CN210166256U - 一种球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及微动磨损领域,具体是一种球‑板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具。该夹具的板状试样放置于板状试样固定底座顶部的凹槽中,并通过紧固螺钉进行固定;底座通过挡板、连接螺柱、紧固螺钉和紧固螺母与横轴传动杆连接,横轴一端与激振器相连;底座通过固定螺母与纵轴传动杆连接,纵轴传动杆下部与电机连接,通过纵轴杆的移动施加法向载荷。球状试样放置于阶梯螺柱底部的凹槽中,并用锁紧螺母进行锁紧,阶梯螺柱旋进夹具固定板中,阶梯螺柱上部安装限位螺母,夹具固定板安装于夹具固定支架上,实现球状试样的固定。本实用新型用于高压釜内,进行高温高压水环境中球‑板接触式的微动磨损试验,结构简单,操作方便,成本低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及微动磨损领域,具体是一种球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具及其使用方法,用于压水堆核电用金属材料在模拟高温高压一回路水中的切向微动磨损试验。
背景技术
微动是指两个接触表面之间发生的极小微米量级的相对运动。压水堆核电站中,蒸汽发生器传热管与支撑结构的间隙小,且两侧均存在汽、液两相流,不可避免的会在传热管与支撑结构间存在由流致振动导致的微动磨损。流致振动导致的微动磨损也是燃料棒包壳管最主要的原因之一。这些关键构件的破坏不仅会造成核电一回路侧介质的放射性会骤然增加,危及反应堆各回路安全,甚至可能导致放射性物质的泄漏从而造成十分严重的后果。因此,深入理解核电关键部件材料在服役环境中的微动磨损行为,获得微动磨损速率和微动损伤模型,从而实现对关键材料的性能评价和寿命预估具有重要的工程意义,也有利于核电站的安全运行。
球-板接触是微动磨损最简单的接触方式,也是最有利于操作和最适用于基础理论研究的一种接触方式。已有多种此类接触方式的微动磨损夹具设计,但是这些夹具均主要用于常温及温度不高于100摄氏度的溶液环境中。因此,急需设计一种可用于高温高压水(200~360℃,4~20MPa)中的夹具,并可实现试样的绝缘以能够开展微动磨损过程中的电化学测试。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够用于高温高压一回路水环境中且能稳定可靠的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具及其使用方法,实现核电关键材料在模拟服役环境的高温高压水中开展微动磨损研究。
本实用新型的技术方案如下:
一种球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,该夹具设置在高压釜内,高压釜的釜盖在上,该夹具主要包括:板状试样、紧固螺钉I、右挡板、板状试样固定底座、挡板紧固螺钉、左挡板、紧固螺钉II、阶梯螺柱、球状试样、锁紧螺母、紧固螺母I、限位螺母、紧固螺母II、夹具固定板、夹具固定支架、横轴右传动杆、紧固螺母III、连接螺柱I、紧固螺母IV、纵轴传动杆、横轴左传动杆、连接螺柱II、紧固螺母V,具体结构如下:
右挡板和左挡板对称设置于板状试样固定底座的两侧,右挡板和左挡板分别通过两个挡板紧固螺钉与板状试样固定底座连接,通过挡板紧固螺钉与右挡板、左挡板横向紧密结合,板状试样放置于板状试样固定底座顶部的凹槽中,通过紧固螺钉I和紧固螺钉II在所述凹槽的相邻两侧面上对板状试样进行固定,实现板状试样的固定;
板状试样固定底座底部的光孔对准纵轴传动杆的顶部,并通过紧固螺母IV与纵轴传动杆固定,纵轴传动杆下部与高压釜外的步进电机连接;板状试样固定底座的左侧通过左挡板与连接螺柱II及紧固螺母V与横轴左传动杆相连接,板状试样固定底座的右侧通过右挡板与连接螺柱I及紧固螺母III与横轴右传动杆相连接,连接螺柱 II与横轴左传动杆通过紧固螺母紧密连接并固定,连接螺柱I与横轴右传动杆通过紧固螺母紧密连接并固定,横轴左传动杆、横轴右传动杆分别与高压釜外的激振器与位移传感器连接,实现频率与振幅的精确控制;
球状试样嵌入到阶梯螺柱底部的凹坑中,中部开有圆孔的锁紧螺母安装于阶梯螺柱的底部,并与阶梯螺柱的下部螺柱通过螺纹拧紧,锁紧螺母与阶梯螺柱底部之间通过螺纹连接、紧固;阶梯螺柱旋入夹具固定板中心的螺纹孔,阶梯螺柱的中部螺柱与夹具固定板通过螺纹连接,阶梯螺柱的上部螺柱伸出,夹具固定板中心的螺纹孔顶部设置具有外螺纹的圆筒,圆筒与夹具固定板为一体结构,上部螺柱安装限位螺母于圆筒的顶部,顶端带有通孔的紧固螺母I通过顶部通孔套设于阶梯螺柱的上部螺柱,紧固螺母I通过下凹槽罩扣于限位螺母、圆筒外侧,圆筒与紧固螺母I通过螺纹紧固连接;夹具固定板安装于夹具固定支架顶部的圆台上,并通过紧固螺母II紧固,实现球状试样的固定。
所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,板状试样的厚度不应小于所述凹槽的深度,所述凹槽的相邻两侧面加工螺纹孔,紧固螺钉I直接旋入板状试样固定底座上部侧面的螺纹孔中,紧固螺钉II穿过左挡板顶部侧面的光孔,旋入相应板状试样固定底座上部侧面的螺纹孔中。
所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,高压釜底部中心开有圆孔,纵轴传动杆通过O型圈及螺母实现与高压釜的密封。
所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,高压釜的两侧开有圆孔,横轴左传动杆、横轴右传动杆分别通过O型圈及螺母实现与高压釜的密封。
所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,板状试样固定底座与纵轴传动杆间为光孔连接,且两者之间存在间隙。
所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,圆孔的直径小于球状试样的直径,使球状试样固定于所述凹坑与所述圆孔之间。
所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,球状试样与板状试样上下相对应并接触,通过调整阶梯螺柱的旋进距离来调节球状试样与板状试样间的距离,通过步进电机改变纵轴传动杆的位移来施加稳定的法向载荷,通过横轴的振动实现球状试样与板状试样间的相对运动。
所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,高压釜的底部四周开有螺纹孔,夹具固定支架的底端加工有螺纹,夹具固定支架与高压釜的底部通过螺纹连接固定。
所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,通过在板状试样固定底座顶部凹槽的四周及底部布置氧化锆陶瓷片,并将球状试样更换为氧化锆陶瓷球,实现板状试样的绝缘,从而实现微动磨损过程中的电化学测试。
本实用新型的优点及有益效果是:
1、本实用新型的高温高压水微动磨损夹具具有304或316L不锈钢材质,耐高温高压水腐蚀,高温强度也较高,能够在高温高压水环境中长期可靠使用。
2、本实用新型通过在板状试样固定底座上部凹槽的两侧加工螺纹孔并配备相应的紧固螺钉,可对不同尺寸的板状试样实现紧固,从而降低对板状试样加工精度的要求。
3、本实用新型通过在板状试样固定底座顶部凹槽的四周及底部布置氧化锆陶瓷片,并将球状试样更换为氧化锆陶瓷球即可实现板状试样的绝缘从而实现微动磨损过程中的电化学测试,设计巧妙,操作简单方便。
4、本实用新型中无论是板状试样固定底座的高度还是球状试样的高度均可以通过限位螺母和旋转阶梯螺柱进行调节。
附图说明
图1(a)-(b)为板状试样夹具图,板状试样长为20mm,宽度为10mm,厚度为5mm;其中,图1(a)为主视图,图1(b)为俯视图。
图2为球状试样夹具图,球状试样直径为6.5mm。
图3-图4为本实用新型的整体装配结构图;其中,图3为主视图,图4为图3 中的A-A剖视图。
图1-图4中,1板状试样;2紧固螺钉I;3右挡板;4板状试样固定底座;5 挡板紧固螺钉;6左挡板;7紧固螺钉II;8阶梯螺柱;9球状试样;10锁紧螺母;11紧固螺母I;12限位螺母;13紧固螺母II;14夹具固定板;15夹具固定支架;16横轴右传动杆;17紧固螺母III;18连接螺柱I;19紧固螺母IV;20纵轴传动杆;21横轴左传动杆;22连接螺柱II;23紧固螺母V;24圆筒;25高压釜。
具体实施方式
如图1-图4所示,本实用新型球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,设置在高压釜25内,高压釜25的釜盖在上,该夹具主要包括:板状试样1、紧固螺钉I 2、右挡板3、板状试样固定底座4、挡板紧固螺钉5、左挡板6、紧固螺钉II 7、阶梯螺柱8、球状试样9、锁紧螺母10、紧固螺母I 11、限位螺母12、紧固螺母II 13、夹具固定板14、夹具固定支架15、横轴右传动杆16、紧固螺母III 17、连接螺柱I 18、紧固螺母IV 19、纵轴传动杆20、横轴左传动杆21、连接螺柱II 22、紧固螺母V 23等,具体结构如下:
右挡板3和左挡板6对称设置于板状试样固定底座4的两侧,右挡板3和左挡板6分别通过两个挡板紧固螺钉5与板状试样固定底座4连接,通过挡板紧固螺钉5 与右挡板3、左挡板6横向紧密结合,从而保持其平衡性。板状试样1放置于板状试样固定底座4顶部的凹槽中,板状试样1的厚度不应小于所述凹槽的深度,所述凹槽的相邻两侧面加工螺纹孔,通过紧固螺钉I 2和紧固螺钉II 7在所述凹槽的相邻两侧面上对板状试样1进行固定,实现板状试样1的固定。其中,紧固螺钉I 2直接旋入板状试样固定底座4上部侧面的螺纹孔中,紧固螺钉II 7穿过左挡板6顶部侧面的光孔,旋入相应板状试样固定底座4上部侧面的螺纹孔中。
板状试样固定底座4底部的光孔对准纵轴传动杆20的顶部,并通过紧固螺母IV 19与纵轴传动杆20固定,高压釜25底部中心开有圆孔,纵轴传动杆20通过O型圈及螺母实现与高压釜25的密封,纵轴传动杆20下部与高压釜25外的步进电机连接,从而实现稳定的载荷控制。板状试样固定底座4与纵轴传动杆20间为光孔连接,且两者之间存在一定的间隙,以实现板状试样1的左右振动,紧固螺母IV 19主要起限位作用。板状试样固定底座4的左侧通过左挡板6与连接螺柱II 22及紧固螺母V 23与横轴左传动杆21相连接,板状试样固定底座4的右侧通过右挡板3与连接螺柱I 18及紧固螺母III 17与横轴右传动杆16相连接,连接螺柱II 22与横轴左传动杆21通过紧固螺母紧密连接并固定,连接螺柱I 18与横轴右传动杆16通过紧固螺母紧密连接并固定,以达到横轴方向的紧固连接,可以保证整体横轴传动杆的水平度在同一条水平线上,挡板紧固螺钉5必须分次紧固,保证横轴传动杆处于水平状态。高压釜25的两侧开有圆孔,横轴左传动杆21、横轴右传动杆16分别通过O型圈及螺母实现与高压釜25的密封;横轴左传动杆21、横轴右传动杆16分别与高压釜25 外的激振器与位移传感器连接,从而实现频率与振幅的精确控制。
球状试样9嵌入到阶梯螺柱8底部的凹坑中,中部开有圆孔的锁紧螺母10安装于阶梯螺柱8的底部,并与阶梯螺柱8的下部螺柱通过螺纹拧紧,锁紧螺母10与阶梯螺柱8底部之间通过螺纹连接、紧固,所述圆孔的直径小于球状试样9的直径,使球状试样9固定于所述凹坑与所述圆孔之间。阶梯螺柱8旋入夹具固定板14中心的螺纹孔,阶梯螺柱8的中部螺柱与夹具固定板14通过螺纹连接,阶梯螺柱8的上部螺柱伸出,夹具固定板14中心的螺纹孔顶部设置具有外螺纹的圆筒24,圆筒24与夹具固定板14为一体结构,上部螺柱安装限位螺母12于圆筒24的顶部,顶端带有通孔的紧固螺母I 11通过顶部通孔套设于阶梯螺柱8的上部螺柱,紧固螺母I 11通过下凹槽罩扣于限位螺母12、圆筒24外侧,圆筒24与紧固螺母I 11通过螺纹紧固连接。夹具固定板14安装于夹具固定支架15顶部的圆台上,并用紧固螺母II 13紧固,实现球状试样9的最终固定。球状试样9与板状试样1上下相对应并接触,通过调整阶梯螺柱8的旋进距离来调节球状试样9与板状试样1间的距离,通过步进电机改变纵轴传动杆20的位移来施加稳定的法向载荷,通过横轴的振动实现球状试样9 与板状试样1间的相对运动。高压釜25的底部四周开有螺纹孔,夹具固定支架15的底端加工有螺纹,夹具固定支架15与高压釜25的底部通过螺纹连接固定。
该夹具的各部分必须采用耐高温高压水腐蚀且高温强度较好的304或316L奥氏体不锈钢进行加工。球状试样9与板状试样1均可采用不锈钢、镍基合金、锆合金等加工而成,球状试样9与板状试样1均可以通过在其与夹具之间添加覆盖有ZrO2的 Zr-4合金绝缘垫片的方式进行绝缘的方式,在板状试样1上进行点焊导线以实现电化学测量。
如图1-图4所示,本实用新型球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具的使用方法如下:
(1)将板状试样1放置于板状试样固定底座4顶部的凹槽中,并通过紧固螺钉 I 2和紧固螺钉II 7进行固定,实现板状试样1的固定;
(2)板状试样固定底座4侧面开有螺纹孔,通过挡板紧固螺钉5将左挡板6和右挡板3与板状试样固定底座4进行连接;
(3)将板状试样固定底座4底部的光孔对准纵轴传动杆20的顶部,并放置到纵轴传动杆20上,板状试样固定底座4与纵轴传动杆20通过紧固螺母IV 19连接;纵轴传动杆20下部与步进电机连接,纵轴传动杆20上下移动为板状试样固定底座4 上的板状试样1施加法向载荷;
(4)横轴左传动杆21端面、左挡板6侧面均开有螺纹孔,横轴左传动杆21端面、左挡板6侧面之间通过连接螺柱II 22连接,并通过紧固螺母V 23紧固;横轴右传动杆16端面、右挡板3侧面均开有螺纹孔,横轴右传动杆16端面、右挡板3之间通过连接螺柱I 18连接,并通过紧固螺母III 17紧固;横轴左传动杆21、横轴右传动杆16一端与激振器相连,通过横轴左传动杆21、横轴右传动杆16的振动实现板状试样1的左右运动;
(5)将球状试样9放置于阶梯螺柱8底部的凹槽中,并用锁紧螺母10进行锁紧,后将阶梯螺柱8旋进夹具固定板14中;
(6)阶梯螺柱8上部安装限位螺母12后,用紧固螺母I 11紧固;
(7)将夹具固定板14安装于夹具固定支架15的圆台上,并用紧固螺母II 13 紧固,实现球状试样9的固定;
(8)关闭高压釜25,接通循环水回路,调节温度、压力、电化学参数,各设定参数稳定后,即可进行微动磨损试验。
实施例
在实施例中,采用的690合金板状试样,长度为20mm,宽度为10mm,厚度为6mm;采用304不锈钢球状试样,试样直径为6.35mm。按照上述使用方法安装完试样后,在高温高压水中进行微动磨损试验,试验温度为288℃,压力为9MPa,法向载荷为40N,振动频率为60Hz,振幅为±50μm,试验时间为46.3h。试验完成后板状试样上磨痕形貌。可见磨痕形貌均匀,满足试验及设计要求。
实施例结果表明,本实用新型夹具主要用于高压釜内,进行高温高压水环境中球-板接触式的微动磨损试验,结构简单,操作方便,成本低廉。
Claims (9)
1.一种球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,其特征在于,该夹具设置在高压釜内,高压釜的釜盖在上,该夹具主要包括:板状试样、紧固螺钉I、右挡板、板状试样固定底座、挡板紧固螺钉、左挡板、紧固螺钉II、阶梯螺柱、球状试样、锁紧螺母、紧固螺母I、限位螺母、紧固螺母II、夹具固定板、夹具固定支架、横轴右传动杆、紧固螺母III、连接螺柱I、紧固螺母IV、纵轴传动杆、横轴左传动杆、连接螺柱II、紧固螺母V,具体结构如下:
右挡板和左挡板对称设置于板状试样固定底座的两侧,右挡板和左挡板分别通过两个挡板紧固螺钉与板状试样固定底座连接,通过挡板紧固螺钉与右挡板、左挡板横向紧密结合,板状试样放置于板状试样固定底座顶部的凹槽中,通过紧固螺钉I和紧固螺钉II在所述凹槽的相邻两侧面上对板状试样进行固定,实现板状试样的固定;
板状试样固定底座底部的光孔对准纵轴传动杆的顶部,并通过紧固螺母IV与纵轴传动杆固定,纵轴传动杆下部与高压釜外的步进电机连接;板状试样固定底座的左侧通过左挡板与连接螺柱II及紧固螺母V与横轴左传动杆相连接,板状试样固定底座的右侧通过右挡板与连接螺柱I及紧固螺母III与横轴右传动杆相连接,连接螺柱II与横轴左传动杆通过紧固螺母紧密连接并固定,连接螺柱I与横轴右传动杆通过紧固螺母紧密连接并固定,横轴左传动杆、横轴右传动杆分别与高压釜外的激振器与位移传感器连接,实现频率与振幅的精确控制;
球状试样嵌入到阶梯螺柱底部的凹坑中,中部开有圆孔的锁紧螺母安装于阶梯螺柱的底部,并与阶梯螺柱的下部螺柱通过螺纹拧紧,锁紧螺母与阶梯螺柱底部之间通过螺纹连接、紧固;阶梯螺柱旋入夹具固定板中心的螺纹孔,阶梯螺柱的中部螺柱与夹具固定板通过螺纹连接,阶梯螺柱的上部螺柱伸出,夹具固定板中心的螺纹孔顶部设置具有外螺纹的圆筒,圆筒与夹具固定板为一体结构,上部螺柱安装限位螺母于圆筒的顶部,顶端带有通孔的紧固螺母I通过顶部通孔套设于阶梯螺柱的上部螺柱,紧固螺母I通过下凹槽罩扣于限位螺母、圆筒外侧,圆筒与紧固螺母I通过螺纹紧固连接;夹具固定板安装于夹具固定支架顶部的圆台上,并通过紧固螺母II紧固,实现球状试样的固定。
2.按照权利要求1所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,其特征在于,板状试样的厚度不应小于所述凹槽的深度,所述凹槽的相邻两侧面加工螺纹孔,紧固螺钉I直接旋入板状试样固定底座上部侧面的螺纹孔中,紧固螺钉II穿过左挡板顶部侧面的光孔,旋入相应板状试样固定底座上部侧面的螺纹孔中。
3.按照权利要求1所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,其特征在于,高压釜底部中心开有圆孔,纵轴传动杆通过O型圈及螺母实现与高压釜的密封。
4.按照权利要求1所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,其特征在于,高压釜的两侧开有圆孔,横轴左传动杆、横轴右传动杆分别通过O型圈及螺母实现与高压釜的密封。
5.按照权利要求1所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,其特征在于,板状试样固定底座与纵轴传动杆间为光孔连接,且两者之间存在间隙。
6.按照权利要求1所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,其特征在于,圆孔的直径小于球状试样的直径,使球状试样固定于所述凹坑与所述圆孔之间。
7.按照权利要求1所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,其特征在于,球状试样与板状试样上下相对应并接触,通过调整阶梯螺柱的旋进距离来调节球状试样与板状试样间的距离,通过步进电机改变纵轴传动杆的位移来施加稳定的法向载荷,通过横轴的振动实现球状试样与板状试样间的相对运动。
8.按照权利要求1所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,其特征在于,高压釜的底部四周开有螺纹孔,夹具固定支架的底端加工有螺纹,夹具固定支架与高压釜的底部通过螺纹连接固定。
9.按照权利要求1所述的球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具,其特征在于,通过在板状试样固定底座顶部凹槽的四周及底部布置氧化锆陶瓷片,并将球状试样更换为氧化锆陶瓷球,实现板状试样的绝缘,从而实现微动磨损过程中的电化学测试。
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CN201920880310.5U CN210166256U (zh) | 2019-06-12 | 2019-06-12 | 一种球-板接触式高温高压水切向微动磨损试验夹具 |
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---|---|---|---|---|
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CN111706677A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-09-25 | 浙江工业大学 | 一种下摩擦副及传动装置 |
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2019
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