本發(fā)明涉及一種高溫鉛鉍介質(zhì)內(nèi)材料摩擦性能加力測(cè)試系統(tǒng)，更具體地說(shuō)是一種用于在高溫鉛鉍介質(zhì)內(nèi)開(kāi)展材料接觸摩擦性能測(cè)試的系統(tǒng)及系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

1、鉛鉍軸承是第四代液態(tài)金屬反應(yīng)堆主循環(huán)系統(tǒng)中主泵的重要組成零件，用于支撐主泵的軸系。鉛鉍介質(zhì)對(duì)材料具有腐蝕性，在摩擦工況中，腐蝕與摩擦存在協(xié)同作用，會(huì)加速材料的失效。鉛鉍介質(zhì)的溫度、氧濃度、軸承摩擦副之間的接觸力、摩擦距離、摩擦速度等均對(duì)材料失效過(guò)程和失效機(jī)理有重要的影響。對(duì)于常規(guī)材料在空氣內(nèi)的摩擦測(cè)試，有成熟的摩擦試驗(yàn)機(jī)可開(kāi)展試驗(yàn)。但是，針對(duì)高溫液態(tài)鉛鉍(試驗(yàn)溫度通常高于300℃)，試驗(yàn)裝置涉及到鉛鉍介質(zhì)的加熱、氧濃度控制、摩擦加載力的施加與調(diào)節(jié)、測(cè)試介質(zhì)及氣相空間的密封等諸多問(wèn)題，目前尚未有能滿足試驗(yàn)需求的測(cè)試系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種高溫鉛鉍介質(zhì)內(nèi)材料摩擦性能加力測(cè)試系統(tǒng)，可用于開(kāi)展不同配對(duì)材料、不同旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、不同接觸力、不同溫度、不同鉛鉍介質(zhì)氧濃度等條件下的試驗(yàn)項(xiàng)目，具有溫控、氧濃度控制等功能，試驗(yàn)時(shí)鉛鉍介質(zhì)與外部環(huán)境間能夠保持良好密封。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種高溫鉛鉍介質(zhì)內(nèi)材料摩擦性能加力測(cè)試系統(tǒng)，包括：

4、測(cè)試罐，罐內(nèi)密閉，作為測(cè)試空間，供旋轉(zhuǎn)樣品與固定樣品之間進(jìn)行摩擦性能加力測(cè)試，罐頂由可拆卸的頂蓋封裝，鉛鉍介質(zhì)能夠通過(guò)鉛鉍介質(zhì)循環(huán)回路在測(cè)試空間與儲(chǔ)存罐之間循環(huán)，測(cè)試過(guò)程中測(cè)試空間內(nèi)灌有由儲(chǔ)存罐送入的鉛鉍介質(zhì)，所述固定樣品由固定軸懸吊在測(cè)試空間內(nèi)，與固定軸之間可拆卸，測(cè)試過(guò)程中保持靜止，所述旋轉(zhuǎn)樣品由旋轉(zhuǎn)軸懸吊在測(cè)試空間內(nèi)，與旋轉(zhuǎn)軸之間可拆卸，測(cè)試過(guò)程中隨旋轉(zhuǎn)軸繞軸體中軸線同步回轉(zhuǎn)，與固定樣品之間保持線接觸，測(cè)試過(guò)程中固定樣品與旋轉(zhuǎn)樣品始終浸沒(méi)在鉛鉍介質(zhì)中；

5、旋轉(zhuǎn)軸，由外置于測(cè)試罐上方的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)繞中軸線可回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可調(diào)，外露于測(cè)試罐上方的軸體與頂蓋之間的環(huán)向間隙通過(guò)軸體上可拆卸套設(shè)的動(dòng)軸封組件密封，軸體頂端與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出軸底端之間同軸裝配扭矩傳感器，通過(guò)扭矩傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輸出扭矩值；

6、固定軸，外露于測(cè)試罐上方的軸體與所述頂蓋之間的接縫通過(guò)軸體上可拆卸外套的薄壁柔性波紋管密封，于軸體中上部處受加力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)能夠繞軸體頂端中心沿著固定軸與旋轉(zhuǎn)軸中軸線共同所在的平面擺動(dòng)，擺動(dòng)過(guò)程中與頂蓋之間始終留有間隙，加力機(jī)構(gòu)外置于測(cè)試罐外，沿著固定軸的徑向向固定軸施加加載力，并設(shè)有用于實(shí)時(shí)檢測(cè)加載力大小的力傳感器，通過(guò)加力機(jī)構(gòu)施加加載力，所述固定樣品可隨固定軸的擺動(dòng)與旋轉(zhuǎn)樣品接觸并產(chǎn)生接觸力，在加力機(jī)構(gòu)未施加加載力時(shí)，與旋轉(zhuǎn)樣品接觸之間僅接觸、無(wú)接觸力；

7、提升機(jī)構(gòu)，用于帶動(dòng)頂蓋升降，可向上提升并使頂蓋與測(cè)試罐罐頂脫離，所述旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、固定軸、加力機(jī)構(gòu)隨頂蓋同步升降；

8、儲(chǔ)存罐，用于鉛鉍介質(zhì)的儲(chǔ)存、向測(cè)試罐的測(cè)試空間送入所儲(chǔ)存鉛鉍介質(zhì)、接收自測(cè)試罐的測(cè)試空間回流的鉛鉍介質(zhì)；

9、氣瓶組，設(shè)有多個(gè)氣瓶，各氣瓶分別通過(guò)各自帶有流量控制器的氣路向測(cè)試罐的測(cè)試空間內(nèi)以及向儲(chǔ)存罐內(nèi)通入氣體，包括向測(cè)試罐與儲(chǔ)存罐內(nèi)鉛鉍介質(zhì)液面以上的氣相空間中通入的高壓惰性氣體，還包括向測(cè)試罐與儲(chǔ)存罐內(nèi)鉛鉍介質(zhì)中通入的還原性氣體與氧化性氣體；

10、加熱單元，包括用于對(duì)測(cè)試罐內(nèi)、鉛鉍介質(zhì)循環(huán)回路中、儲(chǔ)存罐內(nèi)鉛鉍介質(zhì)溫度測(cè)量的各測(cè)溫元件，還包括用于加熱鉛鉍介質(zhì)的加熱元件，任一測(cè)溫元件所檢測(cè)鉛鉍介質(zhì)溫度值低于設(shè)定溫度值時(shí)，通過(guò)啟動(dòng)加熱元件加熱鉛鉍介質(zhì)至設(shè)定溫度值；

11、氧濃度調(diào)節(jié)單元，包括用于檢測(cè)測(cè)試罐與儲(chǔ)存罐內(nèi)鉛鉍介質(zhì)氧濃度的各氧濃度傳感器，任一氧濃度傳感器所檢測(cè)鉛鉍介質(zhì)氧濃度值不同于設(shè)定氧濃度值時(shí)，通過(guò)氣瓶組向罐內(nèi)鉛鉍介質(zhì)通入還原性氣體或氧化性氣體至鉛鉍介質(zhì)氧濃度值至設(shè)定氧濃度值。

12、本發(fā)明相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：

13、所述加力機(jī)構(gòu)，包括伺服加載電缸、力傳感器、加載桿、加載彈簧，由所述伺服加載電缸提供驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)加載彈簧沿著桿長(zhǎng)方向施加至加載桿，所述加載桿沿著固定軸的徑向設(shè)置，末端螺紋裝配在固定軸上，所述力傳感器設(shè)置在伺服加載電缸執(zhí)行端與加載彈簧之間；

14、所述固定軸，上端通過(guò)固定在支架頂板上的圓柱軸承懸吊，可在固定軸與旋轉(zhuǎn)軸中軸線共同所在的平面內(nèi)向旋轉(zhuǎn)軸中軸線方向擺動(dòng)，軸體下端部穿過(guò)頂蓋伸至測(cè)試罐的測(cè)試空間內(nèi)。

15、所述動(dòng)軸封組件包括套設(shè)在旋轉(zhuǎn)軸外的動(dòng)密封與軸封冷卻器，所述軸封冷卻器可拆卸地裝配在動(dòng)密封與頂蓋之間，冷卻介質(zhì)為冷卻水，用于降低動(dòng)密封處的溫度。

16、所述波紋管為耐腐蝕不銹鋼材質(zhì)，兩管端帶法蘭，所述固定軸上設(shè)有配套法蘭，與波紋管上管端法蘭之間螺紋裝配，所述頂蓋與波紋管下管端法蘭之間螺紋裝配。

17、所述旋轉(zhuǎn)樣品為圓柱狀結(jié)構(gòu)，同軸安裝在旋轉(zhuǎn)軸下端，所述固定樣品為長(zhǎng)方體塊狀結(jié)構(gòu)，測(cè)試過(guò)程中外緣與旋轉(zhuǎn)樣品的外周壁之間線接觸。

18、所述鉛鉍介質(zhì)循環(huán)回路連通在儲(chǔ)存罐與測(cè)試罐的測(cè)試空間底部之間，設(shè)有用于控制管路通斷的電控閥門(mén)與用于過(guò)濾鉛鉍介質(zhì)內(nèi)雜質(zhì)的過(guò)濾器，所述測(cè)試罐底端所在高度位置高于儲(chǔ)存罐頂端所在高度位置。

19、所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)提供動(dòng)力，電機(jī)輸出軸與旋轉(zhuǎn)軸同軸，之間設(shè)置所述扭矩傳感器，所述扭矩傳感器的兩端分別通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)輸出軸及旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)接。

20、所述旋轉(zhuǎn)樣品通過(guò)鎖緊螺母可拆卸地緊固在旋轉(zhuǎn)軸上，固定樣品通過(guò)鎖緊螺母可拆卸地緊固在固定軸上。

21、所述氣瓶組包括用于儲(chǔ)存還原性氣體的還原氣瓶、用于儲(chǔ)存氧化性氣體的氧化氣瓶、用于儲(chǔ)存高壓惰性氣體的高壓氣瓶；所述還原氣瓶與氧化氣瓶均是，通過(guò)主氣管分別一分為二地形成兩路并聯(lián)的支路氣管，分別自罐體底部向測(cè)試罐與儲(chǔ)存罐內(nèi)的鉛鉍介質(zhì)中通入還原性氣體與氧化性氣體；所述高壓氣瓶通過(guò)惰性氣體主管路一分為二地形成兩路并聯(lián)的惰性氣體支管路，分別自罐體頂部向測(cè)試罐與儲(chǔ)存罐內(nèi)鉛鉍介質(zhì)液面以上的氣相空間中通入高壓惰性氣體；各主氣管、支路氣管、惰性氣體主管路、惰性氣體支管路上均配置有氣體流量計(jì)，用于控制對(duì)應(yīng)管路的通斷，在任一氧濃度傳感器所檢測(cè)鉛鉍介質(zhì)氧濃度值不同于設(shè)定氧濃度值時(shí)，通過(guò)開(kāi)啟相應(yīng)管路上的氣體流量計(jì)，通過(guò)還原氣瓶或氧化氣瓶向罐內(nèi)鉛鉍介質(zhì)中通入還原性氣體或氧化性氣體至鉛鉍介質(zhì)氧濃度值至設(shè)定氧濃度值。

22、與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

23、1、為開(kāi)展不同配對(duì)材料、不同旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、不同接觸力、不同溫度、不同鉛鉍介質(zhì)氧濃度等條件下的試驗(yàn)項(xiàng)目提供可行方案；

24、旋轉(zhuǎn)樣品與固定樣品均可拆卸，通過(guò)更換不同尺寸或材料的旋轉(zhuǎn)樣品與固定樣品，可開(kāi)展不同配對(duì)材料條件下的試驗(yàn)；旋轉(zhuǎn)樣品的回轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可開(kāi)展不同旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速條件下的試驗(yàn)；固定樣品在加力機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，能夠朝著旋轉(zhuǎn)樣品的回轉(zhuǎn)軸線向旋轉(zhuǎn)樣品微量擺動(dòng)，與旋轉(zhuǎn)樣品之間產(chǎn)生接觸力，通過(guò)改變加力機(jī)構(gòu)的伺服加載電缸的加載力，可開(kāi)展不同接觸力條件下的試驗(yàn)；測(cè)試空間內(nèi)鉛鉍介質(zhì)的溫度通過(guò)加熱單元可調(diào)控，使不同溫度條件下的試驗(yàn)可行；以及，測(cè)試空間內(nèi)鉛鉍介質(zhì)氧濃度通過(guò)氧濃度調(diào)節(jié)單元與氣瓶組協(xié)同作業(yè)可調(diào)控，通過(guò)向鉛鉍介質(zhì)中通入還原性氣體或氧化性氣體，來(lái)調(diào)節(jié)鉛鉍介質(zhì)氧濃度，可開(kāi)展不同鉛鉍介質(zhì)氧濃度條件下的試驗(yàn)；

25、2、試驗(yàn)過(guò)程中具有溫控、鉛鉍介質(zhì)氧濃度控制功能；

26、系統(tǒng)配置加熱單元、氣瓶組、氧濃度調(diào)節(jié)單元，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控鉛鉍介質(zhì)的溫度與氧濃度，在溫度值與氧濃度值不滿足試驗(yàn)要求時(shí)，可以實(shí)時(shí)調(diào)控；

27、3、試驗(yàn)過(guò)程中鉛鉍介質(zhì)與外部環(huán)境間能夠保持良好密封；

28、通過(guò)向測(cè)試空間上方氣相空間內(nèi)通入高壓惰性氣體，可以很好地隔絕鉛鉍介質(zhì)與外部環(huán)境空氣；在此基礎(chǔ)上，旋轉(zhuǎn)軸與測(cè)試罐頂蓋之間的環(huán)向間隙設(shè)有動(dòng)軸封組件保障密封，固定軸與測(cè)試罐頂蓋之間的接縫設(shè)有薄壁柔性波紋管保障密封，固定軸在波紋管所圍設(shè)的范圍內(nèi)可擺動(dòng)。