[发明专利]一种用于高温气冷堆燃料元件摩擦性能研究的试验机

说明书

本发明公开了一种用于高温气冷堆燃料元件摩擦性能研究的试验机，其包括包括有机架、主机、摩擦副以及计算机控制系统，所述摩擦副包括有安装在所述机架上端上且其底端可紧固安装有一颗石墨球的上式样座、位于所述上式样座正下方的下式样座、安装在所述下式样座上用于对其内三颗石墨球分开角度进行调整的锁紧调节装置、封闭的环境盒、设置在所述环境盒外表面上的加热器以及用于接入惰性气氛氦气的气体入口；该试验机可模拟高温气冷堆内实际工况，模拟过程中可控制载荷、温度、气氛、转速以及滚动和滑动两种摩擦方式，为研究石墨球的摩擦磨损性能奠定了基础。

技术领域

本发明涉及机械类摩擦磨损试验装置技术领域，具体涉及一种能够模拟高温气冷堆内实际球球摩擦工况的摩擦磨损试验机，该装置能够控制球球之间摩擦的载荷，温度，气氛，摩擦方式等因素，从而进行石墨球的摩擦磨损性能研究。

背景技术

高温气冷堆是以石墨包覆的燃料球作为燃料元件，以氦气作为冷却剂的核反应堆，具有安全性好、发电效率高、可同时供电供热等优点，已被国际核能署列为第四代反应堆发展堆型之一。高温气冷堆平衡态堆芯内装球形燃料元件约42万个，这些石墨球在球与球之间发生摩擦作用从而产生石墨粉尘，这些石墨粉尘可能会影响反应堆的安全与正常运行，对设备的维护和检修带来不便，具有一定的风险。因此，高温气冷堆内的石墨球的摩擦磨损性能需要特别关注。

在研究石墨球摩擦磨损性能时，要对高温气冷堆内石墨球摩擦的实际工况进行模拟，具体工况参数包括温度，石墨球间的压紧力，气氛等，同时应模拟实际工况中石墨球堆积的形式和实际过程中存在的滚动和滑动两种摩擦方式。

在已经公开的中国专利申请号为CN103868812A，专利名称为：一种变载荷滚动摩擦磨损试验机的专利文献中，公开了一种能够实时改变载荷大小、控制滚滑比以及控制温度的滚动摩擦磨损试验机。但是，该试验机不能模拟实际石墨球堆积的形式，以及不能进行气氛的试验。

在已公开的中国专利申请号为CN102207438A，专利名称为：一种滚动摩擦磨损试验机的专利文献中，公开了一种能够进行不同载荷、转速、温度和液体环境下的滚动摩擦磨损试验的试验机，但是，该试验机的式样为圆盘状，并不能模拟球球堆积的摩擦形式，且不能控制试验过程中的气氛，同时，该装置不能进行滑动摩擦方式的试验。

目前市场上，应用较为广泛的摩擦磨损试验的设备为双盘摩擦磨损试验机。这些设备主要用于滚滑条件下聚合物材料与金属件之间的摩擦试验，可对滚动摩擦力进行检测，但均不能完全模拟高温气冷堆实际工况下对气氛，温度，载荷以及滚动和滑动两种摩擦方式的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于高温气冷堆燃料元件摩擦性能研究的试验机，该试验机可模拟高温气冷堆内实际工况，模拟过程中可控制载荷、温度、气氛、转速以及滚动和滑动两种摩擦方式，为研究石墨球的摩擦磨损性能奠定了基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于高温气冷堆燃料元件摩擦性能研究的试验机，包括有机架、主机、摩擦副以及计算机控制系统，所述摩擦副包括有安装在所述机架上端上且其底端可紧固安装有一颗石墨球的上式样座、位于所述上式样座正下方的下式样座、安装在所述下式样座上用于对其内三颗石墨球分开角度进行调整的锁紧调节装置、封闭的环境盒、设置在所述环境盒外表面上的加热器以及用于接入惰性气氛氦气的气体入口，其中所述上式样座、下式样座和锁紧调节装置都位于所述环境盒内部，外部充入的氦气通过所述气体入口进入到所述环境盒内；所述主机包括有与所述上式样座相连并驱动其水平转动的主轴系统以及与所述下式样座相连并对其施加法向载荷的加载系统，所述计算机控制系统包括有扭矩检测系统、微机自动加荷系统以及温度控制系统，其中所述扭矩检测系统通过设置有的扭矩传感器和信号采集处理仪表与所述摩擦副相连，实时检测摩擦副中石墨球之间的扭矩，所述温度控制系统通过设置有的温度传感器与所述环境盒相连，用于实时检测所述环境盒内的温度。