本發(fā)明涉及一種多試樣磨損試驗(yàn)裝置，特別是涉及一種在高溫高壓水環(huán)境下的多試樣磨損試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

核電廠設(shè)計(jì)壽命長(zhǎng)，建造成本高，設(shè)計(jì)上采用了較多的在高溫高壓水環(huán)境下可能產(chǎn)生的相對(duì)位移的結(jié)構(gòu)，例如蒸汽發(fā)生器、燃料組件、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制棒組件、堆內(nèi)構(gòu)件等。這些組件為了得到固定，安裝結(jié)構(gòu)中形成很多摩擦副，例如，蒸汽發(fā)生器傳熱管與抗振條、傳熱管與傳熱管支撐板、燃料包殼管與定位格架、控制棒與控制棒導(dǎo)管、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪與驅(qū)動(dòng)軸、堆內(nèi)構(gòu)件與支撐座等，這些摩擦副均存在于高溫高壓水環(huán)境之下，摩擦副之間的磨損速率、摩擦阻力等參數(shù)是影響核電廠設(shè)備壽命及運(yùn)行安全性的重要指標(biāo)，在設(shè)計(jì)和建造核電廠時(shí)是必須測(cè)量的試驗(yàn)內(nèi)容。

目前，現(xiàn)有的磨損試驗(yàn)機(jī)主要針對(duì)低溫、無(wú)介質(zhì)壓力的試驗(yàn)環(huán)境而設(shè)計(jì)，很少有能夠在高溫高壓水環(huán)境下進(jìn)行磨損試驗(yàn)的磨損試驗(yàn)機(jī)。由于在高溫高壓的水環(huán)境、或者其它溶液環(huán)境下，常用金屬材料均有不同程度的氧化、腐蝕等現(xiàn)象發(fā)生，在表面生成氧化物，或者其它類型的腐蝕產(chǎn)物，這些腐蝕產(chǎn)物的物理性質(zhì)與基體材料有較大區(qū)別，也會(huì)顯著影響摩擦副的摩擦特性，進(jìn)而影響摩擦系數(shù)、磨損速率。因此，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法滿足在類似模擬核電廠高溫高壓溶液環(huán)境下進(jìn)行磨損試驗(yàn)的要求。要想在高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行磨損試驗(yàn)，需要克服三大問(wèn)題：

一、高溫高壓環(huán)境下動(dòng)試樣的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作輸入、驅(qū)動(dòng)桿的高壓密封、以及位移、載荷的測(cè)量與控制；

二、高壓釜內(nèi)靜試樣的定位、加載及載荷測(cè)量；

三、高壓釜操作程序復(fù)雜，運(yùn)行成本高，需要考慮高溫高壓溶液環(huán)境下磨損試驗(yàn)效率問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種多試樣磨損試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明提供一種多試樣磨損試驗(yàn)裝置，其包括高壓釜、試樣座、靜試樣座、加載彈簧、柔性鉸鏈、試樣座安裝架和驅(qū)動(dòng)桿；所述試樣座包括靜試樣座和動(dòng)試樣座；所述靜試樣座、靜試樣座和加載彈簧設(shè)置在所述高壓釜內(nèi)，采用與所述動(dòng)試樣座相連的所述驅(qū)動(dòng)桿穿出所述高壓釜的蓋，以為所述動(dòng)試樣座提供驅(qū)動(dòng)力；所述試樣座通過(guò)試樣座安裝架安裝在所述高壓釜內(nèi)。

優(yōu)選地，所述高壓釜形成一個(gè)試驗(yàn)介質(zhì)溶液的高壓邊界；所述高壓泵和背壓閥保持高壓循環(huán)介質(zhì)溶液環(huán)境，或者采用水溶液介質(zhì)升溫后自然形成的高壓，形成靜態(tài)高壓環(huán)境。

優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)桿采用聚四氟乙烯泛塞密封圈密封。

優(yōu)選地，所述靜試樣座通過(guò)采用薄板加工而成的柔性鉸鏈固定在所述高壓釜內(nèi)的支架上，采用所述靜試樣座通過(guò)彈簧給摩擦副加載。

優(yōu)選地，所述彈簧的安裝方式為，使用一根彈簧時(shí)安裝在對(duì)應(yīng)靜試樣中心位置，采用二根或四根彈簧時(shí)以靜試樣中心對(duì)稱分布；所述彈簧應(yīng)采用與環(huán)境介質(zhì)和溫度相匹配的材質(zhì)制造。

優(yōu)選地，所述動(dòng)試樣座為一體設(shè)計(jì)，可在四面對(duì)稱安裝多個(gè)動(dòng)試樣，每個(gè)所述靜試樣座為獨(dú)立組件設(shè)計(jì)，每個(gè)所述靜試樣座上安裝一個(gè)靜試樣，對(duì)應(yīng)每個(gè)動(dòng)試樣，形成摩擦副；動(dòng)試樣和靜試樣分別采用兩面和四面對(duì)稱安裝，每次試驗(yàn)?zāi)Σ粮卑惭b數(shù)量為偶數(shù)，即2、4、6、8、……，圖1為一次安裝8個(gè)摩擦副試樣的磨損機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

優(yōu)選地，所述動(dòng)試樣座的運(yùn)動(dòng)位移和摩擦阻力通過(guò)安裝在所述高壓釜外的位移傳感器和載荷傳感器測(cè)量。

優(yōu)選地，摩擦力測(cè)量時(shí)，需要在加熱到高溫高壓試驗(yàn)工況下對(duì)載荷傳感器清零；在運(yùn)行時(shí)，需要采用較低頻率的運(yùn)動(dòng)速度，以獲得動(dòng)、靜摩擦力；需要在未裝試樣條件下測(cè)量空載系統(tǒng)摩擦力。

優(yōu)選地，磨損機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)頭可采用電磁驅(qū)動(dòng)器、伺服驅(qū)動(dòng)器或凸輪軸等驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)位移傳感器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，通過(guò)載荷傳感器測(cè)量運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的摩擦力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的多試樣磨損試驗(yàn)裝置，主要用于壓水堆核電廠的蒸汽發(fā)生器傳熱管、核燃料包殼管、控制棒包殼管、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪等機(jī)構(gòu)在模擬核電廠運(yùn)行環(huán)境下的磨損試驗(yàn)，也可以用于其它行業(yè)的設(shè)備配件在液態(tài)溶液狀態(tài)下的磨損試驗(yàn)。

2、本發(fā)明提供的多試樣磨損試驗(yàn)裝置，可實(shí)現(xiàn)在高溫高壓溶液環(huán)境下的磨損試驗(yàn)，通過(guò)一次安裝多個(gè)試樣方式提高試驗(yàn)效率，通過(guò)采用彈簧為靜試樣加載簡(jiǎn)化了高壓釜內(nèi)試樣加載控制，通過(guò)在高壓釜外部驅(qū)動(dòng)桿上測(cè)量位移和載荷的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)的位移控制，以及位移和摩擦力的測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1為符合本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的多試樣磨損試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明多試樣磨損試驗(yàn)裝置包括動(dòng)試樣座2、靜試樣座5、柔性鉸鏈4、加載彈簧6、彈簧壓板9、試樣座安裝架3、立柱11、位移傳感器18和19，高壓釜釜體1、高壓釜釜蓋14、高壓釜密封圈12、驅(qū)動(dòng)桿13、驅(qū)動(dòng)桿密封圈15和其它部件。動(dòng)、靜試樣座、加載彈簧、柔性連接片、試樣座安裝架等安裝在高壓釜內(nèi)。

高壓釜釜體1、釜蓋14和高壓釜密封圈12、驅(qū)動(dòng)桿密封圈15、驅(qū)動(dòng)桿密封圈蓋板16、以及釜蓋上安裝的管接頭形成了壓力邊界，保持運(yùn)行過(guò)程中高壓釜內(nèi)高壓環(huán)境。高壓釜內(nèi)壓力可以采用兩種方式保持，一是用高壓泵與背壓閥結(jié)合，形成一種循環(huán)介質(zhì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)循環(huán)高壓釜試驗(yàn)環(huán)境；二是根據(jù)水在密閉容器中升溫時(shí)升壓的自然原理，高壓釜內(nèi)加熱后形成靜態(tài)高壓釜試驗(yàn)環(huán)境。

動(dòng)試樣座2與驅(qū)動(dòng)桿13之間螺紋連接，用鎖緊螺母鎖緊，用于安裝摩擦副的動(dòng)試樣7，由驅(qū)動(dòng)桿13帶動(dòng)，從外部輸入磨損驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)桿和高壓釜蓋14上分別固定有位移傳感器(例如LVDT)固定裝置鐵芯連接板17和線圈固定夾20，分別固定LVDT的鐵芯18和線圈19。根據(jù)實(shí)際安裝需要，也可以將LVDT的線圈固定在高壓釜蓋上，鐵芯固定在驅(qū)動(dòng)桿上。

本發(fā)明動(dòng)試樣座2為一體化設(shè)計(jì)，圍繞驅(qū)動(dòng)軸四面對(duì)稱安裝偶數(shù)個(gè)數(shù)的動(dòng)試樣7，圖1上顯示可以安裝16個(gè)試樣。

四根立柱11和2～多片靜試樣座安裝架3組成了靜試樣座的安裝定位系統(tǒng)，安裝架3同時(shí)也作為動(dòng)試樣座2的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，保證動(dòng)試樣座2在驅(qū)動(dòng)桿的帶動(dòng)下沿給定運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

靜試樣座5通過(guò)柔性鉸鏈4與靜試樣座安裝架3由螺栓固定連接，保證柔性鉸鏈的平面與動(dòng)試樣座2的運(yùn)行方向平行，從而保證柔性鉸鏈在動(dòng)試樣座運(yùn)動(dòng)方向上固定，而在彈簧加載方向上自由。柔性鉸鏈4采用0.1～0.6mm厚度的薄板制作，根據(jù)靜試樣上的載荷大小選擇薄板厚度和柔性鉸鏈頸部尺寸。這樣，既能保證靜試樣在動(dòng)試樣運(yùn)動(dòng)軸方向的固定，又能保證彈簧的載荷全部加載到靜試樣上。

驅(qū)動(dòng)桿13伸出高壓釜后，通過(guò)載荷傳感器與驅(qū)動(dòng)裝置連接，圖1中未畫出載荷傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置示意圖。載荷傳感器可采用S型、輪輻型、或者其它類型滿足試驗(yàn)要求的傳感器，驅(qū)動(dòng)裝置可采用電磁驅(qū)動(dòng)頭、電液伺服、機(jī)械伺服、或者凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例具有以下有益效果：

1、本實(shí)施例提供的多試樣磨損試驗(yàn)裝置，主要用于壓水堆核電廠的蒸汽發(fā)生器傳熱管、核燃料包殼管、控制棒包殼管、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉤爪等機(jī)構(gòu)在模擬核電廠運(yùn)行環(huán)境下的磨損試驗(yàn)，也可以用于其它行業(yè)的設(shè)備配件在液態(tài)溶液狀態(tài)下的磨損試驗(yàn)。

2、本實(shí)施例提供的多試樣磨損試驗(yàn)裝置，可實(shí)現(xiàn)在高溫高壓溶液環(huán)境下的磨損試驗(yàn)，通過(guò)一次安裝多個(gè)試樣方式提高試驗(yàn)效率，通過(guò)采用彈簧為靜試樣加載簡(jiǎn)化了高壓釜內(nèi)試樣加載控制，通過(guò)在高壓釜外部驅(qū)動(dòng)桿上測(cè)量位移和載荷的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)的位移控制，以及位移和摩擦力的測(cè)量。

本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的系統(tǒng)而言，由于與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說(shuō)明即可。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)使用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。