CN107576576A - 一种对内部通有超临界水的管子试样进行加载的实验*** - Google Patents
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Abstract
本发明是一种能够对内部通有超临界水的管子试样进行加载的实验***。该***包括三个主要部分：管子回路、管子试样夹持***、管子试样加载***。该实验***可以对内部通入高温高压水的管子试样进行加载，适用于内部具有复杂流动液体同时受复杂载荷耦合作用下管子试样的腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和流动促进腐蚀等方面的测试研究。可以模拟超(超)临界火电站及超临界水冷堆中输水管路和热交换管的工况，对该工况下管子构件的服役失效行为进行相关测试、研究和评价。
Description
技术领域
本发明属于模拟超临界水冷堆和超(超)临界火电站中冷却剂环境的试验装置领域，涉及一种可以对内通有超临界水的管子试样进行加载的试验装置，该装置适用于对内部通有流动的超临界水、同时承受复杂载荷耦合作用下的管子试样开展腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和流动促进腐蚀等方面的测试与研究。
背景技术
电力是支撑国民经济发展的重要基础，火电和核电是两种重要的能源供应形式，目前电力行业正面临能源危机和环境污染带来的挑战，需要开发更加高效、清洁的火电站和核反应堆，超(超)临界火电站和超临界水冷堆成为主要选择或发展方向。超(超)临界火电站和超临界水冷堆中的冷却剂为超(超)临界水汽，温度达到374℃～650℃，温度达到22MPa～35MPa，在这种环境中服役的材料承受极端环境力化耦作用导致的腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、蠕变等损伤形式，尤其是管道构件，是危及超(超)临界火电/核电运行安全与经济性的重要问题之一。因此，需要一种试验装置用来研究管子构件在超(超)临界水和应力耦合作用下的服役失效问题。
目前针对材料在高温高压水汽环境中的服役性能研究，都是使用标准试样(圆棒试样、片状试样、紧凑拉伸试样等)在高压釜或蠕变机上进行，这种方法不能充分模拟管子试样的服役工况，首先，忽略了管子的形状效应；其次，忽略了管子的服役环境(管子内外不同介质环境)，因此，无法对管子构件的服役性能做出准确的测试与评价。迄今为止，国内外还没有一台能够完全模拟核电站/火电站中管子构件服役工况的研究设备。因此，本发明专利以超(超)临界火电站和超临界水冷堆为背景，设计了一台能够模拟管子服役工况的试验设备，利用该设备可以完全模拟电力工业中内部通有超(超)临界水的管道服役工况，开展管道在这种服役工况下的失效行为/机理研究，可以提高我国在该领域的科研水平，为我国电力工业的安全运行和经济效益提供技术支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对内部通有流动的超(超)临界水汽的管子试样进行加载的实验***。
一种对内部通有超临界水的管子试样进行加载的实验***，其特征在于，实验***包括管子回路、管子试样夹持***、管子试样加载***，其中，管子回路用来为管子试样内部即试验管内部通入流动的高温高压水汽环境，并通过螺旋管结构设计降低管子回路在加载过程的管子试样上引起的附加力；管子试样夹持***是在试样夹头处设置进出水接口，高温高压水通过管子回路进入夹头入水口，进入管子试样内侧，从夹头出水口流出，在管子试样内侧形成流动高温高压水，并且管子试样外设计有高温高压水汽泄露保护套和导管，以防管子试样破裂后高温高压蒸汽直接喷出；管子试样加载***通过夹持***对管子试样施加复杂载荷，管子试样与试样夹头连接，外置加载***能够对管子试样进行静、动态模式的加载。
进一步的，所述管子回路能够为在管子试样加载过程中，减少或避免由于位移对管子试样产生的干扰力。
进一步的，所述加载***能够对管子试样进行恒载、慢拉伸和低频疲劳模式的加载，包括正弦波、三角波、梯形波、随机波和组合波，用于对处于相应流动超临界水汽环境中的管道试验件进行老化、腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀蠕变以及其耦合行为和机理实验。
进一步的，所述管子试样夹持***用于把管子试样连接到加载***和管子回路；通过该夹持***，管子试样内部通入流动的高温高压水汽环境；该夹持***能够减小管子回路对管子试样引起的干扰力。
进一步的，通过高温高压水汽泄露保护套和导管，管子试样破裂后泄露出的高温高压蒸汽能排至安全位置。
该装置的主要用途是：以超(超)临界火电站和超临界水冷堆中管道构件的服役失效为背景，该装置能够完全模拟该环境中管道构件的服役工况，对管子试样内部通入流动的超(超)临界水汽并施加复杂载荷，开展超(超)临界火电站/反应堆中管道构件的腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、蠕变持久等失效问题的科学研究。
附图说明
图1为内部通有超(超)临界水的管子试样的加载***的示意图。
1：连接加载装置；
2：下夹头；
3：下保护套
4：管子试样(试验管)
5：上保护套
6：上夹头
7：进水口
8：出水口
9：夹头进水口连接头
10：夹头出水口连接头
11：螺旋管
12：管子回路***(带保温套)
13：支撑架
14：弹簧支撑架
具体实施方式
本实验***由水汽回路管道***、管子试样夹持***、管子试样加载***等构成，如图1所示。
管子试样(试验管)通过焊接等方式与夹持***(上、下夹头)连接。在试样夹持***设置进出水管口，与水汽回路管道***连接；设置连接机构与加载***连接；设置水汽泄露保护套，以防高温高压蒸汽直接喷射出造成危害，保护套为上下两段嵌套式，分别连接夹持***的上下两端，上下两段保护套之间能够自由滑动(摩擦力应该被测出，在加载力中扣除)但缝隙很小，保护套下段设计有高温高压水汽泄露导流管。回路管道***为试样管内部通入流动的高温高压水汽，设计有螺旋管回路，以保证随管子试样拉伸位移过程中回路管道能同步自由拉伸，对管子试样产生的干扰力在可接受范围；使用弹簧支撑螺旋管回路管道，并在沿管道应有加温和保温装置。加载***能够对管子试样施加恒载荷、慢应变速率拉伸和低频疲劳(正弦波、三角波、梯形波、随机波、组合波)等模式的加载。
通过本发明的实验***，能够为管道试样内部通入流动的超(超)临界水，同时对管子试样施加复杂载荷，完全模拟超临界水冷堆和超(超)临界火电站中的管道服役工况，研究该工况下管道材料的失效形式与机理，预测服役寿命，为超临界水冷堆和超(超)临界火电站的安全运行提供技术支持。
以上所述仅是本发明优选实施方式。
应当指出，对于本技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种对内部通有超临界水的管子试样进行加载的实验***，其特征在于，实验***包括管子回路、管子试样夹持***、管子试样加载***，其中，管子回路用来为管子试样内部即试验管内部通入流动的高温高压水汽环境，并通过螺旋管结构设计降低管子回路在加载过程的管子试样上引起的附加力；管子试样夹持***是在试样夹头处设置进出水接口，高温高压水通过管子回路进入夹头入水口，进入管子试样内侧，从夹头出水口流出，在管子试样内侧形成流动高温高压水，并且管子试样外设计有高温高压水汽泄露保护套，以防管子试样破裂后高温高压蒸汽直接喷出；管子试样加载***通过夹持***对管子试样施加复杂载荷，管子试样与试样夹头连接，外置加载***能够对管子试样进行静、动态模式的加载。
2.如权利要求1所述的对内部通有超临界水的管子试样进行加载的实验***，其特征在于，所述管子回路能够为在管子试样加载过程中，减少或避免由于位移对管子试样产生的干扰力。
3.如权利要求1所述的对内部通有超临界水的管子试样进行加载的实验***，其特征在于，所述加载***能够对管子试样进行恒载、慢拉伸和低频疲劳模式的加载，包括正弦波、三角波、梯形波、随机波和组合波，用于对处于相应流动超临界水汽环境中的管道试验件进行老化、腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀蠕变以及其耦合行为和机理实验。
4.如权利要求1所述的对内部通有超临界水的管子试样进行加载的实验***，其特征在于，所述管子试样夹持***用于把管子试样连接到加载***和管子回路；通过该夹持***，管子试样内部通入流动的高温高压水汽环境；该夹持***能够减小管子回路对管子试样引起的干扰力。
5.如权利要求1所述的对内部通有超临界水的管子试样进行加载的实验***，其特征在于，通过高温高压水汽泄露保护套和导管，管子试样破裂后泄露出的高温高压蒸汽能排至安全位置。
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