[发明专利]一种蠕变持久试验机用样品快速冷却设备

说明书

技术领域

本发明属于长时连续蠕变持久性能测试和组织结构分析技术领域，具体涉及一种蠕变持久试验机用样品快速冷却设备.

背景技术

实际运行过程中，火电机组关键部件比如：高温锅炉管、高温联箱、高温管道等都处于高温高压环境下，蠕变损伤是其主要的失效形式。开展材料的蠕变损伤机理、损伤规律等研究是材料研发，构件设计、寿命预测和可靠性评估必须参考的材料基本高温信息之一。

材料的蠕变损伤一方面为部件因蠕变造成的不可逆的永久塑性变形，另一方面则是部件用材料因微观组织老化引起的性能劣化。除应力和温度条件外，材料的蠕变损伤也与时间有关，是一个长时累积的破坏过程，工程界定义某一温度下材料10万小时蠕变断裂时所对应的应力，为材料该温度下的蠕变断裂强度或持久强度极限，并规定其为高温结构材料设计的依据。

早在20世纪30年代，材料一定温度下的蠕变断裂试验不可能连续进行10万小时，其持久强度极限很难通过试验实测获得，因此，研究人员陆续提出了各种高温结构材料持久强度外推方法。随着科学技术的不断发展，大量10万甚至20万小时蠕变断裂数据的出现，科研尤其是工程技术人员对外推方法进行了不断的检验、分析总结和优化，形成了现有基于持久强度的“等温外推模型”、“时间-温度参数模型”、“Robinson寿命消耗法”，基于蠕变变形的“θ预测法”、“蠕变曲线外推模型”和基于断裂力学的“蠕变损伤开裂和裂纹扩展模型”等构成的材料长时蠕变寿命外推方法体系。

材料长时蠕变寿命外推方法中，基于持久强度和蠕变变形的寿命外推模型需要大量的蠕变性能数据支撑。此外，火电机组用材料服役后的组织结构老化现象非常严重，而且不同部件不同材料的老化状况千差万别，会造成材料蠕变寿命外推方法的不确定性。因此，进行材料长时蠕变性能测试的同时，详细分析材料蠕变损伤机理及蠕变过程中的组织结构老化规律，并据此修正蠕变寿命外推模型也是非常重要的工作。

目前，材料蠕变持久过程中的组织结构分析大多是试验结束后样品随炉冷却再采用离线分析手段进行的，获得的组织结构特征与材料高温蠕变实时运行过程中信息存在一定差异。因此，在现有蠕变持久试验设备中设计测试样品快速冷却系统，形成新型材料长时蠕变损伤测试设备，获取并积累火电机组用关键材料精确的长时蠕变组织结构数据，揭示火电机组用材料长时运行过程中的蠕变损伤机理、和组织结构老化规律，为火电机组关键高温部件/材料高可靠性的蠕变寿命评估外推方法及其工程化应用提供基础技术支撑，对我国火电机组用材料的国产化研发，机组高温构件的设计及电站的安全运行有着重要的经济和社会意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种蠕变持久试验机用样品快速冷却设备，所述快速冷却设备采用液氮冷却环境箱托架和轨道移动定位设计，通过在蠕变持久试验进行到规定时间时，将液氮冷却环境箱移动至蠕变持久试验机高温加热炉位置并与其开口对接，准确定位后，迅速完成高温加热炉与液氮冷却环境箱之间的切换，实现高温蠕变持久测试样品的快速冷却；

进一步地，所述快速冷却设备包括高温加热炉支架和试验主机，所述高温加热炉支架采用四立柱结构，立柱下端与试验主机连接，立柱上端配置两条支架直线滑轨；高温加热炉底座下底面设计有配合支架直线滑轨的滑轮，并置于支架直线滑轨之上，可实现高温加热炉底座在支架直线滑轨上自由移动；蠕变持久试验机用高温加热炉置于高温加热炉底座之上；

进一步地，所述快速冷却设备还包括移动小车和液氮冷却环境箱，所述移动小车包括环境箱底座、脚轮、液氮罐移动箱和移动小车直线滑轨，所述环境箱底座下端设计有配合移动小车直线滑轨的滑轮，并置于直线滑轨上，可用于实现环境箱底座在移动小车直线滑轨上的自由移动；

进一步地，所述液氮冷却环境箱置于移动小车的环境箱底座之上；液氮冷却环境箱上端设计有液氮气体入口，液氮气体入口通过卡套接头与输送液氮气体的精密无缝钢管上端连接；精密无缝钢管下端与液氮罐连接，并在液氮罐的出气端设计减压阀和球阀开关；液氮罐放置于移动小车液氮罐移动箱内；

进一步地，所述液氮冷却环境箱，液氮气体入口，精密无缝钢管，减压阀，球阀开关，液氮罐构成环境箱液氮冷却系统；

进一步地，通过所述快速冷却设备进行快速冷却包括以下步骤：

1）：蠕变持久试验进行到规定时间时，移动小车将液氮冷却环境箱、液氮罐等移动到试验机处，利用定位装置将移动小车直线滑轨与高温加热炉支架直线滑轨对接定位并锁紧；