[实用新型]蒸汽发生器传热管的多向微动磨损设备

说明书

技术领域

本实用新型属于一种专门应用于蒸汽发生器传热管的多向复合微动磨损装置。

背景技术

微动是指在机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下，两个接触表面之间（如紧配合面）发生的极小振幅（微米量级）的相对运动，这些接触表面通常名义上静止，即微动发生在“紧固”配合的机械部件中。

核电站蒸汽发生器的传热管通过高温流体的流动传热。由于流体各部分的流速、温度不均匀，会导致传热管与其-支撑结构（如，传热管-防震条，传热管-支撑板）间发生微动及其微动磨损。目前，全世界所有类型的压水堆核电站蒸汽发生器均已发现有不同程度的微动磨损现象。随着核电站运行时间的延长，影响核电站关键部件寿命的主要降质机制应该成为科研人员研究的焦点问题。例如，中国大亚湾核电站运行已处于40年设计寿命中期，核电站关键部件的寿命评估及预测问题日显突出。

在核电站蒸汽发生器用传热管-支撑结构这种圆柱-平面接触条件下，会发生切向、径向、多向（复合）微动等几种微动模式。由于核电站蒸汽发生器传热管的致振载荷是复杂的交变载荷，其微动模式主要是多向微动，它可以分解为切向微动与径向微动。对这种多向微动磨损进行试验与分析，以搞清其磨损机理及与相关工况的关系，从而为核电站蒸汽发生器传热管的设计、制造与维护提供准确、可靠的试验依据，以降低裂纹的萌生和扩展，提高传热管的疲劳寿命。但目前，尚无专门为核电传热管微动磨损实验量身设计的实验装备和试验方法，无传热管微动磨损基础实验数据积累、相应磨损机理模型和寿命预测模型，这必将制约对蒸汽发生器的完整性评估及寿命预测，进而影响核电站安全、可靠运行。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是提供一种传热管的多向微动磨损设备。该设备能够进行不同工况与规格材料的核电站蒸汽发生器用传热管的多向微动摩擦磨损试验，且其结构简单，容易操作，控制与测试的精度高，实验数据准确、可靠，重现性好。

本实用新型实现其发明目的所采用的技术方案是，一种蒸汽发生器传热管的多向微动磨损设备，由机架、驱动装置、调平升降系统和数据采集控制系统组成，其中：

所述的机架的构成是：底座上设置有龙门架，龙门架的两立柱上套合有可垂向移动的中梁，中梁中部的上表面通过丝杆副与龙门架的顶梁相连；

试件驱动装置的构成是：压电陶瓷作动器的上端与中梁中部的下表面固定连接，下端依次通过柔性接头、连接杆、测力传感器与夹持块状试件的上夹具相连，上夹具与中梁之间安装有位移传感器;

传热管调平升降系统的构成是：角位移台固定在底座上，角位移台上表面固定有升降台，升降台上表面安装一个试件支撑板，试件支撑板上靠拢放置两个等直径的圆柱形试件，两个圆柱形试件的外侧紧靠左右侧的夹紧板，且夹紧板上方螺纹连接有下压板，下压板下内侧的弧形面与圆柱形试件紧配合；在两圆柱形试件中上部放置传热管，传热管位于上夹具的正下方;

位移传感器、测力传感器和压电陶瓷作动器均与数据采集控制系统连接。

本实用新型的工作原理和过程是：

a、将块状试件夹持在上夹具上，通过丝杆副调节中梁的垂直高度，使块状试件与传热管靠近，再调整角位移台的前后倾角使传热管与块状试件的平面保持平行，随后调节升降台的高度使块状试件与传热管保持良好的线接触；

b、数据采集控制系统控制压电陶瓷作动器向下运动，向块状试件施加设定的垂向载荷；然后数据采集控制系统控制压电陶瓷作动器上下作动，使上夹具夹持的块状试件以设定的振幅和往复次数与传热管实现径向往复微动，并通过位移传感器实现振幅的闭环控制；同时传热管与两个圆柱形试件实现切向-径向多向微动；力传感器同时测出块状试件所受的载荷。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、将块状试件与竖向的压电陶瓷作动器相连，传热管放置于两圆柱试样之上，由压电陶瓷作动器驱动块状试件与传热管发生径向（垂向）微动，实现对传热管与支撑件的径向微动磨损的模拟；同时传热管与两圆柱形试件发生的斜向微动，则实现了传热管与支撑件间切向与径向多向复合微动。

二、块状试件与压电陶瓷作动器定位准确作动幅度小，频率稳，精度高；此外，角位移台精确将块状试件与传热管对中，升降台精确保证垂直位置的调整，并且各自独立；从而能精确实现块状试件及传热管的线接触，并保证各接触处均按设定的微小位移幅值（最小可达100nm）进行多向复合微动；压电陶瓷作动器也能精确施加设定的法向载荷，从而精确实现给定参数条件下的传热管的径向微动试验和切向—径向多向复合微动摩擦磨损试验的同时进行。