[實用新型]一種對內部通有超臨界水的管子試樣進行加載的實驗系統

有效

• 申請號: 201721312652.4
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN207231919U
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 陸永浩;劉廷光;丁賢飛;陳工;莊子哲雄;孫冬柏
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

技術領域

本實用新型屬于模擬超臨界水冷堆和超(超)臨界火電站中冷卻劑環境的試驗裝置領域，涉及一種可以對內通有超臨界水的管子試樣進行加載的試驗裝置，該裝置適用于對內部通有流動的超臨界水、同時承受復雜載荷耦合作用下的管子試樣開展腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞和流動促進腐蝕等方面的測試與研究。

背景技術

電力是支撐國民經濟發展的重要基礎，火電和核電是兩種重要的能源供應形式，目前電力行業正面臨能源危機和環境污染帶來的挑戰，需要開發更加高效、清潔的火電站和核反應堆，超(超)臨界火電站和超臨界水冷堆成為主要選擇或發展方向。超(超)臨界火電站和超臨界水冷堆中的冷卻劑為超(超)臨界水汽，溫度達到374℃～650℃，溫度達到22MPa～35MPa，在這種環境中服役的材料承受極端環境力化耦作用導致的腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、蠕變等損傷形式，尤其是管道構件，是危及超(超)臨界火電/核電運行安全與經濟性的重要問題之一。因此，需要一種試驗裝置用來研究管子構件在超(超)臨界水和應力耦合作用下的服役失效問題。

目前針對材料在高溫高壓水汽環境中的服役性能研究，都是使用標準試樣(圓棒試樣、片狀試樣、緊湊拉伸試樣等)在高壓釜或蠕變機上進行，這種方法不能充分模擬管子試樣的服役工況，首先，忽略了管子的形狀效應；其次，忽略了管子的服役環境(管子內外不同介質環境)，因此，無法對管子構件的服役性能做出準確的測試與評價。迄今為止，國內外還沒有一臺能夠完全模擬核電站/火電站中管子構件服役工況的研究設備。因此，本實用新型專利以超(超)臨界火電站和超臨界水冷堆為背景，設計了一臺能夠模擬管子服役工況的試驗設備，利用該設備可以完全模擬電力工業中內部通有超(超)臨界水的管道服役工況，開展管道在這種服役工況下的失效行為/機理研究，可以提高我國在該領域的科研水平，為我國電力工業的安全運行和經濟效益提供技術支持。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種對內部通有流動的超(超)臨界水汽的管子試樣進行加載的實驗系統。

一種對內部通有超臨界水的管子試樣進行加載的實驗系統，其特征在于，實驗系統包括管子回路、管子試樣夾持系統、管子試樣加載系統，其中，管子回路用來為管子試樣內部即試驗管內部通入流動的高溫高壓水汽環境，并通過螺旋管結構設計降低管子回路在加載過程的管子試樣上引起的附加力；管子試樣夾持系統是在試樣夾頭處設置進出水接口，高溫高壓水通過管子回路進入夾頭入水口，進入管子試樣內側，從夾頭出水口流出，在管子試樣內側形成流動高溫高壓水，并且管子試樣外設計有高溫高壓水汽泄露保護套和導管，以防管子試樣破裂后高溫高壓蒸汽直接噴出；管子試樣加載系統通過夾持系統對管子試樣施加復雜載荷，管子試樣與夾頭連接，外置加載系統能夠對管子試樣進行靜、動態模式的加載。

進一步的，所述管子回路能夠為在管子試樣加載過程中，減少或避免由于位移對管子試樣產生的干擾力。

進一步的，所述加載系統對管子試樣進行恒載、慢拉伸和低頻疲勞模式的加載，包括正弦波、三角波、梯形波、隨機波和組合波，用于對處于相應流動超臨界水汽環境中的管道試驗件進行老化、腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕蠕變以及其耦合行為和機理實驗。

進一步的，所述管子試樣夾持系統用于把管子試樣連接到加載系統和管子回路；通過該夾持系統，管子試樣內部通入流動的高溫高壓水汽環境；加載系統對管子試樣施加進行恒載、慢拉伸和低頻疲勞模式的加載；該夾持系統能夠減小管子回路對管子試樣引起的干擾力。

進一步的，通過高溫高壓水汽泄露保護套和導管，管子試樣破裂后泄露出的高溫高壓蒸汽能排至安全位置。

該裝置的主要用途是：以超(超)臨界火電站和超臨界水冷堆中管道構件的服役失效為背景，該裝置能夠完全模擬該環境中管道構件的服役工況，對管子試樣內部通入流動的超(超)臨界水汽并施加復雜載荷，開展超(超)臨界火電站/反應堆中管道構件的腐蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、蠕變持久等失效問題的科學研究。

附圖說明

圖1為內部通有超(超)臨界水的管子試樣的加載系統的示意圖。

1：連接加載裝置；

2：下夾頭；

3：下保護套

4：管子試樣(試驗管)

5：上保護套

6：上夾頭

7：進水口

8：出水口

9：夾頭進水口連接頭

10：夾頭出水口連接頭

11：螺旋管

12：管子回路系統(帶保溫套)

13：支撐架