一种高温真空熔盐环境旋转摩擦磨损测试系统的制作方法

1.本发明涉及材料的摩擦磨损性能测试技术领域，尤其涉及一种高温真空熔盐环境旋转摩擦磨损测试系统。


背景技术：

2.熔盐堆作为第四代裂变堆之一，由于其安全性高、核废料少、综合利用率高等特点，近年来受到各国的广泛关注。然而，熔盐堆采用具有强腐蚀性的氟化物作为冷却剂，运行环境一般为600℃以上的真空环境，如此苛刻的服役环境对制作熔盐堆的结构材料带来巨大挑战，尤其会对熔盐堆运动部件材料的摩擦磨损加剧。目前，尚无能够模拟材料在熔盐堆环境中腐蚀摩擦磨损性能的设备或系统，极大的制约了熔盐堆用结构材料的开发。


技术实现要素：

3.基于以上所述，本发明的目的是提供一种高温真空熔盐环境旋转摩擦磨损测试系统，用于考察材料在高温-真空-力-熔盐环境多因素耦合作用下的服役性能。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种高温真空熔盐环境旋转摩擦磨损测试系统，包括主机架，旋转摩擦加载装置和工控机；主机架顶板上表面设有真空室，真空室上设有进气阀、出气阀、真空计、压力表和安全阀，真空室内设有加热炉，加热炉外部设有隔热水套；所述旋转摩擦加载装置包括摩擦力测量装置和载荷加载装置，所述摩擦力测量装置包括旋转主轴，旋转主轴通过旋转驱动电机驱动，旋转主轴顶端伸入加热炉内部，顶端端部安装样品台，样品台上设有熔盐样品槽，待测样品通过压板固定于熔盐样品槽内，熔盐样品槽随旋转主轴转动；旋转主轴底端穿过主机架顶板依次伸入轴套和磁密封旋转件中；所述载荷加载装置包括加载杆，加载杆正上方设有穿过真空室顶板的往复运动磁密封件，往复运动磁密封件在真空室内部一端设有y向滑台，y向滑台与加载杆顶端相接触，真空室外侧往复运动磁密封件顶端设有载荷传感器，载荷传感器顶端通过连接轴与z向平移滑台相接，z向平移滑台通过载荷加载电机驱动，加载杆底端穿过真空室顶板和加热炉炉盖伸入熔盐样品槽内与待测样品相接触；加热炉与真空室顶板内侧之间的加载杆上从下到上依次设有传感器连接横梁、传感器隔热外套和y向滑轨，传感器连接横梁一端与传感器隔热外套相接，传感器隔热外套内设有摩擦力传感器，传感器隔热外套远离加载杆一端底部设有可旋转升降台，可旋转升降台设于x向平移滑台顶部，x向平移滑台安装于真空室室内底板上；所述工控机信号输入端分别与温度传感器、切向力传感器和载荷传感器电连接，工控机信号输出端分别与温控仪、旋转驱动电机和载荷加载电机电连接。
5.作为本发明技术方案的优选，所述主机架内底部设有真空泵组，主机架内顶部贯穿主机架顶板设有真空室法兰接口；所述真空室法兰接口出口与真空泵组相接，真空室法兰接口入口与主机架外侧顶部的真空室连通。
6.进一步地，所述旋转主轴穿出磁密封旋转件的一端设有传动轮,传动轮与旋转驱动电机通过带传动连接。
7.进一步地，所述可旋转升降台外侧设有定位孔，定位孔内安装锁紧螺栓，可实现可旋转升降台的上下运动和正/反向90
°
旋转。
8.进一步地，所述x向平移滑台一侧与磁密封件一端相接，磁密封件另一端穿出真空室连接旋转手柄。
9.进一步地，所述样品台通过高温合金螺栓固定于旋转主轴顶部，熔盐样品槽与样品台可拆卸连接。
10.进一步地，所述轴套一端固设于主机架内侧顶板上，另一端与磁密封旋转件相连接。
11.进一步地，所述主机架顶板下表面设有密封接线盒。
12.进一步地，所述主机架底部设有福马轮。
13.进一步地，所述真空室为箱式前开门型。
14.本发明具有以下有益效果：1、本发明系统包括样品槽、加热炉、温控仪、旋转摩擦加载装置、真空室和工控机，加热炉内设有温度传感器，温度传感器与温控仪相配合实现样品测试高温温度的检测与控制；旋转摩擦加载装置包括旋转驱动电机和切向力传感器，以及载荷加载电机和载荷传感器，实现样品测试摩擦力及载荷的检测与控制；真空室设有真空计、压力表，实现样品检测真空度的检测与控制；样品台上设置熔盐样品槽，为样品检测提供熔盐环境，整个系统结构简单、布局合理，可以实现材料在高温-真空-力-熔盐环境多因素耦合作用下的服役性能检测，进而为熔盐堆用结构材料的性能提升和实际应用提供理论参考。
15.2、本发明可旋转升降台安装在x向平移滑台上，x向平移滑台可左右移动，带动加载杆在x方向移动，以此确定摩擦半径的大小。
16.3、本发明在主机架内设置密封接线盒，力、温度等信号的采集传输以及控制线缆均通过密封线盒进出，确保样品检测的真空环境不因进线出线受到影响。
17.4、本发明可旋转升降台外侧设有定位孔，定位孔内安装锁紧螺栓，可实现可旋转升降台的上下运动和正/反向90
°
旋转，便于进行不同厚度样品测试的调整以及装卸加载杆。
18.5、本发明设置熔盐样品槽与样品台可拆卸连接，试验完成后熔盐样品槽可取下来便于清洗。
19.6、本发明真空室采用前开门方式，与传统手套箱真空室相比，便于操作，密封性能更好，真空室密封舱门上设有观察窗，舱门跟真空舱体之间由耐温橡胶圈密封，舱体壁上设有进出气阀门，由复合硅检测舱内真空度，同时设有压力表，测量舱内通入正压情况，舱壁还设有安全泄压阀，以此来保证真空室内压强在设计安全范围内。
20.7、本发明设置x向平移滑台一侧与磁密封件一端相接，磁密封件另一端穿出真空室连接旋转手柄，便于在同一条件下进行不同摩擦半径的多次重复测量。
21.8、本发明主机架底部设有福马轮，与其他脚轮不同的是，福马轮可调节高度，可固定，可滚动移动，以满足不同的使用需求。
附图说明
22.图1为本发明高温真空熔盐环境摩擦磨损测试设备的结构示意图；图2为本发明测试系统的电气原理图；图3为本发明密封接线盒的结构示意图；图4为本发明熔盐样品槽的结构示意图；附图标记：1、主机架；2、真空泵组；3、真空室法兰接口；4、旋转驱动电机；5、传动轮；6、磁密封旋转件；7、旋转主轴；8、密封接线盒；9、样品台；10、熔盐样品槽；11、加热炉；12、加载杆；13、传感器连接横梁；14、摩擦力传感器；15、传感器隔热外套；16、可旋转升降台；17、x方向平移滑台；18、真空室；19、进气阀；20、出气阀；21、真空计；22、压力表；23、安全阀；24、载荷加载电机； 25、z向平移滑台；26、连接轴；27、载荷传感器；28、往复运动磁密封件；29、隔热水套；30、y向滑台；31、福马轮；32、主机架顶板；33、轴套；34、旋转手柄。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的结构和工作过程进行详细说明。
24.如图1-图4所示，本发明提供的一种高温真空熔盐环境旋转摩擦磨损测试系统，包括主机架1，旋转摩擦加载装置和工控机；主机架1底部设有福马轮31，主机架顶板32上表面设有真空室18，真空室18为箱式前开门型，真空室18上设有进气阀19、出气阀20、真空计21、压力表22和安全阀23，真空室18内设有加热炉11，加热炉11外部设有隔热水套29，主机架顶板32下表面设有密封接线盒8。
25.上述旋转摩擦加载装置包括摩擦力测量装置和载荷加载装置，摩擦力测量装置包括旋转主轴7，旋转主轴7通过旋转驱动电机4驱动，旋转主轴7顶端伸入加热炉11内部，顶端端部通过高温合金螺栓固定样品台9，样品台9上通过螺栓连接熔盐样品槽10，待测样品通过压板固定于熔盐样品槽10内，熔盐样品槽10随旋转主轴7转动；旋转主轴7底端穿过主机架顶板32依次伸入轴套33和磁密封旋转件6中， 轴套33一端固设于主机架1内侧顶板上，另一端与磁密封旋转件6相连接，旋转主轴7穿出磁密封旋转件6的一端设有传动轮5,传动轮5与旋转驱动电机4通过带传动连接。
26.载荷加载装置包括加载杆12，加载杆12顶端设有往复运动磁密封件28，往复运动磁密封件28安装在真空室18顶板上，往复运动磁密封件28的底端设有y向滑台30，顶端设有载荷传感器27，载荷传感器27顶端通过连接轴26与z向平移滑台25相接，z向平移滑台25通过载荷加载电机24驱动，加载杆12底端穿过真空室18的顶板和加热炉11的炉盖伸入熔盐样品槽10内与待测样品相接触。加热炉11与真空室18顶板内侧之间的加载杆12上从下到上依次设有传感器连接横梁13、传感器隔热外套15和y向滑轨30，传感器连接横梁13一端与传感器隔热外套15相接，传感器隔热外套15内设有切向力传感器14，传感器隔热外套15远离加载杆12一端底部设有安装于x向平移滑台17顶部的可旋转升降台16，可旋转升降台16外侧设有定位孔，定位孔内安装锁紧螺栓，可实现可旋转升降台16的上下运动和正/反向90
°
旋转，x向平移滑台17安装于真空室18室内底板；x向平移滑台17一侧与磁密封件（现有技术，图中未示出）一端相接，磁密封件另一端穿出真空室18连接旋转手柄34。
27.上述工控机信号输入端分别与温度传感器、切向力传感器和载荷传感器电连接，工控机信号输出端分别与温控仪、旋转驱动电机和载荷加载电机电连接。
28.上述主机架1内底部还设有真空泵组2，主机架1内顶部贯穿主机架顶板32设有真空室法兰接口3；真空室法兰接口3出口与真空泵组2相接，真空室法兰接口3入口与主机架1外侧顶部的真空室18连通。
29.采用本发明系统进行材料的高温真空熔盐环境摩擦磨损性能测试时，先将待测样品通过压板固定于熔盐样品槽10内，并调整真空室18内真空度，在工控机人机界面预设加热炉11炉内温度，工控机将该预设温度指令输送至温控仪（可通过现有技术实现，图中未示出），由温控仪配合温度传感器（现有技术，图中未示出），将加热炉11炉内温度调整至预设温度。随后，通过工控机软件设定加载力、摩擦旋转速度，同时，手动/电动调节旋转手柄34（电动调节可通过增加电机的方式实现）来移动x方向平移滑台17的水平位置，以及可旋转升降台16的竖直高度，确定好对磨位置，设定完成后，载荷加载电机24启动，载荷加载电机24通过z向平移滑台25驱动连接轴26动作，通过连接轴26带动往复运动磁密封件28向下运动，往复运动磁密封件28底部y向滑台30施压在加载杆12上，并给加载杆12施加载荷，加载力实际大小通过载荷传感器27检测并反馈给工控机，最终将加载力调整至预设值。最后，旋转驱动电机4启动，通过皮带和传动轮5带动旋转主轴7旋转，旋转主轴7带动熔盐样品槽10旋转，固定在熔盐样品槽10内的待测样品随之转动，试验过程中摩擦旋转速度的实际大小通过旋转驱动电机4的驱动器检测并反馈给工控机，最终调整至预设值，至此，测试试验正式开始，测试得到的摩擦力大小通过摩擦力传感器14检测并反馈给工控机。
30.本发明系统的载荷加载也可通过在往复运动磁密封件28顶部加设砝码的方式进行，从而实现小载荷精准加载。