[发明专利]一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用

说明书

技术领域

本发明属于材料性能测试试验技术领域，准确地说，涉及到一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置及其应用。

背景技术

微动疲劳是压水堆(PWR)核电站部分关键构件发生服役损伤失效的主要原因之一，常发生于连接PWR核电站一、二回路的压力边界—蒸汽发生器(SG)传热管。SG传热管为薄壁结构，刚度较低，且传热管与支承板、抗振条间存在微小的间隙，电站运行时在流致振动激励下传热管与支承板、抗振条间会发生高频低幅相对滑动；同时，由于停堆/启堆、流致振动、热分层等，SG传热管将遭受腐蚀疲劳损伤，上述两种因素的共同作用将导致SG传热管遭受微动疲劳损伤，可能造成传热管破裂，危及反应堆安全。

目前，在高温高压循环水腐蚀疲劳试验技术领域，发明专利《一种带高温高压循环水的腐蚀疲劳试验装置，公开号：CN102346114A》只能实现高温高压循环水环境中圆棒状试样的常规拉压应变疲劳试验，不能满足高温高压循环水中微动疲劳损伤模拟试验的要求。由于高温高压循环水环境中原位对疲劳试样施加正压力且精确控制试样与磨头之间正压力非常困难，相关试验技术缺乏，国内外还没有高温高压循环水环境中材料微动疲劳性能的试验研究报道。因此，开发一种高温高压循环水环境中微动疲劳试验装置，应用于核电结构材料(如：SG传热管材料)的微动疲劳性能研究，对我国核电结构材料国产化以及核电站安全运行意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在高温高压循环水环境下测试材料微动疲劳试验装置及其应用，应用于核电结构材料高温高压循环水环境中微动疲劳性能研究，积累核电结构材料基础数据，为核电站关键设备疲劳设计、安全评估、寿命预测和老化管理奠定理论和技术基础。

本发明的技术方案是：

一种带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，该装置包括高温高压循环水系统、高压釜、疲劳机、法向正压力施加系统和控制系统，高温高压循环水系统为高压釜内提供试验所需的高温高压循环水，疲劳机对高压釜内的微动疲劳试样进行疲劳加载，施加交变载荷，法向正压力施加系统对高压釜内疲劳试样标距段表面，通过磨损压头精确施加微动疲劳所需的正压力，控制系统控制整个高温高压循环水系统和疲劳机，从而实现高温高压循环水中的微动疲劳试验。

所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，高温高压循环水系统设有储水罐、循环泵、高压泵、热交换器、预热器、冷凝器、背压阀、溶解氧探头，储水罐的水出口经过循环泵后分为两个回路：一回路用于水质监测，经溶解氧探头、离子交换树脂直接连回储水罐；二回路经过高压泵、热交换器、预热器后，连至高压釜，高压釜通过管路连回热交换器，经过冷凝器、背压阀、离子交换树脂，连至储水罐，形成回路。

所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，在疲劳机的两个立柱之间安装托台，高压釜倒置在疲劳机托台上，釜体在上，釜盖在下，高压釜的上端悬挂在疲劳机横梁上，高压釜的釜盖在高压釜的下端，釜盖的底部连接水冷装置，高压釜内设微动疲劳试样夹具及正压力施加系统；釜盖上设置进水口与出水口，所述出水口上密封连接不锈钢管，不锈钢管伸入高压釜的釜体底部。

所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，高压釜内有试样台，试样台通过四个立柱固定于釜盖上，所述的试样台上设有微动疲劳试样夹具，微动疲劳试样通过所述微动疲劳试样夹具的试样夹具底座和欧姆夹与试样台相连，试样夹具底座和欧姆夹对中并固定于试样台的上下面。

所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，水冷装置内穿设拉伸轴，拉伸轴的一端连接微动疲劳试样夹具上的微动疲劳试样，拉伸轴的另一端连接疲劳机的传动装置。

所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，施加微动疲劳试样的两端分别安装于试样夹具底座，法向正压力施加系统固定于上欧姆夹上，磨损压头与施加微动疲劳试样垂直，磨损压头的两端设置于法向正压力施加系统的磨损压头固定装置上，磨损压头的两端与法向正压力施加系统的法向正压力施加单元相对应，通过法向正压力施加单元施加微动疲劳试样的标距段表面与磨损压头之间的正压力，通过对法向正压力施加单元的调节，实现不同正压力的精确施加。

所述的带高温高压循环水的微动疲劳试验装置，控制系统的控制柜连接循环泵、高压泵、预热器、高压釜，在控制柜上控制循环泵、高压泵，并对预热器、高压釜进行控温，显示高压釜内的温度和压力，自动控制整个高温高压循环水回路。