[发明专利]一种高温过热水蒸气环境蠕变疲劳试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料拉伸加载蠕变疲劳测试领域，具体涉及用于进行金属材料在服役环境下测试的一种高温过热水蒸气环境蠕变疲劳试验装置。

背景技术

过热水蒸气广泛用于发电、机械加工、食品等行业，其发生装置、输送管道乃至应用对象(如汽轮机)服役环境恶劣，常同时承受高温、过热水蒸气、静应力、动应力包括交变应力的作用，设备材料性能劣化甚至失效现象屡见不鲜，严重影响设备的安全运行。为此，迫切需要一种能够准确模拟其服役环境并测试该环境下材料性能状态的试验装置，具体为在高温、过热水蒸气环境以及复杂应力条件下，测试金属材料的材料性能和研究其材料失效机理，从而为相关设备的设计与安全维护提供数据与理论支持。

有鉴于此，公开号为CN103954514A的中国专利名称为“高温蒸汽环境下的高频疲劳寿命试验系统及试验方法”的专利文本中公开了以下内容：“一种高温蒸汽环境下的高频疲劳寿命试验系统，其包括试验机架，在试验机架上固定设置蒸汽箱和疲劳试验机，疲劳试验机实现疲劳试样的高频循环加载，试样穿过蒸汽箱，试样的两端分别与蒸汽箱可旋转密封连接，试样的中间部分暴露在蒸汽箱的内部环境中，蒸汽箱包括蒸汽输入端和蒸汽输出端，蒸汽箱的蒸汽输入端连接蒸汽发生器，蒸汽发生器由一水箱供水，水箱上设置除氧装置，蒸汽箱的蒸汽输出端连接一个冷凝器，冷凝器上连接含氧量测量装置。”上述结构确实部分模拟了实际构件的工作环境，从而实现了金属材料在复杂应力以及高温过热水蒸气环境下的测试。本发明与其区别主要在于，①加载能力上，本发明除疲劳加载之外，还具有蠕变、持久、蠕变-疲劳交互作用加载能力，三角波、梯形波、正弦波可自由组合，幅值、频率可调；②环境模拟能力上，本发明采用感应线圈对试样进行高温加热，也同时保证了水蒸气的高温过热特征，且温度调节灵活，所模拟环境更加贴近相关设备实际服役环境。

发明内容

本发明的目的即为克服上述现有技术的不足，提供一种适于实用的高温过热水蒸气环境蠕变疲劳试验装置，本装置为金属材料在复杂应力以及高温过热水蒸气环境下测试构建了完善的硬件平台，从而可准确检测待测试样在其服役环境下的各项材料性能，为其材料失效机理研究提供必要设备。在确保其试验结果的准确性同时，其工作可靠稳定而效率高。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高温过热水蒸气环境蠕变疲劳试验装置，本装置至少包括用于提供试样以蠕变疲劳加载力的蠕变疲劳试验机加载框架，该加载框架上设置用于两端固定试样的上、下拉杆；本装置还包括用于监控试样受力载荷的载荷传感器、用于提供试样以湿热蒸汽环境的水蒸气发生组件、监控试样周围环境蒸汽温度的热电偶组件以及用于监控及处理各组件及传感器所收集信息的控制柜，其特征在于：本装置还包括具备中空管腔构造的耐热透明管，所述上、下拉杆的杆身处同轴固设上、下环盖，所述上、下环盖与耐热透明管的相应端管口处同轴密封衔接设置可轴向伸缩的波纹管，所述上环盖、波纹管管壁、耐热透明管的管壁以及下环盖共同围合构成密封包覆式的试样测试环境；水蒸气发生组件的进气端贯穿上环盖以连通上述密封腔，水蒸气发生组件的出气端贯穿下环盖以连通上述密封腔；本装置还包括感应加热组件，感应加热组件的感应加热线圈缠绕设置于耐热透明管管身处且与其管身间存有间距。

本装置还包括固定于蠕变疲劳试验机加载框架上的用于分别夹持固定耐热透明管的上、下端管口的上、下压盖板，所述上、下压盖板外形均呈由两相对称的左板体和右板体的相邻板边拼合构成的哈弗卡扣式结构，左板体和右板体的相邻板边处均内凹设置有弧状凹槽，上述弧状凹槽在两板体拼合后构成供耐热透明管穿过以夹持固定的贯穿孔；所述上、下压盖板间以连接彼此的拉杆支撑柱连接固定；波纹管的用于与耐热透明管管口配合处设置密封衔接两者的固定环，所述上环盖、下环盖、固定环、波纹管及耐热透明管均同轴布置，且固定环与相应的压盖板和环盖间均构成螺栓式紧固配合。

所述左板体的用于与右板体配合的板边下沿向右板体板边处延伸凸设有下台阶部，右板体的用于与左板体配合的板边上沿相应凸设上台阶部，两台阶部的台阶面彼此贴合且由其台阶面处同轴垂直贯穿有紧固螺栓，左、右板体间构成螺栓固接配合。

所述耐热透明管外管壁的两端处均凸设有环状凸缘，两环状凸缘配合耐热透明管的管身共同构成耐热透明管的两端粗而中间细的三段阶梯轴构造；所述上压盖板的上板面与耐热透明管外管壁的上端处环状凸缘台肩间构成贴靠式夹紧配合，下压盖板的下板面与耐热透明管外管壁的下端处环状凸缘台肩间构成贴靠式夹紧配合。