[实用新型]一种带有外部引压式压力平衡结构的加载装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于金属材料在高温高压环境中试验研究领域，具体涉及一种带有外部引压式压力平衡结构的加载装置。

背景技术：

金属材料在高温高压环境中的力学化学交互作用开裂(如应力腐蚀、腐蚀疲劳)是很多领域面临的重要问题。典型的如核电站循环回路及蒸汽发生器传热管、火电站锅炉水冷壁、汽轮机金属部件、石油化工工业的压力容器等，都经常因材料发生应力腐蚀或腐蚀疲劳而导致安全事故，所以，在实验室中利用高压釜模拟高温高压环境来研究金属材料的力学化学交互作用问题具有重要意义。而传统的力传感器无法安装在试验用高压釜内，现有技术中加载机的载荷通过加载轴传递到高压釜的内部，试样所承受的载荷值通过高压釜外部的力传感器测量。然而，此时力传感测量值并非加载到试样上的实际载荷，要想得到加载在试样上的实际载荷，还需要去除高压釜内压作用在加载轴上的静力。在实际进行试验时，当试样尺寸较小，或者材料强度较低，或者高压釜压力较高时，高压釜内压对加载轴施加的载荷会较大，严重影响试验结果的准确性。

为了在试验过程中平衡高压釜内压所产生的有害拉力，日本东伸公司设计了一种在高温高压环境下带有中空式压力平衡结构的高压釜加载装置(参见日本实用新型专利：1219480)。其基本原理如下：加载轴开有引压中心孔，将高压釜中压力引入压力平衡腔中，则两者内部压强相等。加载轴伸入高压釜中的直径为d，加载轴中间段直径为则加载轴中间段横截面积等于两倍加载轴深入高压釜端的面积，两者之差恰好等于加载轴深入高压釜端的面积，此时，压力平衡腔内压作用于加载轴中间段轴肩上的力恰好等于高压釜内压作用于加载轴上的力，两者相互平衡抵消，从而自动消除了高压釜内压力所产生的有害力。

带有中空式压力平衡结构的加载装置虽然解决了高压釜内金属试样载荷精确测量的问题，但此方法也存在以下弊端：首先，加载轴需要在中心钻深孔，当加载轴较长或直径较小时，加工非常困难；其次，加载轴中心钻孔需要90度变换方向，加载轴加工很难一次成型，通常加工过程中将加载轴分为两段分别加工，之后通过焊接连接，焊接缺陷会导致加载轴强度可靠性降低，最后，这种加载装置对加载轴和各部件之间的对中性要求很高，一旦在对中性不好，会产生巨大摩擦力，导致加载轴或者其他部件损坏，而且该装置在加载轴上安装了三套密封圈用于加载轴动态密封，更换密封圈需要大量操作，而且也会增加系统自身的摩擦了，导致试验载荷测量结果误差较大。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了克服现有高温高压环境下加载技术中的以上弊端，提供了一种带有外部引压式压力平衡结构的加载装置。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现的：

一种带有外部引压式压力平衡结构的加载装置，包括密封冷却结构、压力平衡结构、连接螺杆、加载轴、加载机连接结构和外部引压结构；其中，密封冷却结构的一端与高压釜盖密封连接，另一端通过连接螺杆与压力平衡机构连接，加载轴贯穿于密封冷却结构和压力平衡结构内部，加载机连接结构一端与加载轴螺纹固定连接，另一端连接加载机，外部引压结构一端连接压力平衡结构的引压孔，另一端与高压釜入口三通连接，使得高压釜内压力同压力平衡结构中的压力相等，自动抵消了高压釜内压力所产生的有害应力。

所述密封冷却结构包括轴套、空冷叶片、密封圈Ⅰ、轴套盖板和密封螺栓；其中，所述轴套通过螺纹旋紧在高压釜盖上，其外设有多级空冷叶片用于冷却，所述轴套与所述加载轴之间通过密封圈Ⅰ动密封连接，所述轴套盖板通过密封螺栓与所述轴套固接。

所述压力平衡结构包括压力平衡桶、压力平衡桶盖板、密封圈Ⅱ、压力平衡腔和压力平衡腔密封螺栓；其中，所述压力平衡桶与所述加载轴之间通过密封圈Ⅱ动密封连接，所述压力平衡桶盖板与通过所述压力平衡腔密封螺栓与压力平衡桶固接。

所述密封冷却结构和所述压力平衡结构之间通过一组连接螺杆螺纹连接。

所述加载机连接结构包括加载框、防滑螺母加载机连接接头；其中，所述加载框一端与所述加载轴螺纹连接，利用所述防滑螺母固定，另一端连接所述载机连接接头。

所述压力平衡结构的压力平衡桶一侧设有引压孔，引压接头一端与所述压力平衡桶螺纹密封连接，另一端与金属引压管通过金属卡套密封连接，金属引压管的另一端与高压釜入口处三通通过金属卡套密封连接，使得高压釜内压力同压力平衡结构中的压力相等。

所述加载轴与所述轴套配合处开有凹形槽，所述密封圈Ⅰ安装在加载轴的凹形槽内；所述加载轴与所述压力平衡桶配合处开有凹形槽，所述密封圈Ⅱ安装在加载轴的凹形槽内。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：