一種蒸汽腐蝕疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種蒸汽腐蝕疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油、化工、電力等工業(yè)領(lǐng)域，因蒸汽腐蝕疲勞導(dǎo)致的設(shè)備失效事故時(shí)有發(fā)生。如汽輪機(jī)、蒸汽壓縮機(jī)等轉(zhuǎn)子長期在復(fù)雜交變載荷和蒸汽腐蝕環(huán)境下工作，鍋爐、蒸汽發(fā)生器、換熱器等受氣泡交替產(chǎn)生和破滅的影響，汽包和蒸汽管道等受來自相鄰設(shè)備和內(nèi)部流體產(chǎn)生的激振、以及壓力脈動(dòng)導(dǎo)致的氣柱諧振等作用，均存在蒸汽腐蝕疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)，影響設(shè)備長周期安全、高效運(yùn)行。對(duì)于此類設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選取時(shí)，需要以蒸汽腐蝕環(huán)境下的疲勞性能數(shù)據(jù)為依據(jù)，并綜合考慮機(jī)械、溫差應(yīng)力和蒸汽腐蝕等共同作用。
[0003]目前，我國測(cè)試材料在蒸汽腐蝕環(huán)境下疲勞性能的試驗(yàn)系統(tǒng)仍比較匱乏，雖然中國專利文獻(xiàn)《高溫蒸汽環(huán)境下的高頻疲勞壽命試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法》(公開號(hào):CN103954514A)報(bào)道了一種高溫蒸汽環(huán)境下的疲勞壽命試驗(yàn)系統(tǒng)，但其主要針對(duì)電力裝備中的汽輪機(jī)葉片等，側(cè)重于考慮測(cè)試濕蒸汽中氧氣含量對(duì)材料疲勞性能的影響，無法完全模擬石油、化工、電力等工業(yè)領(lǐng)域中的各種不同溫度及不同狀態(tài)下的蒸汽腐蝕環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種蒸汽腐蝕疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠滿足模擬石油、化工、電力等工業(yè)領(lǐng)域中更寬廣的蒸汽環(huán)境溫度范圍需求，實(shí)現(xiàn)精確的溫度調(diào)控，為服役于蒸汽腐蝕環(huán)境和交變載荷作用下的設(shè)備選材設(shè)計(jì)和壽命評(píng)價(jià)提供支撐。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種蒸汽腐蝕疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，包括疲勞試驗(yàn)機(jī)以及設(shè)置在疲勞試驗(yàn)機(jī)上的疲勞加載夾具，本系統(tǒng)還包括蒸汽環(huán)境密封筒、加熱爐和蒸汽發(fā)生箱，
[0007]所述疲勞試驗(yàn)機(jī)用于提供疲勞載荷，并通過所述疲勞加載夾具將疲勞載荷施加到疲勞試樣上進(jìn)行試驗(yàn)；
[0008]所述蒸汽環(huán)境密封筒包覆在所述疲勞試樣的外側(cè)，用于向疲勞試樣提供密封的蒸汽環(huán)境；
[0009]所述加熱爐用于對(duì)蒸汽環(huán)境密封筒中的蒸汽進(jìn)行二次加熱；
[0010]所述蒸汽發(fā)生箱用于向蒸汽環(huán)境密封筒中提供蒸汽。
[0011]優(yōu)選的，所述疲勞加載夾具包括分別夾持在疲勞試樣兩端的上夾持部和下夾持部，所述上夾持部自上而下依次設(shè)置有上連接法蘭和上密封法蘭，所述下夾持部自下而上依次設(shè)置有下連接法蘭和下密封法蘭；
[0012]所述蒸汽環(huán)境密封筒包括彼此固接且連通的密封筒體和波紋管，蒸汽環(huán)境密封筒的上下兩端分別與疲勞加載夾具中的上密封法蘭和下密封法蘭固接并密封，且蒸汽環(huán)境密封筒上還設(shè)置有與所述蒸汽發(fā)生箱的第一蒸汽管道相連的蒸汽入口以及與所述蒸汽發(fā)生箱的第二蒸汽管道相連的蒸汽出口。
[0013]進(jìn)一步的，所述密封筒體的筒長大于波紋管的管長，且所述密封筒體包覆在所述疲勞試樣的周側(cè)，所述加熱爐包覆在密封筒體的外側(cè)；所述蒸汽入口設(shè)置在所述密封筒體上，所述蒸汽出口設(shè)置在波紋管與疲勞加載夾具相固接的法蘭盤上。
[0014]優(yōu)選的，所述蒸汽發(fā)生箱中設(shè)置有蒸汽發(fā)生器和蓄水箱，所述蒸汽發(fā)生器與所述蓄水箱之間通過單向閥相連，所述蒸汽發(fā)生器與所述蒸汽環(huán)境密封筒之間分別連接有第一蒸汽管道和第二蒸汽管道。
[0015]進(jìn)一步的，所述蒸汽發(fā)生箱中還設(shè)置有冷卻水箱和冷卻水栗，所述冷卻水箱與所述冷卻水栗的入口之間設(shè)置有第四冷卻水管，所述冷卻水栗的出口設(shè)置有通向所述疲勞加載夾具并對(duì)疲勞加載夾具進(jìn)行冷卻的、依次連接的第三冷卻水管、第二冷卻水管和第一冷卻水管，所述第一冷卻水管的出水口插設(shè)在所述冷卻水箱中。
[0016]更進(jìn)一步的，所述蒸汽環(huán)境密封筒的下側(cè)設(shè)置有便于冷凝水自流通向第一冷卻水管的冷凝水管。
[0017]優(yōu)選的，所述蒸汽發(fā)生箱的箱體外側(cè)設(shè)置有連接螺桿，所述加熱爐通過可折疊爐架與所述連接螺桿可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在一起。
[0018]進(jìn)一步的，所述連接螺桿與蒸汽發(fā)生箱的箱體之間構(gòu)成螺紋連接，所述連接螺桿上設(shè)置有便于調(diào)節(jié)器連接螺桿高度的手輪。
[0019]優(yōu)選的，所述疲勞加載夾具的包覆在蒸汽環(huán)境密封筒內(nèi)部的部分上安裝有可對(duì)疲勞試樣的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的熱電偶。
[0020]優(yōu)選的，所述蒸汽發(fā)生箱的底部安裝有移動(dòng)腳輪。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]I)、本發(fā)明在工作時(shí)，由蒸汽發(fā)生箱提供初級(jí)蒸汽，初級(jí)蒸汽通過蒸汽管道進(jìn)入蒸汽環(huán)境密封筒中，然后通過加熱爐對(duì)蒸汽環(huán)境密封筒內(nèi)的初級(jí)蒸汽進(jìn)行二次加熱以達(dá)到試驗(yàn)所需的溫度，從而本發(fā)明能夠模擬更為寬廣的蒸汽溫度范圍狀況，滿足從濕蒸汽到不同過熱蒸汽的各種試驗(yàn)環(huán)境的需求，為測(cè)試循環(huán)交變載荷與蒸汽腐蝕環(huán)境共同作用下的材料的疲勞性能提供了良好的平臺(tái)，試驗(yàn)結(jié)果可為服役于蒸汽腐蝕環(huán)境和交變載荷作用下的設(shè)備選材設(shè)計(jì)和壽命評(píng)價(jià)提供支撐。
[0023]2)、本發(fā)明中的熱電偶安裝在疲勞加載夾具上，實(shí)際工作時(shí)可將熱電偶的位置設(shè)置為最大限度的接近疲勞試樣，由此測(cè)得的溫度不但準(zhǔn)確可靠，而且熱電偶與控制器相配合，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的溫度調(diào)控，進(jìn)一步提升了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0024]3)、本發(fā)明進(jìn)行試驗(yàn)所需的蒸汽腐蝕環(huán)境由蒸汽環(huán)境密封筒提供，蒸汽環(huán)境密封筒的結(jié)構(gòu)緊湊可靠，其兩端分別與疲勞加載夾具的上、下密封法蘭連接，且連接處進(jìn)行密封，由此不但完美地模擬了實(shí)際工況，而且有效地降低了蒸汽的消耗量，并大大提高了試驗(yàn)裝置的安全性能。
[0025]4)、本發(fā)明中的蒸汽環(huán)境密封筒由密封筒體和波紋管構(gòu)成，密封筒體的主要功能是為疲勞試樣提供一個(gè)良好地蒸汽環(huán)境條件，而波紋管的主要功能則是通過其自身的伸縮變形，吸收整個(gè)蒸汽環(huán)境密封筒由熱脹冷縮或其他原因而產(chǎn)生的軸向尺寸變化，從而實(shí)現(xiàn)蒸汽環(huán)境密封筒的整體長度的循環(huán)可控，有效地將動(dòng)密封轉(zhuǎn)變?yōu)殪o密封。本發(fā)明的這種密封結(jié)構(gòu)不僅改善和提高了密封效果，而且提高了設(shè)備長周期運(yùn)行的可靠性。
[0026]5)、本發(fā)明中的蒸汽發(fā)生箱中設(shè)有向蒸汽發(fā)生器提供水源的蓄水箱，這種設(shè)計(jì)確保了試驗(yàn)?zāi)軌虺掷m(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行，在提高設(shè)備自身安全性的同時(shí)還進(jìn)一步起到了節(jié)能的作用。
[0027]6)、本發(fā)明中還設(shè)置有由冷卻水箱、冷卻水栗和冷卻水管構(gòu)成的水冷系統(tǒng)，所述水冷系統(tǒng)可以對(duì)疲勞加載夾具與疲勞試驗(yàn)機(jī)相連接的兩端部進(jìn)行有效地冷卻，從而一方面確保處于蒸汽環(huán)境密封筒中的疲勞加載夾具能夠在高溫蒸汽環(huán)境中按照設(shè)定要求施加載荷，另一方面使得與疲勞試驗(yàn)機(jī)相連接的疲勞加載夾具的兩端部仍然保持常溫狀態(tài)，因此疲勞試驗(yàn)機(jī)能夠免受高溫影響而持續(xù)可靠穩(wěn)定的工作。
[0028]7)、本發(fā)明中的蒸汽發(fā)生箱通過連接螺桿和可折疊爐架對(duì)加熱爐提供支撐，由于連接螺桿上安裝有可調(diào)節(jié)連接螺桿上下移動(dòng)的手輪，同時(shí)蒸汽發(fā)生箱的下側(cè)安裝有便于蒸汽發(fā)生箱四處移動(dòng)的移動(dòng)腳輪，從而蒸汽發(fā)生箱通過其自身和連接螺桿的移動(dòng)，能夠?qū)訜釥t的位置進(jìn)行調(diào)整和定位，極大地方便了試驗(yàn)的操作。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖2是疲勞試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖3是加載夾具和疲勞試樣相連接后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖4是蒸汽環(huán)境密封筒示意圖。
[0033]圖5是加熱爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖6是蒸汽發(fā)生箱體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖7是圖6的A-A向剖視圖。
[0036]圖中標(biāo)記的含義如下:
[0037]10 一疲勞試驗(yàn)機(jī)IlA—試驗(yàn)機(jī)上法蘭盤 IlB—試驗(yàn)機(jī)下法蘭盤
[0038]20—疲勞加載夾具 2IA—上連接法蘭2IB—下連接法蘭
[0039]22A—上密封法蘭 22B—下密封法蘭23—疲勞試樣 24—熱電偶
[0040]30—蒸汽環(huán)境密封筒 31A—蒸汽出口31B—蒸汽入口
[0041]32—波紋管33—密封筒體
[0042]40—加熱爐41 一加熱爐筒體42—可折疊爐架
[0043]50—蒸汽發(fā)生箱5IA—第一冷卻水管 5IB—第二冷卻水管
[0044]51C—第三冷卻水管 51D—第四冷卻水管
[0045]52A—第一蒸汽管道 52B—第二蒸汽管道 52C—冷凝水管
[0046]53A—連接螺桿53B—手輪54—移動(dòng)腳輪
[0047]55—蒸汽發(fā)生器56—蓄水箱57—單向閥
[0048]58—冷卻水箱59—冷卻水栗
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的工作過程做進(jìn)一步說明。
[0050]如圖1?7所示，本蒸汽腐蝕疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)包括如下組成部分:包括疲勞試驗(yàn)機(jī)10、疲勞加載夾具20、蒸汽環(huán)境密封筒30、加熱爐40、蒸汽發(fā)生箱50。
[0051 ] 所述疲勞試驗(yàn)機(jī)10上設(shè)有試驗(yàn)機(jī)上法蘭盤IIA和試驗(yàn)機(jī)下