气氛可控的高温熔盐腐蚀-热-机械疲劳试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气氛可控的高温熔盐腐蚀

【技术实现步骤摘要】
气氛可控的高温熔盐腐蚀
‑
热
‑
机械疲劳试验装置及方法


[0001]本专利技术属于绿色能源领域，具体涉及气氛可控的高温熔盐腐蚀
‑
热
‑
机械疲劳试验装置及方法
。

技术介绍

[0002]“双碳”背景下，构建以绿色能源为主体的新型电力系统显得越发迫切，但绿色能源发电普遍存在波动性和间歇性的问题，需要通过储能技术来调峰调频
。
熔盐储能技术被认为是最具有前景的长时储能技术，可在多能互补一体化电力系统的建设中发挥关键作用
。
然而，高温熔盐具有较强的腐蚀性，熔盐储罐在日常运行时会频繁充放电，这会在储罐中产生很大的温度波动，同时熔盐液面的周期性降低和升高也会改变储罐的应力状态
。
在如此严苛的服役环境下，熔盐储罐极易发生提前失效，带来巨大经济损失和人员伤亡
。
因此，要实现熔盐储罐的高可靠和长寿命设计，必须掌握熔盐腐蚀
‑
热
‑
机械疲劳交互损伤机制，发展熔盐腐蚀
‑
热
‑
机械疲劳寿命预测方法
。
[0003]基于实验室中测量的高温熔盐腐蚀与
‑
热
‑
机械疲劳交互作用的试验结果进行材料的腐蚀力学损伤和寿命分析，是最重要也是最基础的研究方式
。
然而，由于高温环境和熔盐的腐蚀性，以及一些熔盐需要保持在特定气氛中，在熔盐环境中开展热
‑
>机械疲劳测试尤为困难，主要难点在于特定气氛的保持
、
高温熔盐的密封
、
对试样进行拉压双向循环加载
、
试样标距段应变的精确测量与控制
、
熔盐和试样温度的周期性快速提升和降低等
。
目前为止，关于材料的热
‑
机械疲劳性能测试仅限于在空气环境中进行，在特定气氛的高温熔盐环境中开展热
‑
机械疲劳试验几乎没有
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了气氛可控的高温熔盐腐蚀
‑
热
‑
机械疲劳试验装置及方法，解决了在特定气氛的高温熔盐腐蚀环境中，材料的热
‑
机械疲劳性能测试困难的问题，并有效地解决了高温熔盐环境中对试样应变的精准测量和拉压双向加载的难题，实现了特定气氛下同相
、
异相的熔盐腐蚀
‑
热
‑
机械疲劳试验，可对材料在熔盐腐蚀环境中进行长时的热
‑
机械疲劳测试
。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：气氛可控的高温熔盐腐蚀
‑
热
‑
机械疲劳试验装置，包括，
[0006]装夹组件，包括夹持装置和管状试样，夹持装置用于紧固管状试样的夹持段，从而对管状试样施加拉压循环载荷
。
所述夹持装置包括上夹持装置和下夹持装置，管状试样两端分别被上夹持装置和下夹持装置夹持并挤压固定
。
所述上夹持装置包括上夹头
、
上法兰盖
、
上顶杆
、
上气路接管
。
所述下夹持装置包括下夹头
、
下顶杆
、
下气路接管
、
下法兰盖
。
所述上气路接管和下气路接管的一端分别设有第一外螺纹和第二外螺纹
。
所述上夹头为筒状，包括第一内螺纹段和第一通孔段，其侧面开有第一径向通孔，用于插入上气路接管，上法兰盖位于第一径向通孔下方，上法兰盖与上夹头焊接成为一体，上顶杆的下端面开有第一环
形凹槽，用于填充橡胶垫圈，通过上顶杆上的橡胶垫圈挤压管状试样上端面形成密封，上顶杆沿中轴线开有第一中心盲孔，侧面开设径向延伸的第一螺纹孔，第一中心盲孔与第一螺纹孔连通
。
上气路接管与第一螺纹孔通过螺纹连接，用于通入压缩空气
。
所述下夹头为筒状，包括第二内螺纹段和第二通孔段，侧面开有第二径向通孔，用于插入下气路接管，下法兰盖上开有两个第一垂直通孔，第一垂直通孔位于第二径向通孔上方，下法兰盖与下夹头焊接成为一体，下顶杆的上端面开有第二环形凹槽，用于填充橡胶垫圈，通过下顶杆的橡胶垫圈挤压管状试样下端面形成密封，下顶杆沿中轴线开有第二中心盲孔，下顶杆侧面开设径向延伸的第二螺纹孔，第二螺纹孔与下气路接管通过螺纹连接，用于排出压缩空气
。
[0007]温控组件，包括快速加热装置
、
快速冷却装置
、
温度控制与监测装置
。
所述快速加热装置，包括感应加热电源
、
开口式感应线圈
、
空心螺旋管
。
管状试样
、
空心螺旋管和开口式感应线圈自内向外嵌套设置，三者中心轴线重合
。
感应加热电源上自带控温仪
。
感应加热电源与开口式感应线圈连接，通过开口式感应线圈产生磁场，在空心螺旋管和管状试样上产生感应电流，从而加热空心螺旋管和管状试样，被加热的空心螺纹管通过热传导和热辐射均匀加热环境腔组件内的熔盐，使其达到目标温度
。
所述快速冷却装置，包括空气压缩机
、
中央控制器
、
电磁流量阀
、
螺旋盘管
、
螺旋管进气管
、
螺旋管出气管
。
空气压缩机与电磁流量阀通过管路连接，电磁流量阀的信号反馈到中央控制器
。
螺旋盘管的进口连接螺旋管进气管，出口连接螺旋管出气管
。
电磁流量阀连接两条管路，一条与螺旋管进气管连接，另一条与下气路接管连接
。
电磁流量阀控制压缩空气流量，将压缩空气分别通入空心螺旋管和管状试样中，通过双路气冷的方式同时地快速冷却环境腔组件内的熔盐和管状试样
。
所述温度控制与监测组件，包括上导向管
、
中间导向管
、
下导向管
、
上热电偶
、
中间热电偶
、
下热电偶
、
测温仪
。
上热电偶和下热电偶的温度信号反馈到到测温仪，中间热电偶将温度信号反馈到感应加热电源自带的控温仪，控温仪进一步将温度信号反馈到中央控制器，实现对感应加热电源输出功率的控制，从而控制熔盐和管状试样的加热
。
将上热电偶
、
中间热电偶和下热电偶分别对应插入上导向管
、
中间导向管和下导向管，使上热电偶
、
中间热电偶和下热电偶分别对应紧密接触管状试样标距段的上端
、
中间和下端，实现管状试样温度的实时监测和和控制
。
[0008]环境本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
气氛可控的高温熔盐腐蚀
‑
热
‑
机械疲劳试验装置，其特征在于：包括，装夹组件，包括夹持装置和管状试样
(15)
，夹持装置用于紧固管状试样
(15)
的夹持段，从而对管状试样
(15)
施加拉压循环载荷；所述夹持装置包括上夹持装置和下夹持装置，管状试样
(1)
两端分别被上夹持装置和下夹持装置夹持并挤压固定；所述上夹持装置包括上夹头
(32)、
上法兰盖
(35)、
上顶杆
(31)、
上气路接管
(39)
；所述下夹持装置包括下夹头
(42)、
下顶杆
(43)、
下气路接管
(44)、
下法兰盖
(41)
；所述上气路接管
(39)
和下气路接管
(44)
的一端分别设有第一外螺纹
(57)
和第二外螺纹
(58)
；所述上夹头
(1)
为筒状，包括第一内螺纹段
(46)
和第一通孔段
(45)
，第一内螺纹段
(46)
的内径
M
11
小于第一通孔段
(45)
的内径
D
11
，上夹头
(32)
侧面开有第一径向通孔
(47)
，用于插入上气路接管
(39)
，上法兰盖
(35)
位于第一径向通孔
(47)
下方，上法兰盖
(35)
与上夹头
(35)
焊接成为一体，上顶杆
(31)
的下端面开有第一环形凹槽
(51)
，用于填充橡胶垫圈，通过上顶杆
(31)
上的橡胶垫圈挤压管状试样
(15)
上端面形成密封，上顶杆
(31)
沿中轴线开有第一中心盲孔
(52)
，侧面开设径向延伸的第一螺纹孔
(53)
，第一中心盲孔
(52)
与第一螺纹孔
(53)
连通；上气路接管
(39)
与第一螺纹孔
(47)
通过螺纹连接，用于通入压缩空气；所述下夹头
(42)
为筒状，包括第二内螺纹段
(48)
和第二通孔段
(49)
，第二内螺纹段
(49)
的内径
M
11
小于第二通孔段
(48)
的内径
D
11
，下夹头
(17)
的侧面开有第二径向通孔
(50)
，用于插入下气路接管
(44)
，下法兰盖
(41)
上开有两个第一垂直通孔
(40)
，第一垂直通孔
(40)
位于第二径向通孔
(50)
上方，下法兰盖
(41)
与下夹头
(42)
焊接成为一体，下顶杆
(43)
的上端面开有第二环形凹槽
(54)
，用于填充橡胶垫圈，通过下顶杆
(43)
的橡胶垫圈挤压管状试样
(15)
下端面形成密封，下顶杆
(43)
沿中轴线开有第二中心盲孔
(55)
，下顶杆
(43)
侧面开设径向延伸的第二螺纹孔
(56)
，第二螺纹孔
(56)
与下气路接管
(58)
通过螺纹连接，用于排出压缩空气；温控组件，包括快速加热装置
、
快速冷却装置
、
温度控制与监测装置；所述快速加热装置，包括感应加热电源
(22)、
开口式感应线圈
(10)、
空心螺旋管
(13)
；管状试样
(15)、
空心螺旋管
(13)
和开口式感应线圈
(10)
自内向外嵌套设置，三者中心轴线重合；感应加热电源
(22)
上自带控温仪；感应加热电源
(22)
与开口式感应线圈
(10)
连接，通过开口式感应线圈
(10)
产生磁场，在空心螺旋管
(13)
和管状试样
(15)
上产生感应电流，从而加热空心螺旋管
(13)
和管状试样
(15)
，被加热的空心螺纹管
(13)
通过热传导和热辐射均匀加热环境腔组件内的熔盐
(9)
，使其达到目标温度；所述快速冷却装置，包括空气压缩机
(19)、
中央控制器
(27)、
电磁流量阀
(18)、
螺旋盘管
(59)、
螺旋管进气管
(61)、
螺旋管出气管
(60)
；空气压缩机
(19)
与电磁流量阀
(18)
通过管路连接，电磁流量阀
(18)
的信号反馈到中央控制器
(27)
；螺旋盘管
(59)
的进口连接螺旋管进气管
(61)
，出口连接螺旋管出气管
(60)
；电磁流量阀
(18)
连接两条管路，一条与螺旋管进气管
(61)
连接，另一条与下气路接管
(44)
连接；电磁流量阀
(18)
控制压缩空气流量，将压缩空气分别通入空心螺旋管
(13)
和管状试样
(15)
中，通过双路气冷的方式同时地快速冷却环境腔组件内的熔盐
(9)
和管状试样
(15)
；所述温度控制与监测组件，包括上导向管
(34)、
中间导向管
(36)、
下导向管
(37)、
上热电偶
(4)、
中间热电偶
(24)、
下热电偶
(25)、
测温仪
(30)
；上热电偶
(4)
和下热电偶
(25)
的温度信号反馈到测温仪
(30)
，中间热电偶
(24)
将温度信号反馈到感应加热电源
(22)
自带的控温仪，控温仪进一步将温度信号反馈到中央控制器
(27)
，实现对感应加热电源
(22)
输出功率的控制，从而控制熔盐
(9)
和管状试样
(15)
的加热；将上热电偶
(4)、
中间热电偶
(24)
和下热电偶
(25)
分别对
应插入上导向管
(34)、
中间导向管
(36)
和下导向管
(37)
，使上热电偶
(4)、
中间热电偶
(24)
和下热电偶
(25)
分别对应紧密接触管状试样
(15)
标距段的上端
、
中间和下端，实现管状试样
(15)
温度的实时监测和控制；环境腔组件，包括上法兰
(26)、
膨胀节
(6)、
石英腔体
(23)、
上筒体
(7)、
上隔热板
(8)、
下隔热板
(14)、
上冷却回路
(63)、
下冷却回路
(65)、
下筒体
(16)、
下法兰
(21)
；上法兰
(26)、
膨胀节
(6)、
上筒体
(7)
自上而下依次焊接为一体，下法兰
(21)
和下筒体
(16)
焊接为一体；石英腔体
(23)
包括上圆筒段
(62)、
下圆筒段
(66)
和直边椭圆筒
(64)
，上冷却回路
(63)
和下冷却回路
(65)
分别套在上圆筒段
(62)
和下圆筒段
(66)
外侧，且上筒体
(7)
的上端面超出上冷却回路
(63)
，超出的部分与上筒体
(7)
连接，下筒体
(16)
的下端面超出下冷却回路
(65)
，超出的部分与下筒体
(16)
连接；上隔热板
(8)
位于石英腔体
(23)
内的上圆筒段
(62)
与直边椭圆筒
(64)
的过渡处，下隔热板
(14)
位于石英腔体
(23)
内的下圆筒段
(66)
与直边椭圆筒
(64)
的过渡处；上冷却回路
(63)、
石英腔体
(23)、
下冷却回路
(65)
为石英一体制造；膨胀节
(6)
用于在管状试样
(15)
变形时提供变形补偿；石英腔体
(23)
用于承装熔盐
(9)
，并利用其透明的特性将腔内的物体在腔体外部成像；上冷却回路
(63)
和下冷却回路
(65)
中通入冷却水，用于冷却石英腔体
(23)
的上下端，从而降低上法兰盖
(35)
和下法兰盖
(41)
处的温度；应变控组件，包括变形引伸装置
(11)、
视频引伸计
(12)
，变形引伸装置
(11)
安装固定在管状试样
(15)
的标距段，视频引伸计
(12)
放置于石英腔体
(23)
外，用于测量管状试样
(15)
的应变并反馈到中央控制器
(27)
，实现管状试样
(15)
机械应变的闭环控制；气氛控制组件，包括惰气瓶
(29)、
惰气进气管
(38)、
流量阀
(28)、
真空泵
(3)、
空气出气管
(33)、
真空阀
(2)
，用于环境腔组件内的排空和充入特定气氛；惰气瓶
(29)、
流量阀
(28)
和惰气进气管
(38)
依次通过管路连接，空气出气管
(33)、
真空阀
(2)
和真空泵
(3)
依次通过管路连接
。2.
根据权利要求1所述的气氛可控的高温熔盐腐蚀
‑
热
‑
机械疲劳试验装置，其特征在于：设上顶杆
(31)
的第一环形凹槽
(51)
的外径为
D1、
内径为
d1，下顶杆
(43)
第二环形凹槽
(54)
的外径为
D2、
内径为
d2，管状试样
(15)
夹持段的外径为
D3、
内径为
d3，同时具有如下关系：
D1<D3、D2<D3、d1>D3、d2>D3，上顶杆
(31)
的长度
h1大于等于第一通孔段
(45)
长度
h
11
，下顶杆
(43)
的长度
h2大于等于第二通孔段
(49)
长度
h
22
。3.
根据权利要求1所述的气氛可控的高温熔盐腐蚀
‑
热

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒，王小威，张显程，张沛尧，唐建群，巩建鸣，涂善东，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：