[發明專利]一種蠕變持久試驗機用樣品快速冷卻設備

在審

• 申請號: 201711150865.6
• 申請日: 2017-11-18
• 公開（公告）號: CN107831061A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 王美玲;孫冬柏;陸永浩
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N1/42
• 分類號: G01N1/42
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于長時連續蠕變持久性能測試和組織結構分析技術領域，具體涉及一種蠕變持久試驗機用樣品快速冷卻設備.

背景技術

實際運行過程中，火電機組關鍵部件比如：高溫鍋爐管、高溫聯箱、高溫管道等都處于高溫高壓環境下，蠕變損傷是其主要的失效形式。開展材料的蠕變損傷機理、損傷規律等研究是材料研發，構件設計、壽命預測和可靠性評估必須參考的材料基本高溫信息之一。

材料的蠕變損傷一方面為部件因蠕變造成的不可逆的永久塑性變形，另一方面則是部件用材料因微觀組織老化引起的性能劣化。除應力和溫度條件外，材料的蠕變損傷也與時間有關，是一個長時累積的破壞過程，工程界定義某一溫度下材料10萬小時蠕變斷裂時所對應的應力，為材料該溫度下的蠕變斷裂強度或持久強度極限，并規定其為高溫結構材料設計的依據。

早在20世紀30年代，材料一定溫度下的蠕變斷裂試驗不可能連續進行10萬小時，其持久強度極限很難通過試驗實測獲得，因此，研究人員陸續提出了各種高溫結構材料持久強度外推方法。隨著科學技術的不斷發展，大量10萬甚至20萬小時蠕變斷裂數據的出現，科研尤其是工程技術人員對外推方法進行了不斷的檢驗、分析總結和優化，形成了現有基于持久強度的“等溫外推模型”、“時間-溫度參數模型”、“Robinson壽命消耗法”，基于蠕變變形的“θ預測法”、“蠕變曲線外推模型”和基于斷裂力學的“蠕變損傷開裂和裂紋擴展模型”等構成的材料長時蠕變壽命外推方法體系。

材料長時蠕變壽命外推方法中，基于持久強度和蠕變變形的壽命外推模型需要大量的蠕變性能數據支撐。此外，火電機組用材料服役后的組織結構老化現象非常嚴重，而且不同部件不同材料的老化狀況千差萬別，會造成材料蠕變壽命外推方法的不確定性。因此，進行材料長時蠕變性能測試的同時，詳細分析材料蠕變損傷機理及蠕變過程中的組織結構老化規律，并據此修正蠕變壽命外推模型也是非常重要的工作。

目前，材料蠕變持久過程中的組織結構分析大多是試驗結束后樣品隨爐冷卻再采用離線分析手段進行的，獲得的組織結構特征與材料高溫蠕變實時運行過程中信息存在一定差異。因此，在現有蠕變持久試驗設備中設計測試樣品快速冷卻系統，形成新型材料長時蠕變損傷測試設備，獲取并積累火電機組用關鍵材料精確的長時蠕變組織結構數據，揭示火電機組用材料長時運行過程中的蠕變損傷機理、和組織結構老化規律，為火電機組關鍵高溫部件/材料高可靠性的蠕變壽命評估外推方法及其工程化應用提供基礎技術支撐，對我國火電機組用材料的國產化研發，機組高溫構件的設計及電站的安全運行有著重要的經濟和社會意義。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種蠕變持久試驗機用樣品快速冷卻設備，所述快速冷卻設備采用液氮冷卻環境箱托架和軌道移動定位設計，通過在蠕變持久試驗進行到規定時間時，將液氮冷卻環境箱移動至蠕變持久試驗機高溫加熱爐位置并與其開口對接，準確定位后，迅速完成高溫加熱爐與液氮冷卻環境箱之間的切換，實現高溫蠕變持久測試樣品的快速冷卻；

進一步地，所述快速冷卻設備包括高溫加熱爐支架和試驗主機，所述高溫加熱爐支架采用四立柱結構，立柱下端與試驗主機連接，立柱上端配置兩條支架直線滑軌；高溫加熱爐底座下底面設計有配合支架直線滑軌的滑輪，并置于支架直線滑軌之上，可實現高溫加熱爐底座在支架直線滑軌上自由移動；蠕變持久試驗機用高溫加熱爐置于高溫加熱爐底座之上；

進一步地，所述快速冷卻設備還包括移動小車和液氮冷卻環境箱，所述移動小車包括環境箱底座、腳輪、液氮罐移動箱和移動小車直線滑軌，所述環境箱底座下端設計有配合移動小車直線滑軌的滑輪，并置于直線滑軌上，可用于實現環境箱底座在移動小車直線滑軌上的自由移動；

進一步地，所述液氮冷卻環境箱置于移動小車的環境箱底座之上；液氮冷卻環境箱上端設計有液氮氣體入口，液氮氣體入口通過卡套接頭與輸送液氮氣體的精密無縫鋼管上端連接；精密無縫鋼管下端與液氮罐連接，并在液氮罐的出氣端設計減壓閥和球閥開關；液氮罐放置于移動小車液氮罐移動箱內；

進一步地，所述液氮冷卻環境箱，液氮氣體入口，精密無縫鋼管，減壓閥，球閥開關，液氮罐構成環境箱液氮冷卻系統；

進一步地，通過所述快速冷卻設備進行快速冷卻包括以下步驟：

1）：蠕變持久試驗進行到規定時間時，移動小車將液氮冷卻環境箱、液氮罐等移動到試驗機處，利用定位裝置將移動小車直線滑軌與高溫加熱爐支架直線滑軌對接定位并鎖緊；