一种高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置

1.本发明涉及材料力学试验装置技术领域，特别是涉及一种高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置。


背景技术：

2.高温高压水蒸汽环境是目前压水核反应堆冷却系统的主要服役环境，反应堆内压力容器、管道及蒸汽发生器等设备长期在此服役工况下运行，承受着不同方向的复杂载荷，水环境腐蚀与波动载荷耦合产生的损伤易使零件提前失效，发生断裂，危及反应堆的运行，产生极大的安全隐患。为防止此类的事故的产生，对零件的服役寿命，使用环境及可靠性提出了极大的挑战。因此有必要开发此种环境下材料的性能测试平台。
3.目前，对材料在高温，室温，低温环境下的性能测试系统较为完备。而在高温高压水蒸汽环境的复杂环境下的力学性能测试平台较少。传统的复杂环境测试平台采用将环境室与单轴测试主机组合使用，无法模拟多轴载荷下材料的力学行为。
4.因此，市场上急需一种高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置，用于解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，能够从不同方向对试件进行疲劳试验。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明公开了一种高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置，包括：
8.环境室本体，所述环境室本体的侧壁上设有若干个试验孔；
9.拉杆，所述拉杆为若干个，每个所述拉杆能够滑动连接于一个所述试验孔；
10.加热装置，所述加热装置固定于所述环境室本体内；
11.蒸汽发生器，所述蒸汽发生器与所述环境室本体的内部相连通；
12.疲劳主机，所述疲劳主机包括伸缩装置，所述伸缩装置用于带动所述拉杆在所述试验孔内往复移动；
13.夹具，所述夹具为若干个，所述夹具的固定端固定于所述拉杆的内端，所述夹具的夹持端用于夹持试件；
14.支撑支架，所述支撑支架位于所述环境室本体的下端，用于支撑所述环境室本体；
15.控制器，所述加热装置和所述蒸汽发生器均与所述控制器电连接。
16.优选的，所述试验孔和所述拉杆均为四个，四个所述试验孔均匀分布在所述环境室本体的侧壁上。
17.优选的，所述疲劳主机包括主机框架和副机框架，所述主机框架和所述副机框架均为长方形框架，所述副机框架位于所述主机框架的内圈；
18.所述伸缩装置包括有两个主液压缸和两个副液压缸，两个所述主液压缸的缸体部
分分别固定于所述主机框架的两侧，所述主液压缸的伸缩端固定有一所述拉杆的外端，两个所述副液压缸分别固定于所述副机框架的两侧，所述副液压缸的伸缩端固定有一所述拉杆的外端；
19.两个所述主液压缸的伸缩路径共线，两个所述副液压缸的伸缩路径共线，所述主液压缸和所述副液压缸的伸缩路径垂直。
20.优选的，所述试验孔的外侧固定于波纹管的内侧，一个所述拉杆贯穿一个所述波纹管，所述波纹管的外侧中心通孔固定于所述拉杆上，所述波纹管与所述拉杆的连接处保持密封。
21.优选的，所述夹具包括连接座和夹头体，所述连接座的第一端固定于所述拉杆的内端，所述连接座的第二端固定有所述夹头体的固定端，所述夹头体的夹持端有一夹持腔，所述夹持腔为c型结构，所述夹持腔内设有两个第一楔块和两个第二楔块，两个所述第一楔块分别位于两个所述第二楔块相互远离的一侧，两个所述第二楔块的相邻侧之间具有夹持间隙，所述夹持间隙用于夹持所述试件的一端。
22.优选的，所述第二楔块上贯穿有一个冷却水管，用于对所述第二楔块降温；
23.所述试件上固定有水冷板，所述水冷板上贯穿有水冷管。
24.优选的，所述夹持腔的侧壁上设有夹紧孔，所述夹紧孔的内壁上设有内螺纹，所述夹紧孔螺纹连接有一夹紧螺栓，所述夹紧螺栓用于和所述第一楔块相抵。
25.优选的，所述支撑支架包括支撑主体，所述支撑主体的上端设有若干条滑轨，所述支撑主体的下端固定有若干个支腿；
26.所述环境室本体的下端固定有若干个支座，每个所述支座的下端固定有一个滑块，所述滑块的下表面设有滑槽，所述滑槽能够用于在所述滑轨上滑动。
27.优选的，所述环境室本体包括环境室室体和环境室室盖，所述环境室室体设有一个环境室室口，所述环境室室盖能够拆卸连接于所述环境室室口处；
28.所述环境室室口处设有环形的密封槽，所述密封槽处能够拆卸连接有环境室密封圈。
29.优选的，所述加热装置为加热线圈；
30.所述蒸汽发生器的输出端连接于增压泵的输入端，所述增压泵的输出端连接于所述环境室本体的内部。
31.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
32.1、设有多个不同方向的夹具，能够对试件进行多方向的疲劳试验；
33.2、设有加热装置、蒸汽发生器和增压泵，实现在不同的环境下进行疲劳试验；
34.3、设有冷水水管和水冷板，能够降低试件和夹具的温度，避免由于温度过高而使得试件和夹具变形，从而导致试件脱落的问题。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明实施例高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置的结构示意图；
37.图2为本发明实施例高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置中环境室本体的外部结构示意图；
38.图3为本发明实施例高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置中环境室本体的内部结构示意图；
39.图4为本发明实施例高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置中十字交叉疲劳主机的结构示意图；
40.图5为本发明实施例高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置中试件的结构示意图；
41.图6为本发明实施例高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置中夹具的结构示意图；
42.图7为本发明实施例高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置中支撑支架的结构示意图；
43.图8为本发明实施例高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置中夹头体的结构示意图；
44.图中：1-环境室本体；101-环境室室盖；102-环境室室体；103-环境室密封圈；2-疲劳主机；201-主机框架；202副机框架；203-主液压缸；204-副液压缸；205-连接杆；3-支撑支架；301-滑轨；302-支撑主体；303-支腿；4-增压泵；5-加热装置；6-支座；7-滑块；8-波纹管；801-法兰盘；9-拉杆；10-夹具；1001-连接座；1002-夹头体；1003-连接销钉；1004-第一楔块；1005-第二楔块；1006-冷却水管；1007-水冷板；11-试件；100-高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置。
具体实施方式
45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.本发明的目的是提供一种高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，能够从不同方向对试件进行疲劳试验。
47.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
48.如图1-8所示，本实施例提供了一种高温高压水蒸汽环境下双轴疲劳试验装置100，包括：
49.环境室本体1，环境室本体1整体为圆筒状结构，环境室本体1的侧壁上设有若干个试验孔，至于试验孔的具体数量，本领域技术人员可以根据试验对象以及需要拉伸的轴数来进行适当的调整；
50.拉杆9，拉杆9为若干个，拉杆9数量与试验孔数量相同，每个拉杆9能够滑动连接于一个试验孔，且保持相对密封的状态；
51.加热装置5，加热装置5固定于环境室本体1内，加热装置5为环境室本体1内提供热
量，使其内部温度能够达到1000℃左右的高温状态；
52.蒸汽发生器，蒸汽发生器与环境室本体1的内部相连通，用于给环境室本体1提供足量的水蒸气；
53.疲劳主机2，疲劳主机2包括伸缩装置，伸缩装置用于带动拉杆9在试验孔内往复移动；
54.夹具10，夹具10为若干个，夹具10数量与拉杆9数量相同，夹具10的固定端固定于拉杆9的内端，夹具10的夹持端用于夹持试件11；
55.支撑支架3，支撑支架3位于环境室本体1的下端，用于支撑环境室本体1；
56.控制器，控制器可以为现有的控制面板或plc控制器等均可，加热装置5和蒸汽发生器均与控制器电连接，通过控制器可以控制各个装置的运行。
57.使用时，将环境室本体1放置在支撑支架3上，打开环境室本体1，将试件11放置到环境室本体1内，并且用夹具10对试件11进行夹持作用，然后关闭环境室本体1。开启蒸汽发生器和加热装置5，使环境室本体1内形成一个高温高压的水蒸气环境，此时启动疲劳主机2，疲劳主机2利用伸缩装置驱动各个拉杆9做往复直线运动，使得各个夹具10沿不同的方向拉伸试件11，从而实现多轴载荷的技术效果。疲劳试验结束后，关闭各个装置，在将试件11取出进行观察即可。
58.于本实施例中，如图5所示，本实施例所针对的试件11为十字型结构，应对其从四个方向进行拉伸作业，因此试验孔和拉杆9均为四个。设置位置如图3所示，四个试验孔均匀分布在环境室本体1的侧壁上，具体的，四个试验孔分别位于菱形的四角处。
59.于本实施例中，如图4所示，疲劳主机2包括主机框架201和副机框架202，主机框架201和副机框架202均为长方形框架，且主机框架201和副机框架202的中间均设有一个矩形通孔，主机框架201的截面面积大于副机框架202的截面面积，副机框架202位于主机框架201的内圈，且副机框架202与主机框架201相互垂直，具体的，为了实现主机框架201与副机框架202的相互固定，只需通过一个连接杆205同时贯穿主机框架201和副机框架202并且与之相互固定即可；
60.伸缩装置包括有两个主液压缸203和两个副液压缸204，两个主液压缸203的缸体部分分别固定于主机框架201的两侧，主液压缸203的伸缩端固定有一拉杆9的外端，两个副液压缸204分别固定于副机框架202的两侧，副液压缸204的伸缩端固定有一拉杆9的外端，整体来看，两个主液压缸203和两个副液压缸204分别对应连接四个拉杆9，每个主液压缸203和副液压缸204上均设有一个连杆，主液压缸203和副液压缸204通过连接固定于拉杆9的外端；
61.由于四个试验孔分别位于菱形的四角处，使得四个拉杆9沿菱形的对角线分布，为了配合拉杆9的分布方式：两个主液压缸203的伸缩路径共线，两个副液压缸204的伸缩路径共线，主液压缸203和副液压缸204的伸缩路径垂直。使用时，通过控制两个主液压缸203和两个副液压缸204开关，从而可以使得试件11沿四个方向拉伸。
62.于本实施例中，试验孔的外侧通过连接法兰固定于波纹管8的内侧，波纹管8具有伸缩性，波纹管8的数量与拉杆9的数量相同，一个拉杆9贯穿一个波纹管8，波纹管8的外侧中心通孔固定于拉杆9上，波纹管8的外侧与拉杆9的连接处保持密封，这是为了避免环境室本体1的内部水蒸气跑出。需要注意的是，波纹管8的内侧与拉杆9不固定，当疲劳主机2带动
各个拉杆9做往复运动时，波纹管8也会随之做收缩或舒张的运动，当有水蒸气从拉杆9与试验孔之间的间隙跑出时，波纹管8能够对其进行收集，防止其进一步的溢出，并且随着波纹管8的收缩作用，还能够将水蒸气挤压回环境室本体1内。
63.于本实施例中，如图6所示，夹具10包括连接座1001和夹头体1002，连接座1001的第一端通过焊接固定于拉杆9的内端，连接座1001的第二端通过连接销钉1003固定有夹头体1002的固定端，夹头体1002的夹持端有一夹持腔，夹持腔为c型结构，夹持腔内设有两个第一楔块1004和两个第二楔块1005，第一楔块1004和第二楔块1005均为直角梯形块，且第一楔块1004和第二楔块1005的斜面相抵，两个第一楔块1004分别位于两个第二楔块1005相互远离的一侧(即第一楔块1004位于第二楔块1005的外侧)，两个第二楔块1005的相邻侧之间具有夹持间隙，夹持间隙用于夹持试件11的一端，为了能够进一步的提高第二楔块1005与试件11之间的摩擦力，可以在第二楔块1005上设置摩擦花纹，用来提高第二楔块1005的表面粗糙度，从而提高其摩擦力，防止第二楔块1005与试件11发生打滑现象。使用时，按照图6所示，先将第一楔块1004和第二楔块1005摆放到夹持腔内，然后再将试件11塞进夹持间隙中即可完成固定。
64.于本实施例中，试件11、第一楔块1004和第二楔块1005均为金属材质，所以在高温情况下，容易发生变形，为了避免这种现象的产生，应对其设置冷却装置。
65.对于第二楔块1005来说，第二楔块1005上贯穿有一个冷却水管1006，冷却水管1006的进水口用于连接外界的冷水源，冷却水管1006的出水口用于连接外界的热水收集装置，冷却水管1006利用热传递的原理，对第二楔块1005进行降温；
66.对于试件11来说，试件11上固定有水冷板1007，具体的，如图6所示，在试件11一端的上下两侧分别通过绳子或钢丝(优选耐高温材质)捆绑一个水冷板1007，水冷板1007上贯穿有水冷管，水冷管的连接关系与冷却水管1006的连接关系相同，因此不多做赘述，使用时利用水冷管对水冷板1007进行降温，通过水冷板1007能够对试件11进行降温，并且还可以进一步的防止试件11处的高温传递到第二楔块1005处。
67.于本实施例中，夹持腔的侧壁上设有夹紧孔，夹紧孔的内壁上设有内螺纹，夹紧孔螺纹连接有一夹紧螺栓，夹紧螺栓用于和第一楔块1004相抵，可以仅在夹持腔的一侧设置夹紧孔，也可以在夹持腔的相对两侧分别设置一个夹紧孔。当夹具10夹持试件11之前，先拧松夹紧螺栓，放好第一楔块1004和第二楔块1005，将试件11放置于夹紧间隙中，然后拧紧夹紧螺栓，通过夹紧螺栓不断的挤压第一楔块1004，使得两个第二楔块1005之间的夹紧间隙不断缩小，从而达到牢牢夹紧试件11的技术效果。
68.于本实施例中，支撑支架3包括支撑主体302，支撑主体302为一矩形框架结构，支撑主体302的上端设有若干条滑轨301，具体的，如图7所示，有两条并排的滑轨301，支撑主体302的下端固定有若干个支腿303，具体为四个支腿303，四个支腿303分别位于支撑主体302下端的四角处；
69.环境室本体1的下端固定有若干个支座6，支座6的上端用于支撑拉杆9和波纹管8，本实施例中为四个，每个支座6的下端固定有一个滑块7，滑块7的下表面设有滑槽，滑槽能够用于在滑轨301上滑动。具体的，两个滑块7能够在一个滑轨301上前后滑动。使用时，当需要安装和拆卸试件11时，将环境室本体1从副机框架202中拉出，在疲劳主机2的外侧进行安装或拆卸；当安装或拆卸结束后，工作人员再将环境室本体1推回，然后将拉杆9通过连杆分
别与主液压缸203和副液压缸204连接好，即可继续进行试验。
70.于本实施例中，环境室本体1包括环境室室体102和环境室室盖101，环境室室体102的上端设有一个环境室室口，环境室室盖101能够拆卸连接于环境室室口处；
71.环境室室口处设有环形的密封槽，密封槽处能够拆卸连接有环境室密封圈103，利用环境室密封圈103能够有效的提高环境室本体1的密封效果，避免水蒸气溢出。
72.于本实施例中，加热装置5为加热线圈，本领域技术人员还可以将其替换为加热棒或其他小型的加热装置5均可，只要能为环境室本体1内提供热量，使其能够到达1000℃左右的高温环境即可，此外，还可以在加热装置5外侧设置一个保护罩，避免加热装置5与其他装置直接接触发生危险；
73.蒸汽发生器的输出端连接于增压泵4的输入端，增压泵4的输出端连接于环境室本体1的内部，利用增压泵4既能够输送水蒸气，又能够对环境室本体1加压，使其能够达到30mpa左右的高压环境。
74.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。