【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核工程，具体的说，是涉及一种液态铅铋环境下的疲劳试验系统和试验方法。
技术介绍
1、核能作为清洁能源具有广阔的发展前景，但三哩岛核电站和切尔诺贝利核电站事故加剧了人们对于核安全的担忧，综合核能经济性、核废料处理以及核扩散问题，美国在1999年提出第四代核电反应堆gen-iv的概念。其中，铅冷快堆由于其突出的优点成为第四代反应堆系统极具发展潜力的两种堆型之一。液态铅铋合金因其沸点高、密度大、化学惰性、热容大、中子吸收截面小、屏蔽性好等优点被选为铅冷快堆的冷却剂。
2、但是，液态铅铋合金对于堆内材料的腐蚀性，成为影响铅铋堆性能的关键问题。研究发现，通过控制液态铅铋的氧含量，可有效抑制液态铅铋对于材料的腐蚀。
3、国内外开展的液态铅铋合金氧控试验，其氧控实现方式主要分为两种，一种是直接在试验腔体进行控氧，缺点是每次试验需重复控氧，控氧耗时较长，试样长时间浸泡在液态铅铋合金中会产生预腐蚀影响试验精度，且频繁开启腔体易于造成液态铅铋合金的氧化。另一种实现方式增加了液态铅铋合金储液罐，在储液罐中控氧完成后，通过高压惰性气体打压或铅铋屏蔽泵将液态铅铋送入试验腔体中。但高压惰性气体打压危险性高，且引入惰性气体会影响控氧精度与稳定性；而使用铅铋屏蔽泵操作复杂，且铅铋泵成本较高。因此需要设计一种安全性高、成本较低且控氧效率高的控氧液态铅铋环境疲劳试验系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统和试验方法，其引入卧式的试
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：
3、根据本专利技术的一个方面，提供了一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，包括试验单元，试验加载单元，储液单元和连通单元；
4、所述试验单元包括试验腔体加热炉、试验腔体和试验氧传感器；所述试验腔体加热炉设置在所述试验腔体外部对其进行加热；所述试验腔体及其内部试样均为水平设置，且所述试验腔体连接有水平设置的夹具；所述试验氧传感器安装于所述试验腔体的上盖，并且其探头伸入至所述试验腔体的内部，用于实时测量所述试验腔体内氧含量；
5、所述试验加载单元与所述试验腔体连接，用于提供试验所需加载力；
6、所述储液罐单元包括储液罐加热炉、储液罐腔体、浮筒、浮筒升降电机、储液氧传感器、进气管、出气管、热电偶、下液位计、截止阀和截止阀；所述储液罐加热炉设置在所述储液罐腔体外部对其进行加热；所述储液罐腔体用于储存液态铅铋合金，且所述储液罐腔体的底面高度低于所述试验腔体的底面高度；所述浮筒升降电机固定于所述储液罐腔体的上盖，所述浮筒升降电机与所述浮筒连接，能够控制所述浮筒的升降；所述储液氧传感器固定于所述储液罐腔体的上盖，用于实时测量所述储液罐腔体内氧含量；所述进气管固定于所述储液罐腔体的上盖，用于连接抽真空装置及通入所述储液罐腔体内所需的还原混合气和高纯氩气；所述出气管固定于所述储液罐腔体的上盖，并且连接有单向阀以维持控氧时的正压环境；所述热电偶固定于所述储液罐腔体的上盖，用于控制所述储液罐腔体内液态铅铋温度；所述下液位计固定于所述储液罐腔体的上盖，用于配合所述浮筒控制所述储液罐腔体内初始铅铋液位；所述截止阀固定于所述储液罐腔体的上盖，用于配合所述浮筒控制所述试验腔体内铅铋液位；所述截止阀安装在所述储液罐腔体的底端，用于排出所述储液罐腔体内的液态铅铋；
7、所述连通单元包括液态铅铋连通子单元和气体连通子单元；所述液态铅铋连通子单元包括液态铅铋进出管路和液态铅铋管路截止阀；所述液态铅铋进出管路的一端在所述试验腔体的底部与所述试验腔体连通，另一端在所述储液罐腔体的侧壁与所述储液罐腔体连接；且所述液态铅铋进出管路与所述试验腔体的连接端高于所述液态铅铋进出管路与所述储液罐腔体的连接端；所述液态铅铋进出管路设置有液态铅铋管路截止阀；所述气体连通子单元包括气相连通管路和气相管路截止阀；所述气相连通管路一端在所述试验腔体的上盖与所述试验腔体连通，另一端在所述储液罐腔体的上盖与所述储液罐腔体连通；所述气相连通管路设置有气相管路截止阀。
8、进一步地，所述试验腔体加热炉放置在第一操作台上；所述储液罐加热炉放置于第二操作台上，所述第二操作台安装有限制所述储液罐加热炉移动的固定架。
9、进一步地，所述浮筒包括筒体和滚珠丝杠，滚珠丝杠包括中心丝杆、滚珠、回珠器和螺母；所述中心丝杆上端通过联轴器与所述浮筒升降电机的输出轴连接、下端在筒体内部为自由端；所述中心丝杆通过所述滚珠与所述螺母配合连接，所述螺母与所述筒体的顶面中心固定连接；由此，所述浮筒升降电机驱动所述中心丝杆的旋转运动，能够转换为所述螺母带动所述筒体沿所述中心丝杆的直线运动。
10、进一步地，所述下液位计和所述截止阀均采用接触式液位计，所述下液位计的探头在液位a以下，所述截止阀的探头在液位b以下；所述液位a为所述储液罐腔体内的初始液面高度，所述液位b为所述试验腔体内液位没过试样时，所述储液罐腔体内的液面高度。
11、进一步地，所述截止阀通过法兰与所述储液罐腔体底端设置的法兰连接。
12、进一步地，所述液态铅铋进出管路采用陶瓷加热带缠绕在其外侧的方式进行加热，且可以加热至目标温度。
13、根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于上述控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统的试验方法，包括如下过程：
14、(1)将试样在通过夹具装夹于所述试验腔体内，打开所述液态铅铋管路截止阀和所述气相管路截止阀，通过所述进气管对所述试验腔体和所述储液罐腔体进行抽真空操作；之后通过所述进气管持续通入高纯氩气，再进行抽真空操作，重复多次上述洗气操作，直至所述试验腔体和所述储液罐腔体内氧浓度误差达到要求；
15、(2)开启所述储液罐加热炉将其内部的铅铋加热至液态，液态铅铋的液位达到所述下液位计所在高度，维持温度至试验所需温度并保温，通过所述进气管通入氢氩混合气，待所述出气管的单向阀出气后，持续观测所述储液氧传感器的示数，待氧浓度降低至试验所需浓度后，对所述液态铅铋进出管路和所述试验腔体加热至试验温度，之后通过所述浮筒升降电机驱动所述浮筒下降，使液态铅铋的液位到达所述截止阀所在高度，此时所述试验腔体内液位没过试样，持续观测所述试验氧传感器，待其示数与所述储液氧传感器的误差低于设定值后开始试验；
16、(3)待试验完成后，通过所述浮筒升降电机驱动所述浮筒上升，所述试验腔体内的液态铅铋回流入所述储液罐腔体并到达所述下液位计所在高度；关闭所述液态铅铋管路截止阀和所述气相管路截止阀，停止所述试验腔体和所述液态铅铋进出管路的加热，待所述试验腔体降温至室温后进行拆试样操本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，其特征在于，包括试验单元，试验加载单元，储液单元和连通单元；
2.根据权利要求1所述的一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，其特征在于，所述试验腔体加热炉放置在第一操作台上；所述储液罐加热炉放置于第二操作台上，所述第二操作台安装有限制所述储液罐加热炉移动的固定架。
3.根据权利要求1所述的一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，其特征在于，所述浮筒包括筒体和滚珠丝杠，滚珠丝杠包括中心丝杆、滚珠、回珠器和螺母；所述中心丝杆上端通过联轴器与所述浮筒升降电机的输出轴连接、下端在筒体内部为自由端；所述中心丝杆通过所述滚珠与所述螺母配合连接，所述螺母与所述筒体的顶面中心固定连接；由此，所述浮筒升降电机驱动所述中心丝杆的旋转运动，能够转换为所述螺母带动所述筒体沿所述中心丝杆的直线运动。
4.根据权利要求1所述的一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，其特征在于，所述下液位计和所述截止阀均采用接触式液位计，所述下液位计的探头在液位A以下，所述截止阀的探头在液位B以下；所述液位A为所述储液罐腔体内的初始液面
5.根据权利要求1所述的一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，其特征在于，所述截止阀通过法兰与所述储液罐腔体底端设置的法兰连接。
6.根据权利要求1所述的一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，其特征在于，所述液态铅铋进出管路采用陶瓷加热带缠绕在其外侧的方式进行加热，且可以加热至目标温度。
7.一种基于如权利要求1-6中任一项所述控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统的试验方法，其特征在于，包括如下过程：
...【技术特征摘要】
1.一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，其特征在于，包括试验单元，试验加载单元，储液单元和连通单元；
2.根据权利要求1所述的一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，其特征在于，所述试验腔体加热炉放置在第一操作台上；所述储液罐加热炉放置于第二操作台上，所述第二操作台安装有限制所述储液罐加热炉移动的固定架。
3.根据权利要求1所述的一种控氧液态铅铋环境下的卧式疲劳试验系统，其特征在于，所述浮筒包括筒体和滚珠丝杠，滚珠丝杠包括中心丝杆、滚珠、回珠器和螺母；所述中心丝杆上端通过联轴器与所述浮筒升降电机的输出轴连接、下端在筒体内部为自由端；所述中心丝杆通过所述滚珠与所述螺母配合连接，所述螺母与所述筒体的顶面中心固定连接；由此，所述浮筒升降电机驱动所述中心丝杆的旋转运动，能够转换为所述螺母带动所述筒体沿所述中心丝杆的直线运动。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：林强，姜克健，冯少武，陈刚，孙兴悦，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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