计制造该类成套设备的能力。在实际的高温高压超临界二氧化碳满应变速率拉伸试验过程中，由于拉伸速率、加载应力以及系统二氧化碳压力、温度、流量等关键参数难以精确控制，造成慢应变速率拉伸试验结果置信度下降，进而影响超临界二氧化碳动力转换系统结构材料的安全设计和服役寿命评估。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是目前高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验过程中拉伸速率、加载应力以及系统二氧化碳流量、压力、温度等关键参数难以精确控制，造成慢应变速率拉伸试验结果置信度下降，其目的在于提供一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统，该系统能够对高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验时的参数进行精确的控制，保证慢应变速率拉伸试验结果的准确性和可靠性，为超临界二氧化碳动力转换系统结构材料的设计和寿命评估提供理论依据。本专利技术通过下述技术方案实现：一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统，包括依次连通的二氧化碳源、预热器、反应釜、冷却器、调节装置、露点仪、氧分析仪和排气装置，所述反应釜外设置有慢应变速率拉伸机，慢应变速率拉伸机和反应釜之间设置有压力平衡机构，压力平衡机构同时与慢应变速率拉伸机和反应釜内部连接。超临界二氧化碳动力转换系统长期运行结果表明，在高温高压超临界二氧化碳介质环境下，不锈钢和镍基合金等结构材料腐蚀过程中会发生渗碳而导致材料的力学性能下降。所以需要针对结构材料在高温高压超临界二氧化碳条件下开展慢应变速率拉伸试验，从而提高超临界二氧化碳动力转换系统材料服役可靠性和稳定性。而高温高压超临界二氧化碳试验环境对试验系统的耐蚀性和密封性要求极为严格，并且存在试验过程中拉伸速率、加载应力以及系统二氧化碳流量、压力、温度等关键参数难以精确控制等难题，以上因素均会显著降低慢应变速率拉伸试验结果的置信度。但是由于受到生产技术的限制，尚未有设备厂家具备设计制造该类成套设备的能力。而本方案通过二氧化碳源、预热器、反应釜、冷却器、调节装置、露点仪、氧分析仪和排气装置依次连通，并且在慢应变速率拉伸机和反应釜之间设置有压力平衡机构，压力平衡机构同时与慢应变速率拉伸机和反应釜内部连接，能在不同拉伸速率、加载应力以及系统二氧化碳流量、压力、温度条件下进行候选材料的高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验，实现对拉伸速率、加载应力以及系统二氧化碳流量、压力、温度等参数进行实时精确测量、控制，保证慢应变速率拉伸试验结果的准确性和可靠性，为超临界二氧化碳动力转换系统结构材料的设计和寿命评估提供理论依据。进一步地，反应釜包括反应釜体和反应釜盖，反应釜体和反应釜盖均能够承受高温高压环境，反应釜盖设置在反应釜体下方并密封反应釜体的开口端，反应釜体外壁上套有加热套，反应釜体的空腔中安装有试样夹具，试样夹具连接有拉伸轴，拉伸轴穿过反应釜盖且与压力平衡机构连接，预热器和冷却器均与反应釜体的空腔连通，反应釜体外部设置有能够带动反应釜移动的提升装置。通过将试样夹具设置在封闭腔体，试验样品被夹具夹持，并将二氧化碳通入腔体，实现试验材料在高温高压超临界二氧化碳环境下的慢应变速率拉伸过程，拉伸通过慢应变速率拉伸机实现。反应釜为倒立式反应釜结构，反应釜采用分段加热、各段加热套单独控温的方式。反应釜体可安装不同类型样品夹具，能够在高温高压超临界二氧化碳条件下进行片状拉伸样品、棒状拉伸样品和管状拉伸样品等多种试验样品的慢应变速率拉伸试验。提升装置包括支撑架，支撑架的顶面上安装有立柱，反应釜体设置在立柱之间，立柱之间设置有横板，且反应釜体与横板固定，立柱两侧分别设有一个动力机构，动力机构能够推动横板在立柱上沿着立柱外壁进行移动，压力平衡机构和慢应变速率拉伸机均设置在支撑架内部的空间中。通过立柱来导向，在动力机构作用下使得反应釜在竖直方向平稳移动。动力机构根据需求可以由多种结构，其中优选液压方式，支撑架外部设置有液压泵，液压泵的输出端与液压缸连接，液压泵上设置有液压泵摇杆和液压泵放气阀。通过对液压泵摇杆和液压泵放气阀进行操控，在液压泵作用下带动反应釜进行上下移动。压力平衡机构外壁套有冷却套用于快速冷却，保证压力平衡机构始终处于低温状态，防止试验过程中二氧化碳的泄漏；慢应变速率拉伸机中设计有线性可变差动变压位移传感器，可精确地原位测量试验样品在高温高压超临界二氧化碳环境下的应变量。在二氧化碳源和预热器之间设置有液体二氧化碳计量装置，且液体二氧化碳计量装置同时与二氧化碳源和预热器连通，液体二氧化碳计量装置与二氧化碳源和预热器之间的管道形成并联。二氧化碳源和预热器之间的管道上依次安装有换向阀、截止阀一、减压阀和流量计，且换向阀靠近二氧化碳源，流量计靠近预热器。换向阀通过信号输出自动调节阀门开动方向，保证装置运行中二氧化碳气体的连续供应。液体二氧化碳计量装置包括液体二氧化碳计量泵，可精确控制装置运行过程中的二氧化碳流量。液体二氧化碳计量泵依次连通有过滤器和截止阀二，且截止阀二与截止阀一和减压阀之间的管道连通，液体二氧化碳计量泵与减压阀和流量计之间的管道连通。其中调节装置优选为背压阀，冷却器和露点仪均与背压阀连通，背压阀放置于恒温箱内。箱体温度始终保持在50℃，防止二氧化碳经背压阀时因节流致冷而堵塞管道。露点仪和氧分析仪在线检测反应后二氧化碳中的水和氧气含量。本专利技术利用现有的控制方式，将数据采集处理控制系统连接反应釜、预热器、慢应变速率拉伸机、液体二氧化碳计量泵和流量计，可精确控制反应釜与预热器的温度、慢应变速率拉伸机的拉伸速率、加载应力以及试验系统运行过程中二氧化碳的流量；数据采集处理控制系统可在试验系统温度、压力、拉伸速率、加载应力、流量异常情况下对装置进行联锁保护。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1.本专利技术能在不同拉伸速率、加载应力以及系统二氧化碳流量、压力、温度条件下进行候选材料的高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验。2.本专利技术采用现有数据采集处理控制系统对装置拉伸速率、加载应力以及系统二氧化碳流量、压力、温度等参数进行实时精确测量、控制、显示和记录，具有系统简单、操作方便、自动化程度高等优点。3.本专利技术具备流量异常报警功能、应力异常报警、超温报警功能、低温报警功能、超压报警功能、低压报警功能，在流量、应力、温度、压力异常情况下，利用现有数据采集处理控制系统可对装置进行联锁保护，提高试验装置运行的安全性。4.本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统，其特征在于，包括依次连通的二氧化碳源、预热器(10)、反应釜、冷却器(28)、调节装置(29)、露点仪(31)、氧分析仪(32)和排气装置(33)，所述反应釜外设置有慢应变速率拉伸机(26)，慢应变速率拉伸机(26)和反应釜之间设置有压力平衡机构，压力平衡机构同时与慢应变速率拉伸机(26)和反应釜内部连接。

【技术特征摘要】
1.一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统，其特征在于，包括依次连通的二氧化碳源、预热器(10)、反应釜、冷却器(28)、调节装置(29)、露点仪(31)、氧分析仪(32)和排气装置(33)，所述反应釜外设置有慢应变速率拉伸机(26)，慢应变速率拉伸机(26)和反应釜之间设置有压力平衡机构，压力平衡机构同时与慢应变速率拉伸机(26)和反应釜内部连接。2.根据权利要求1所述的一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统，其特征在于，所述反应釜包括反应釜体(12)和反应釜盖(18)，反应釜盖(18)设置在反应釜体(12)下方并密封反应釜体(12)的开口端，反应釜体(12)的空腔中安装有试样夹具(13)，试样夹具(13)连接有拉伸轴(17)，拉伸轴(17)穿过反应釜盖(18)且与压力平衡机构连接，预热器(10)和冷却器(28)均与反应釜体(12)的空腔连通，反应釜体(12)外部设置有能够带动反应釜移动的提升装置。3.根据权利要求2所述的一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统，其特征在于，所述提升装置包括支撑架，支撑架的顶面上安装有立柱(15)，反应釜体(12)设置在立柱(15)之间，立柱(15)之间设置有横板，且反应釜体(12)与横板固定，立柱(15)两侧分别设有一个动力机构，动力机构能够推动横板在立柱(15)上沿着立柱外壁进行移动。4.根据权利要求3所述的一种高温高压超临界二氧化碳慢应变速率拉伸试验系统，其特征在于，所述动力机构包括液压缸(16)，支撑架外部设置有液压泵(23)，液压泵(23)的输出端与液压缸(16)连接，液压泵(23)上设置有液压泵摇杆(21)和液压泵放气阀(22)。5.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家贞，刘蔚伟，黄彦平，姜峨，邱添，温菊花，赵永福，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51