[發明專利]一種帶高溫高壓循環水的微動疲勞試驗裝置及其應用

在審

• 申請號: 201710282107.3
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN106990004A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 譚季波;廖家鵬;錢浩;唐力晨;李晨;謝永誠;劉暢;王翔;吳欣強
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所;上海核工程研究設計院
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙)21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明屬于材料性能測試試驗技術領域，準確地說，涉及到一種帶高溫高壓循環水的微動疲勞試驗裝置及其應用。

背景技術

微動疲勞是壓水堆(PWR)核電站部分關鍵構件發生服役損傷失效的主要原因之一，常發生于連接PWR核電站一、二回路的壓力邊界—蒸汽發生器(SG)傳熱管。SG傳熱管為薄壁結構，剛度較低，且傳熱管與支承板、抗振條間存在微小的間隙，電站運行時在流致振動激勵下傳熱管與支承板、抗振條間會發生高頻低幅相對滑動；同時，由于停堆/啟堆、流致振動、熱分層等，SG傳熱管將遭受腐蝕疲勞損傷，上述兩種因素的共同作用將導致SG傳熱管遭受微動疲勞損傷，可能造成傳熱管破裂，危及反應堆安全。

目前，在高溫高壓循環水腐蝕疲勞試驗技術領域，發明專利《一種帶高溫高壓循環水的腐蝕疲勞試驗裝置，公開號：CN102346114A》只能實現高溫高壓循環水環境中圓棒狀試樣的常規拉壓應變疲勞試驗，不能滿足高溫高壓循環水中微動疲勞損傷模擬試驗的要求。由于高溫高壓循環水環境中原位對疲勞試樣施加正壓力且精確控制試樣與磨頭之間正壓力非常困難，相關試驗技術缺乏，國內外還沒有高溫高壓循環水環境中材料微動疲勞性能的試驗研究報道。因此，開發一種高溫高壓循環水環境中微動疲勞試驗裝置，應用于核電結構材料(如：SG傳熱管材料)的微動疲勞性能研究，對我國核電結構材料國產化以及核電站安全運行意義重大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能在高溫高壓循環水環境下測試材料微動疲勞試驗裝置及其應用，應用于核電結構材料高溫高壓循環水環境中微動疲勞性能研究，積累核電結構材料基礎數據，為核電站關鍵設備疲勞設計、安全評估、壽命預測和老化管理奠定理論和技術基礎。

本發明的技術方案是：

一種帶高溫高壓循環水的微動疲勞試驗裝置，該裝置包括高溫高壓循環水系統、高壓釜、疲勞機、法向正壓力施加系統和控制系統，高溫高壓循環水系統為高壓釜內提供試驗所需的高溫高壓循環水，疲勞機對高壓釜內的微動疲勞試樣進行疲勞加載，施加交變載荷，法向正壓力施加系統對高壓釜內疲勞試樣標距段表面，通過磨損壓頭精確施加微動疲勞所需的正壓力，控制系統控制整個高溫高壓循環水系統和疲勞機，從而實現高溫高壓循環水中的微動疲勞試驗。

所述的帶高溫高壓循環水的微動疲勞試驗裝置，高溫高壓循環水系統設有儲水罐、循環泵、高壓泵、熱交換器、預熱器、冷凝器、背壓閥、溶解氧探頭，儲水罐的水出口經過循環泵后分為兩個回路：一回路用于水質監測，經溶解氧探頭、離子交換樹脂直接連回儲水罐；二回路經過高壓泵、熱交換器、預熱器后，連至高壓釜，高壓釜通過管路連回熱交換器，經過冷凝器、背壓閥、離子交換樹脂，連至儲水罐，形成回路。

所述的帶高溫高壓循環水的微動疲勞試驗裝置，在疲勞機的兩個立柱之間安裝托臺，高壓釜倒置在疲勞機托臺上，釜體在上，釜蓋在下，高壓釜的上端懸掛在疲勞機橫梁上，高壓釜的釜蓋在高壓釜的下端，釜蓋的底部連接水冷裝置，高壓釜內設微動疲勞試樣夾具及正壓力施加系統；釜蓋上設置進水口與出水口，所述出水口上密封連接不銹鋼管，不銹鋼管伸入高壓釜的釜體底部。

所述的帶高溫高壓循環水的微動疲勞試驗裝置，高壓釜內有試樣臺，試樣臺通過四個立柱固定于釜蓋上，所述的試樣臺上設有微動疲勞試樣夾具，微動疲勞試樣通過所述微動疲勞試樣夾具的試樣夾具底座和歐姆夾與試樣臺相連，試樣夾具底座和歐姆夾對中并固定于試樣臺的上下面。

所述的帶高溫高壓循環水的微動疲勞試驗裝置，水冷裝置內穿設拉伸軸，拉伸軸的一端連接微動疲勞試樣夾具上的微動疲勞試樣，拉伸軸的另一端連接疲勞機的傳動裝置。

所述的帶高溫高壓循環水的微動疲勞試驗裝置，施加微動疲勞試樣的兩端分別安裝于試樣夾具底座，法向正壓力施加系統固定于上歐姆夾上，磨損壓頭與施加微動疲勞試樣垂直，磨損壓頭的兩端設置于法向正壓力施加系統的磨損壓頭固定裝置上，磨損壓頭的兩端與法向正壓力施加系統的法向正壓力施加單元相對應，通過法向正壓力施加單元施加微動疲勞試樣的標距段表面與磨損壓頭之間的正壓力，通過對法向正壓力施加單元的調節，實現不同正壓力的精確施加。

所述的帶高溫高壓循環水的微動疲勞試驗裝置，控制系統的控制柜連接循環泵、高壓泵、預熱器、高壓釜，在控制柜上控制循環泵、高壓泵，并對預熱器、高壓釜進行控溫，顯示高壓釜內的溫度和壓力，自動控制整個高溫高壓循環水回路。