CN104914042A - 高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验试验机，其中通过设置夹具来夹持试验用的两工件，并将其置于高压釜中，通过高温高压水循环***使得高压釜中处于高温高压水或蒸汽环境，并通过加载装置对高压釜内的试验工件施加激振作用，从而可以进行高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验。该试验机可以模拟核电站一、二回路温度、压力及水化学条件下进行微小位移幅值、较高振动频率微动摩擦磨损测试；该试验机可进行滑移磨损试验或冲击磨损试验，测量可以得到摩擦副之间的摩擦系数和磨损系数；试验机各部件的合理布局，保证了该试验机的载荷和位移加载有效、可靠；载荷的控制和测量精度高，可定量地获得摩擦副之间的摩擦力。

Description

高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机

技术领域

本发明涉及一种高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机。

背景技术

工程实际中经常出现振动引起的部件磨损失效问题，尤其是核电站***中某些结构件在流致振动作用下与其相邻的结构件发生碰撞，进而产生微小位移幅值的摩擦磨损问题。其中，摩擦副之间的相对运动模式可以是滑移和冲击，摩擦副之间的接触方式可以是点、线、面接触，测量需要得到摩擦副之间的摩擦系数与磨损系数。目前实验研究较为困难，摩擦系数、磨损系数难以测量，这主要是由于高温高压水或蒸汽环境下微动磨损试验的试验机和高压釜内磨损试验用夹具设计均存在技术难题，现有的试验机均不能适用于模拟核电站一、二回路温度、压力、水化学条件进行微小位移幅值、较高振动频率微动摩擦磨损的测试。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的技术难题，提供一种可模拟高温高压水或蒸汽环境微动磨损的试验机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，用于高温高压水或蒸汽环境下第一工件与第二工件之间的微动磨损试验，所述试验机包括：

机架；

高压釜，包括釜体与釜盖，所述釜体与所述釜盖能够相配合而形成一密闭的环境腔室，所述釜体与釜盖中的至少一个部件可升降地设于所述机架上；

夹具，所述夹具设于所述环境腔室中，所述夹具至少包括用于与所述釜盖相固定连接的夹具支架、用于夹持所述第一工件的第一夹持组件、用于夹持所述第二工件的第二夹持组件，所述第一工件与所述第二工件沿水平方向相接触，所述第一夹持组件至少包括一可上下运动的上夹具体，所述第一工件固定地安装在所述上夹具体上，所述夹具还包括用于提供所述第一工件与所述第二工件沿水平左右方向压紧力的压紧组件；

加载装置，包括可相对所述釜盖上下升降地设于所述机架上并位于所述高压釜上方的作动器、固设于所述作动器上端的位移传感器、固设于所述作动器下端的载荷传感器、上端连接于所述载荷传感器的连接轴、下端穿过所述釜盖并与所述上夹具体相固定连接的平衡轴，所述平衡轴的上端与所述连接轴的下端相固定连接；

所述试验机还包括用于提供所述高压釜的所述环境腔室以高温高压水或蒸汽环境的高温高压水循环***、用于监控与记录所述加载装置的加载状态及所述高温高压水循环***的环境控制状态的监控记录***。

优选地，所述釜体包括具有内腔的金属本体、固定地设于所述金属本体上端用于与所述釜盖相连接的釜体法兰、包裹在所述金属本体与所述釜体法兰外侧周部的加热套。

进一步地，所述金属本体上端内侧周部具有向下凹陷的凹台，所述釜盖的下端具有向下凸出且能够与所述凹台相配合的凸台，所述高压釜还包括设于所述釜体与所述釜盖之间的密封圈，当所述釜盖与所述釜体相配合时，所述凸台与所述凹台相配合，且所述密封圈固定地压设在所述凸台与所述凹台之间。

优选地，所述作动器为电磁激振作动器，所述位移传感器、所述载荷传感器在所述作动器的上下两端均位于所述作动器的中心位置处，所述连接轴的上端通过万向节与所述载荷传感器相固定连接。

优选地，所述机架包括用于安装所述高压釜的下机架体、用于安装所述加载装置的上机架体，

所述下机架体包括相对地面固定设置的下支承板、用于固定安装所述釜盖的中支承板、用于与所述上机架体相连接的上支承板、固定地设于所述下支承板与所述中支承板之间且沿竖直方向延伸的多根支撑立柱、固定地设于所述上支承板与所述中支承板之间且沿竖直方向延伸的多根支承立柱与调节立柱，所述釜体可升降地设于其中一根所述支撑立柱上；

所述上机架体包括固定设于所述上支承板上的下横梁、下端固定在所述下横梁两端的两根导向立柱、固定地设于两根所述导向立柱顶端的上横梁、上下升降地设于两根所述导向立柱之间的中横梁，所述作动器固定地安装在所述中横梁上，所述导向立柱与所述中横梁之间还设有用于将两者锁定的锁定机构。

优选地，所述平衡轴为能够实现在所述高压釜内外拉伸力自平衡的压力自平衡拉伸轴，所述压力自平衡拉伸轴与所述釜盖动密封连接设置。

优选地，所述第一夹持组件至少还包括一能够沿左右方向运动地设于所述夹具支架上的第一挡块，所述第二夹持组件至少包括一能够沿左右方向运动地设于所述夹具支架上的第二挡块，所述第二工件固定地设于所述第二挡块的一侧并与所述第一工件相接触，所述第一挡块与所述第一工件分别位于所述上夹具体的相异两侧，所述第一挡块沿水平方向抵挡在所述上夹具体上，所述压紧组件设于所述第一挡块与所述第二挡块之间。

进一步地，所述压紧组件包括可绕自身轴心线旋转地设于所述第一挡块上的调节螺杆、与所述调节螺杆相螺纹连接且可相对所述调节螺杆左右运动地设于所述调节螺杆上的调节螺套、与所述调节螺套相固定连接的弹簧挡板、沿左右方向延伸且可沿左右方向运动地设于所述第二挡块上的支撑螺杆，所述支撑螺杆的端部可沿水平方向抵挡在所述弹簧挡板上或者所述调节螺套上，所述压紧组件还包括沿左右方向延伸且一端固定地设于所述第二挡块上的弹簧杆，所述弹簧杆的另一端上设有限位件，所述限位件与所述弹簧挡板之间还设有用于提供沿所述弹簧杆轴向压紧力的弹性元件。

更进一步地，所述弹簧挡板上开设有可供所述弹簧杆沿轴向穿过的导向通孔，所述限位件设于所述弹簧杆沿轴向穿出所述导向通孔的所述另一端上，所述弹性元件为套设在所述弹簧杆上的弹簧，所述弹簧的两端分别抵挡在所述限位件与所述弹簧挡板上，所述夹具支架上固定地设有限位块，所述限位块在所述夹具支架上与所述第二挡块位于所述弹簧杆的相异端，所述限位块上开设有限位通孔，所述弹簧杆沿轴向穿过所述限位通孔，所述限位件位于所述限位通孔外。

进一步地，所述夹具还包括固定地设于所述夹具支架上的下夹具体，所述下夹具体的左右两端分别固定地设有用于提供所述第一挡块沿左右方向运动时导向与限位的第一限位组件、用于提供所述第二挡块沿左右方向运动时导向与限位的第二限位组件，

所述第一限位组件包括沿竖直方向延伸的两个第一高度块、沿前后方向延伸并固定在两所述第一高度块的上端的第一固定压板，两所述第一高度块分别位于所述第一挡块的前后两侧，所述下夹具体与所述第一固定压板及两个所述第一高度块之间形成第一导向通道，所述第一挡块上具有第一挡部，所述第一挡部可左右运动地穿设在所述第一导向通道中；

所述第二限位组件包括沿竖直方向延伸的两个第二高度块、沿前后方向延伸并固定在两所述第二高度块上端的第二固定压板，两个所述第二高度块分别位于所述第二挡块的前后两侧，所述下夹具体与所述第二固定压板及两个所述第二高度块之间形成第二导向通道，所述第二挡块上具有第二挡部，所述第二挡部可左右运动地穿设在所述第二导向通道中。

进一步地，所述第一工件为板材，所述第二工件为管材，所述板材与所述管材之间形成点、线或面接触，且所述板材与所述管材之间接触的位置位于所述连接轴及所述平衡轴的中心轴线上。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验试验机，其中通过设置夹具来夹持试验用的两工件，并将其置于高压釜中，通过高温高压水循环***使得高压釜中处于高温高压水或蒸汽环境，并通过加载装置对高压釜内的试验工件施加激振作用，从而可以进行高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验。该试验机可以模拟核电站一、二回路温度、压力及水化学条件下进行微小位移幅值、较高振动频率微动摩擦磨损测试；该试验机可进行滑移磨损试验或冲击磨损试验，摩擦副之间的接触方式可以是点、线、面接触，测量可以得到摩擦副之间的摩擦系数和磨损系数；试验机各部件的合理布局，保证了该试验机的载荷和位移加载有效、可靠；载荷的控制和测量精度高，可定量地获得摩擦副之间的摩擦力。

附图说明

附图1为本发明的试验机的主视图；

附图2为本发明的试验机的立体图；

附图3为本发明的试验机的框架图；

附图4为本发明的试验机上高压釜的主视图；

附图5为沿附图4中A-A向剖视结构示意图；

附图6为夹具与高压釜釜盖相连接的立体示意图；

附图7为夹具上第一工件与第二工件被夹持后相接触时受力状况示意图；

附图8为试验机上夹具的立体结构示意图一；

附图9为夹具的主视透视结构示意图；

附图10为夹具的立体结构示意图二；

附图11为夹具的立体结构示意图三；

附图12为夹具中上夹具体的结构示意图；

附图13为夹具上第一挡块的结构示意图；

附图14为夹具上第二挡块的结构示意图；

其中：

1、上机架体；11、上横梁；12、导向立柱；13、中横梁；14、下横梁；15、锁定把手；16、支承座；17、楔形垫；

2、下支架体；21、下支承板；22、支撑立柱；23、中支承板；24、支承立柱；25、调节立柱；26、上支承板；27、升降驱动机构；

3、高压釜；31、釜体；311、金属本体；312、釜体法兰；313、加热套；32、釜盖；33、密封圈；

4、夹具；41、夹具支架；411、底板；412、立柱；

42、第一夹持组件；421、第一挡块；421a、第一挡部；421b、缺口部；422、上夹具体；422a、凹槽；423、滚动件；

43、第二夹持组件；431、第二挡块；431a、第二挡部；431b、431c、圆弧面；432、位置调节块；433、压板；

44、第一限位组件；441、第一高度块；442、第一固定压板；445、下夹具体；

45、第二限位组件；451、第二高度块；452、第二固定压板；

46、压紧组件；461、调节螺杆；462、调节螺套；463、弹簧挡板；464、第一调节元件；465、支撑螺杆；466、第二调节元件；467、弹簧杆；468、弹性元件；469、限位件；4610、限位块；

5、加载装置；51、作动器；52、位移传感器；53、载荷传感器；54、万向节；55、连接轴；56、平衡轴；

6、第一工件（板材）；7、第二工件（管材）。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1、图2所示的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，用于在高温高压水或蒸汽环境中两个工件之间的微动磨损试验，这两个工件分别为第一工件6与第二工件7，第一工件6与第二工件7之间形成摩擦副，该摩擦副的几何形状和尺寸可根据实际试验需要进行调整，摩擦副之间可为点、线或面接触，通过该滑移磨损试验可测量摩擦副在高温高压水或蒸汽环境中的摩擦系数和磨损系数。在核电站***中发生流致振动磨损的部件多为管材，与其发生摩擦磨损的另一部件形状是多样的。在本实施例中，试验为滑移磨损试验，第一工件6为板材，第二工件7为管材，其中，板材可为平板或单侧带有曲面的板，第一工件6与第二工件7相接触如图7所示。

该试验机包括：

机架；

高压釜3，包括釜体31与釜盖32，釜体31与釜盖32能够相互配合而形成一密闭的环境腔室，该环境腔室用于容纳高温高压水或蒸汽，釜体31与釜盖32这两个部件中至少有一个部件可升降地设于机架上，从而使得釜盖32能从釜体31上打开；

夹具4，该夹具4设于高压釜3的环境腔室中，该夹具4至少包括用于与釜盖32相固定连接的夹具支架41、用于夹持第一工件6的第一夹持组件42、用于夹持第二工件7的第二夹持组件43，第一工件6与第二工件7沿水平方向相接触，第一夹持组件42至少包括一可上下运动的上夹具体422，第一工件6固定地安装在上夹具体422上，该夹具4还包括用于提供第一工件6与第二工件7沿水平左右方向压紧力的压紧组件46；

加载装置5，该加载装置5包括可相对釜盖32上下升降地设于机架上并位于高压釜3上方的作动器51、固设于作动器51上端的位移传感器52、固设于作动器51下端的载荷传感器53、上端连接于载荷传感器52的连接轴55、下端穿过釜盖32并与上夹具体422相固定连接的平衡轴56，平衡轴56的上端与连接轴55的下端相固定连接。在本实施例中，作动器51采用电磁激振作动器，位移传感器52与载荷传感器53在作动器51的上下两端均位于作动器51的中心位置处，以分别用于测量与控制振幅与载荷。连接轴55的上端通过万向节54与载荷传感器53相连接，这样有利于保护电磁激振作动器免受额外侧向力的损伤。

该试验机还包括用于提供高压釜3的环境腔室以高温高压水或蒸汽环境的高温高压水循环***，以及用于监控与记录加载装置5的加载状态及高温高压水循环***的环境控制状态的监控记录***。该试验机的总体原理框架图如图3所示。

结合具体的实施例，该试验机上各部分结构具体如下：

参见图1、图2所示，机架包括用于安装高压釜3的下机架体2、用于安装加载装置5的上机架体1。

下机架体2包括相对地面固定设置的下支承板21、用于固定安装釜盖32的中支承板23、用于与上机架体1相连接的上支承板26、固定地设于下支承板21与中支承板23之间且沿竖直方向延伸的多根支撑立柱22、固定地设于上支承板26与中支承板23之间且沿竖直方向沿的多根支承立柱24与调节立柱25，釜体31可升降地设于其中一根支撑立柱22上，支撑立柱22与釜体31之间设有用于驱使釜体31沿支撑立柱22上下升降的升降驱动机构27。上支承板26与中支承板23之间留有一定的高度，从而为平衡轴56及高压釜3的开釜操作留有空间。多根调节立柱25位于多根支承立柱24的内侧，该多根调节立柱25主要用于支承和调整上支承板26的水平，外侧的多根支承立柱24则起到辅助的支承作用。下支承板21通过螺栓固定地设于地面上，其与地面之间设有橡胶垫，以起到隔振的作用。

上机架体1包括固定设于上支承板26上的下横梁14、下端固定在下横梁14两端的两根导向立柱13、固定地设于两根导向立柱13顶端的上横梁11、上下升降地设于两根导向立柱13之间的中横梁13，中横梁13在高度方向上位于下横梁14与上横梁11之间。作动器51固定地安装在中横梁13上，导向立柱13与中横梁13之间还设有用于将两者锁定的锁定机构，此处该锁定机构为锁定把手15，在作动器51上下的高度位置调整完毕后，通过锁定把手15将中横梁13锁定而使得作动器51位置固定。

上述设置中，高压釜3位于下机架体2各部件围设的框架内部，作动器51及连接轴55、平衡轴65位于上机架体1各部件围设的框架内部。这样可以保证试验样品在电磁激振作动器的作用下的加载是在高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机整体框架内的，可以保证试验机整体结构合理，载荷和位移的记载有效、可靠。

参见图4、图5所示，釜体31包括具有内腔的金属本体311、固定地设于金属本体311上端用于与釜盖32相连接的釜体法兰312、包裹在金属本体311与釜体法兰312外侧周部的加热套313。金属本体311、釜体法兰312及加热套313在外观上做成一个整体。升降驱动机构27与加热套313相连接，通过升降加热套313控制高压釜3的升降。金属本体311上端的内侧周部具有向下凹陷的凹台，釜盖32的下端具有向下凸出且能够与上述凹台相配合的凸台，高压釜3还包括设于釜体31与釜盖32之间的密封圈33，当釜盖32与釜体31相配合时，釜盖32上的凸台与釜体31上的凹台相配合，密封圈33固定地压设在凸台与凹台之间而使得釜盖32与釜体31之间形成密闭的环境腔室。此处，密封圈33可采用不锈钢齿形密封垫，可有效密封。

参见图6所示，夹具4通过夹具支架41固定地设于釜盖32上。夹具支架41包括底板411、下端固定在底板411上且轴心线沿上下方向延伸的至少三根立柱412，此处立柱412有四根，该四根立柱412分别设于底板411的四个角上，所有立柱412的上端均固定地连接在高压釜3的釜盖32上，从而将夹具4固定至釜盖32上并可置入高压釜3的环境腔室中。

本实施例中，该夹具4的具体结构参见图8至图14所示，在本实施例中，第一夹持组件42用于夹持板材6，第二夹持组件43用于夹持管材7，第一夹持组件42设于夹具支架41的左侧，第二夹持组件43设于夹具支架41的右侧，经第一夹持组件42与第二夹持组件43的夹持，板材6与管材7在水平方向上相互接触地设置以形成摩擦副。

参见图8至图14所示，第一夹持组件42至少还包括一能够沿左右方向运动地设于夹具支架41上的第一挡块421，该第一挡块421与第一工件6分别位于上夹具体422的相异两侧，第一挡块421沿水平方向抵挡在上夹具体422上。该上夹具体422的结构如图12所示，板材6固定地设于上夹具体422的下端右侧，第一挡板421位于上夹具体422的左侧，该第一挡块421的右端上通过转轴转动地设有滚动件423，其中上述转轴的轴心线沿前后方向延伸，滚动件423滚动地抵触在上夹具体422的左侧端面上以形成对上夹具体422的抵触并施加上夹具体422以水平左右方向上的力。参见图13所示，第一挡块421的右端具有一缺口421b，滚动件423转动地设于第一挡块421的右端且部分位于缺口421b中；上夹具体422的左侧端面上具有一凹槽422a，滚动件423即滚动地抵挡在该凹槽422a的槽壁上，凹槽422a形成对滚动件423相对上夹具体422上下滚动时的导向。此处，该滚动件423采用轴承。

参见图8至图14所示，第二夹持组件43至少还包括一能够沿左右方向运动地设于夹具支架41上的第二挡块432，管材7夹持在该第二挡块432的左侧，该第二夹持组件43还包括设于第二挡块432上的位置调节块432、沿轴向穿设在管材7管腔中的压板433，该位置调节块432、压板433与管材7的轴向延伸方向相一致，压板433穿出管材7管腔的两端分别固定连接在第二挡块431上，压板433与管材7的管腔之间相接触的面为与管材7管腔轮廓相一致的圆弧面，管材7与位置调节块432相接触的面为与管材7的外侧轮廓相一致的圆弧面，位置调节块432与第二挡块431相接触的面也为相配合呈面接触的圆弧面，这样便可稳定地将管材7固定至第二挡块431上。参见图14所示，第二挡块431的左侧端面上具有沿竖直方向延伸的圆弧面431b与沿水平方向延伸的圆弧面431c，从而可分别地供位置调节块432及管材7的竖直方向安装与水平方向的安装，以根据试验需要调整管材7的放置方式。当然，当管材7的外侧轮廓与第二挡块431上的圆弧面相配合时，也可不使用位置调节块432，而直接地通过压板433将管材7固定至第二挡板431上。该第二夹持组件43中，圆弧面431b与431c、位置调节块432上用于与管材7相接触的圆弧面均应做增大粗糙度处理，以增强管材7安装时其外侧轮廓与位置调节块432之间或者与第二挡块431圆弧面之间的静摩擦力，避免管材7由于受到摩擦力而引起的滚动，保证管材7受到稳定的夹持。

第一夹持组件42与第二夹持组件43分别对板材6与管材7进行夹持，安装时应使得板材6与管材6之间的接触点、线或面位于试验机的中心轴线上，亦即位于连接轴55与平衡轴56的中心轴线上。

参见图8至图11所示，该夹具4还包括固定地设于夹具支架41上的下夹具体445，该下夹具体445固定地设于底板411上，其中心位置处还设有定心柱，该定心柱自上而下依次穿过下夹具体445与底板411形成过盈配合，从而限定下夹具体445的中心位置。

下夹具体445的左右两端分别固定地设有用于提供第一挡块421沿左右方向运动时导向与限位的第一限位组件44、用于提供第二挡块431沿左右方向运动时导向与限位的第二限位组件45。第一限位组件44设于下夹具体445的左端，其包括沿竖直方向延伸的两个第一高度块441、沿前后方向延伸并固定在两第一高度快441上端的第一固定压板，两个第一高度块441分别为第一挡块421的前后两侧，下夹具体445与第一固定压板442及两个第一高度块441之间形成第一导向通道，第一挡块421的右端具有第一挡部421a，该第一挡部421a可沿左右方向运动地穿设在第一导向通道中。第二限位组件45设于下夹具体445的右端，其包括沿竖直方向延伸的两个第二高度块451、沿前后方向延伸并固定在两第二高度块451上端的第二固定压板，两个第二高度块451分别位于第二挡块431的前后两侧，下夹具体445与第二固定压板452及两个第二高度块451之间形成第二导向通道，第二挡块431的左端具有第二挡部431a，该第二挡部431a可沿左右方向运动地穿设在第二导向通道中。

第一固定压板441的下端面与第一挡部421a的上端面之间的间隙、第二固定压板451的下端面与第二挡部431a之间应留有微小间隙，该间隙均不大于0.01mm。这样一方面保证第一挡块421与第二挡块431沿左右方向的可滑移性，从而可使得对第一挡块421与第二挡块431的压紧力能够有效地传递至板材6与管材7，同时便于调整板材6与管材7之间的接触点、线或面位于试验机的中心轴线上；另一方面有效地限制第一挡块421与第二挡块431在竖直方向上发生超出裕量的相对位移。

参见各附图所示，压紧组件46设于第一挡块421与第二挡块431之间。该压紧组件46包括可绕自身轴心线旋转地设于第一挡块421上的调节螺杆461、螺纹连接地设于调节螺杆461右端且可相对调节螺杆461左右运动地设于调节螺杆461上的调节螺套462、固定在调节螺套462右端的弹簧挡板463，调节螺杆461沿左右方向延伸。调节螺杆461上位于第一挡块421的左侧上设有用于驱使调节螺杆461绕自身轴心线旋转的第一调节元件464，旋转第一调节元件464，即可驱使调节螺杆461绕自身轴心线旋转，从而驱使调节螺套462与弹簧挡板463沿调节螺杆461的轴向相对运动。该第一调节元件464可采用调节螺母，该调节螺母与调节螺杆461固定连接，从而带动调节螺杆461做旋转运动，进而带动调节螺套462与弹簧挡板463沿水平左右方向移动。当调节螺杆461被调整完毕后，可通过顶丝抵触至调节螺杆461的外侧周面上以限制调节螺杆461在后续工作过程中发生旋转，保证调整精度。

压紧组件46还包括沿左右方向延伸且可沿左右方向运动地设于第二挡块431上的支撑螺杆465，支撑螺杆465的左端部抵挡在弹簧挡板463上或者调节螺套462上，支撑螺杆465的该左端面为平面。第二挡块431上设有用于驱使支撑螺杆465绕自身轴心线旋转以驱使支撑螺杆465相对第二挡块431左右运动的第二调节元件466，此处，第二调节元件466为旋钮，该第二调节元件466设于第二挡块431上开设的椭圆形凹槽内。

压紧组件46还包括沿左右方向延伸且右端固定地设于第二挡块431上的弹簧杆467，弹簧杆467的左端上设有限位件469，限位件469与弹簧挡板463之间还设有用于提供弹簧杆467轴向压紧力的弹性元件468。在这里，弹簧挡板463上开设有可供弹簧杆467沿轴向穿过的导向通孔，弹性元件468为套设在弹簧杆467上的弹簧，该弹簧468的两端分别抵挡在限位件469与弹簧挡板463上，其中，弹簧的参数应根据试验中压紧载荷的需求来选择。

夹具支架41的底板411上还固定地设置有限位块4610，该限位块4610在夹具支架41上与第二挡块431位于弹簧杆467的相异端，限位块4610上开设有限位通孔，弹簧杆467与弹簧468共同地沿轴向穿过上述限位通孔，限位件469则位于限位通孔外并位于限位块4610的左侧。该限位通孔为台阶孔，该台阶孔靠左一侧孔径小、靠右一侧孔径大，通过保证靠左一侧孔与其内部的弹簧杆467左端部之间较小的间隙，从而限制弹簧杆467的上下位移。在本实施例中，压紧组件46有两组，这两组压紧组件46分别设于夹具支架41的前后两侧。夹具支架41前后方向的每一侧的压紧组件46中，弹簧杆467有两根，这两根弹簧杆467的轴心线相互平行且分别地位于调节螺杆461的上下两侧，每根弹簧杆467上均设有弹簧468。

这样，通过操作第一调节元件464即可调整调节螺杆461旋入调节螺套462内部的长度，从而驱使弹簧挡板463沿左右方向运动，进而调节弹性元件468的压缩长度。当弹性元件468被压缩，穿过弹性元件468的弹簧杆467两端受力在同一水平左右方向且方向相异。由于弹簧杆467左端受到水平方向向左的力，使得与之固定的第二挡块431受到水平方向向左的力。由于弹簧挡板463与弹性元件468右端面相接触且受到水平向右的力，进而依次通过调节螺套462、调节螺杆461及第一调节元件464使得第一挡块421受到水平向右的力，第一挡块421受到的水平向右的力通过其右端的滚动件423传递至上夹具体422。这样，压紧组件46为板材6与管材7之间提供与弹性元件468被压缩力值一致的压紧力。该压紧组件46中，通过采用弹簧468作为施力元件，相较于通常采用的螺栓加载更适合于高温高压水或蒸汽这一特殊的试验环境，加载更加精确、稳定、可靠。

在该试验机上，平衡轴56为能够试验在高压釜3内外拉伸力自平衡的压力自平衡拉伸轴，该压力自平衡拉伸轴与釜盖32之间需保证良好的密封性，实现高温高压水或蒸汽条件下的动密封。同时，由于其具有压力自平衡功能，因此可以抵消高压釜3内外压差，消除压差产生的推力。采用该压力自平衡拉伸轴可以保证电磁激振作动器往复运动过程中不受高压釜内外压差对载荷的影响，无需选用大载荷作动器而只需选用小载荷作动器提供激振，可以提高载荷控制和测量精度，定量获得摩擦副之间的摩擦力。设计时，应在保证压力自平衡拉伸轴56刚度的前提下尽量地缩小拉伸轴的直径，减小密封圈与轴套的接触面积，选用摩擦系数小的密封圈。

加载装置5上，自作动器51至高压釜3内的夹具4之间的连接部件要求越少越好，且要求满足刚度要求，各部件间紧固连接，尽量减少间隙，以保证位移有效地传递至釜内，自作动器51至夹具4之间的各部件保持同轴，且与高压釜3的釜盖32保持垂直。

高压釜3的釜盖32上设有沿厚度方向延伸的两个通孔，其中一个用于放置热电偶，另一个用于接出水管，高温高压水循环***的进水口先由釜盖32的外缘沿径向接入，再沿轴向向下穿出釜盖32进入高压釜3的环境腔室中，从而在高压釜3内维持试验设定温度。

这样，采用该试验机进行微动磨损试验时，首先通过夹具4将两个工件夹持固定：将板材6通过第一夹持组件42夹持固定、将管材7通过第二夹持组件43夹持固定，且上夹具体422与平衡轴56处于向上提起的状态。首先调整第二调整元件466，使得支撑螺杆465抵挡在弹簧挡板463上，继续调节第二调节元件466，使得第一挡块421与第二挡块431沿水平方向分别向左和向右运动，从而使得管材7与板材6之间空出一定的空间，然后升降中横梁13，使得作动器51、连接轴55及平衡轴56与上夹具体422一起下降，使得上夹具体422沿竖直方向降至上述空间中合适的位置后锁紧中横梁13。这时，再调节第二调节元件466，使得支撑螺杆465与弹簧挡板463分离，第一挡块421与第二挡块431相向运动而沿水平方向向中间移动，第一挡块421右端的滚动件423顶在上夹具体422的左端的凹槽422a内，此时管材7与板材6之间相接触。接着，根据试验要求的压紧力值调节第一调节元件464，从而带动调节螺杆461，使得调节螺套462带动弹簧挡板463沿水平方向左右移动，进而调整弹簧468的压缩量，即调整压紧力值。

接着，将高压釜3的釜体31沿竖直方向上升并与釜盖31固定连接，使其形成密闭的环境腔室，通过高温高压水循环***向高压釜3内提供高温高压水或蒸汽环境，通过作动器51的不断激振工作便可进行微动磨损试验，试验过程中的加载装置5的加载状态及高温高压水循环***的环境控制状态由监控记录***进行即时的监控与记录。

综上，本发明的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验试验机，该试验机可以模拟核电站一、二回路温度、压力及水化学条件下进行微小位移幅值、较高振动频率微动摩擦磨损测试；该试验机可进行滑移磨损试验或冲击磨损试验，摩擦副之间的接触方式可以是点、线、面接触，测量可以得到摩擦副之间的摩擦系数和磨损系数；试验机的垂直度、水平度方便调节，保证了加载装置5的同轴度与垂直度；各部件的合理布局，保证了该试验机的载荷和位移加载有效、可靠；载荷的控制和测量精度高，可定量地获得摩擦副之间的摩擦力。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，用于高温高压水或蒸汽环境下第一工件与第二工件之间的微动磨损试验，其特征在于，所述试验机包括：

机架；

高压釜，包括釜体与釜盖，所述釜体与所述釜盖能够相配合而形成一密闭的环境腔室，所述釜体与釜盖中的至少一个部件可升降地设于所述机架上；

夹具，所述夹具设于所述环境腔室中，所述夹具至少包括用于与所述釜盖相固定连接的夹具支架、用于夹持所述第一工件的第一夹持组件、用于夹持所述第二工件的第二夹持组件，所述第一工件与所述第二工件沿水平方向相接触，所述第一夹持组件至少包括一可上下运动的上夹具体，所述第一工件固定地安装在所述上夹具体上，所述夹具还包括用于提供所述第一工件与所述第二工件沿水平左右方向压紧力的压紧组件；

加载装置，包括可相对所述釜盖上下升降地设于所述机架上并位于所述高压釜上方的作动器、固设于所述作动器上端的位移传感器、固设于所述作动器下端的载荷传感器、上端连接于所述载荷传感器的连接轴、下端穿过所述釜盖并与所述上夹具体相固定连接的平衡轴，所述平衡轴的上端与所述连接轴的下端相固定连接；

所述试验机还包括用于提供所述高压釜的所述环境腔室以高温高压水或蒸汽环境的高温高压水循环***、用于监控与记录所述加载装置的加载状态及所述高温高压水循环***的环境控制状态的监控记录***。

2.根据权利要求1所述的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，其特征在于：所述釜体包括具有内腔的金属本体、固定地设于所述金属本体上端用于与所述釜盖相连接的釜体法兰、包裹在所述金属本体与所述釜体法兰外侧周部的加热套，所述金属本体上端内侧周部具有向下凹陷的凹台，所述釜盖的下端具有向下凸出且能够与所述凹台相配合的凸台，所述高压釜还包括设于所述釜体与所述釜盖之间的密封圈，当所述釜盖与所述釜体相配合时，所述凸台与所述凹台相配合，且所述密封圈固定地压设在所述凸台与所述凹台之间。

3.根据权利要求1所述的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，其特征在于：所述作动器为电磁激振作动器，所述位移传感器、所述载荷传感器在所述作动器的上下两端均位于所述作动器的中心位置处，所述连接轴的上端通过万向节与所述载荷传感器相固定连接。

4.根据权利要求1所述的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，其特征在于：所述机架包括用于安装所述高压釜的下机架体、用于安装所述加载装置的上机架体，

所述下机架体包括相对地面固定设置的下支承板、用于固定安装所述釜盖的中支承板、用于与所述上机架体相连接的上支承板、固定地设于所述下支承板与所述中支承板之间且沿竖直方向延伸的多根支撑立柱、固定地设于所述上支承板与所述中支承板之间且沿竖直方向延伸的多根支承立柱与调节立柱，所述釜体可升降地设于其中一根所述支撑立柱上；

所述上机架体包括固定设于所述上支承板上的下横梁、下端固定在所述下横梁两端的两根导向立柱、固定地设于两根所述导向立柱顶端的上横梁、上下升降地设于两根所述导向立柱之间的中横梁，所述作动器固定地安装在所述中横梁上，所述导向立柱与所述中横梁之间还设有用于将两者锁定的锁定机构。

5.根据权利要求1所述的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，其特征在于：所述平衡轴为能够实现在所述高压釜内外拉伸力自平衡的压力自平衡拉伸轴，所述压力自平衡拉伸轴与所述釜盖动密封连接设置。

6.根据权利要求1至5任一所述的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，其特征在于：所述第一夹持组件至少还包括一能够沿左右方向运动地设于所述夹具支架上的第一挡块，所述第二夹持组件至少包括一能够沿左右方向运动地设于所述夹具支架上的第二挡块，所述第二工件固定地设于所述第二挡块的一侧并与所述第一工件相接触，所述第一挡块与所述第一工件分别位于所述上夹具体的相异两侧，所述第一挡块沿水平方向抵挡在所述上夹具体上，所述压紧组件设于所述第一挡块与所述第二挡块之间。

7.根据权利要求6所述的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，其特征在于：所述压紧组件包括可绕自身轴心线旋转地设于所述第一挡块上的调节螺杆、与所述调节螺杆相螺纹连接且可相对所述调节螺杆左右运动地设于所述调节螺杆上的调节螺套、与所述调节螺套相固定连接的弹簧挡板、沿左右方向延伸且可沿左右方向运动地设于所述第二挡块上的支撑螺杆，所述支撑螺杆的端部可沿水平方向抵挡在所述弹簧挡板上或者所述调节螺套上，所述压紧组件还包括沿左右方向延伸且一端固定地设于所述第二挡块上的弹簧杆，所述弹簧杆的另一端上设有限位件，所述限位件与所述弹簧挡板之间还设有用于提供沿所述弹簧杆轴向压紧力的弹性元件。

8.根据权利要求7所述的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，其特征在于：所述弹簧挡板上开设有可供所述弹簧杆沿轴向穿过的导向通孔，所述限位件设于所述弹簧杆沿轴向穿出所述导向通孔的所述另一端上，所述弹性元件为套设在所述弹簧杆上的弹簧，所述弹簧的两端分别抵挡在所述限位件与所述弹簧挡板上，所述夹具支架上固定地设有限位块，所述限位块在所述夹具支架上与所述第二挡块位于所述弹簧杆的相异端，所述限位块上开设有限位通孔，所述弹簧杆沿轴向穿过所述限位通孔，所述限位件位于所述限位通孔外。

9.根据权利要求7所述的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，其特征在于：所述夹具还包括固定地设于所述夹具支架上的下夹具体，所述下夹具体的左右两端分别固定地设有用于提供所述第一挡块沿左右方向运动时导向与限位的第一限位组件、用于提供所述第二挡块沿左右方向运动时导向与限位的第二限位组件，

所述第一限位组件包括沿竖直方向延伸的两个第一高度块、沿前后方向延伸并固定在两所述第一高度块的上端的第一固定压板，两所述第一高度块分别位于所述第一挡块的前后两侧，所述下夹具体与所述第一固定压板及两个所述第一高度块之间形成第一导向通道，所述第一挡块上具有第一挡部，所述第一挡部可左右运动地穿设在所述第一导向通道中；

所述第二限位组件包括沿竖直方向延伸的两个第二高度块、沿前后方向延伸并固定在两所述第二高度块上端的第二固定压板，两个所述第二高度块分别位于所述第二挡块的前后两侧，所述下夹具体与所述第二固定压板及两个所述第二高度块之间形成第二导向通道，所述第二挡块上具有第二挡部，所述第二挡部可左右运动地穿设在所述第二导向通道中。

10.根据权利要求6所述的高温高压水或蒸汽环境微动磨损试验机，其特征在于：所述第一工件为板材，所述第二工件为管材，所述板材与所述管材之间形成点、线或面接触，且所述板材与所述管材之间接触的位置位于所述连接轴及所述平衡轴的中心轴线上。