一種長時連續工作蠕變持久試驗機制造技術

一種長時連續工作蠕變持久試驗機，所述試驗機包括：長壽命設計機械式蠕變持久加載主機、加熱爐故障更換設備與雙爐絲加熱爐，所述長壽命設計機械式蠕變持久加載主機電器部件采用雙功能冗余設計，保證加載機構的長時連續工作。所述雙爐絲加熱分為試驗加熱爐和備用加熱爐，所述試驗加熱爐設置于長壽命設計機械式蠕變持久加載主機上，所述備用加熱爐設置于所述加熱爐故障更換設備上，本發明專利技術的特點在于：蠕變持久試驗機因電器元件或加熱爐故障發生試驗中斷時，在保證原有溫度、載荷的前提下，可快速的進行故障元件及故障加熱爐的更換，在標準要求的載荷、溫度波動范圍內保證試驗機的連續工作，從而無限次地提高蠕變持久試驗機的工作壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬金屬材料力學性能特別是10萬小時以上長時連續蠕變持久性能測試分析領域，具體涉及一種長時連續工作蠕變持久試驗機。
技術介紹
固體材料在一定溫度下，保持應力不變時，應變隨時間延長而增加的現象稱為蠕變。材料的蠕變行為是時間、應力、溫度共同作用的結果，只要作用的時間足夠長，蠕變在應力遠小于彈性極限時也能出現。同樣，材料的蠕變行為在低溫下也會發生，但只有達到一定的溫度才能變得顯著，該溫度稱為材料的蠕變溫度。各種金屬材料的蠕變溫度約為0.3Tm（Tm為熔化溫度，以熱力學溫度表示），對于一些低熔點金屬如鉛、錫等，溫室下就會發生蠕變。因此，對于能源、石油化工、航空航天領域長時高溫受載條件下工作的構件，蠕變損傷是其主要的失效形式，材料的蠕變壽命是材料研發、構件設計、壽命預測和可靠性評估必須參考的基本高溫力學性能之一。1905年英國菲利普斯（F.Philips）首先觀察到金屬絲的蠕變現象，1910年英國安德雷德（E.N.daC.Andrade）實驗證實幾種純金屬也具有相同的蠕變特點，但直到1922年英國迪肯森（Dickenson）發表了鋼的蠕變試驗結果后，人們才開始認識到高溫承載下金屬構件均會發生蠕變，盡管其所承受的應力要比該溫度下構件材料的屈服強度低得多，蠕變試驗研究從此受到重視。早期研究發現，在一定的溫度和應力作用下，金屬材料的蠕變變形隨時間的延長而增加，研究者根據其建立起了蠕變變形和時間的關系曲線。隨后，又發展了材料在一定溫度下應力與時間的關系曲線，及蠕變斷裂曲線（我國稱持久強度曲線），并將105h蠕變斷裂時所對應的應力，稱為材料的蠕變斷裂強度或持久強度極限，規定其為高溫結構材料設計的依據。持久強度極限是衡量高溫結構材料長時應力作用下抗塑性斷裂能力的一種高溫強度特性指標，其作為結構材料高溫性能評價和高溫部件設計時材料選擇標準對工程材料的設計和使用有著非常重要的工程意義。但在20世紀30年代，材料一定溫度下的蠕變斷裂試驗不可能連續進行105h，材料的持久強度極限很難通過試驗實測獲得。因此，20世紀50年代起，研究者陸續提出了各種高溫結構材料持久強度外推方法，這些就是高溫結構材料壽命評估技術的原型。隨著科學技術的不斷發展，大量105h甚至2×105h蠕變斷裂數據的出現，科研尤其是工程技術人員對外推方法進行了不斷的檢驗、分析總結和優化，形成了現有的高溫結構材料蠕變壽命評估方法體系：持久強度模型（等溫外推模型，時間-溫度參數模型，Robinson壽命消耗模型）、蠕變變形模型（θ預測法，蠕變曲線外推）以及基于斷裂力學的蠕變損傷開裂和裂紋擴展模型。等溫外推模型屬經驗公式，只適用于蠕變過程中不存在組織結構變化的情況，可靠性非常低。2009年我國頒布實施的“中華人民共和國電力行業標準DL/T654-2009：火電機組壽命評估技術導則”中對火力發電機組中的涉及蠕變的高溫部件推薦使用的壽命評估技術方法為：1）等溫外推法；2）L-M參數法；3）θ預測法。但是由于國內缺乏長時蠕變持久試驗數據和合理的溫度加速試驗設計，材料的壽命評估技術還是以單純的可靠性較低的等溫外推法為主，而且DL/T654-2009中規定的外推壽命是最短試驗時間的10倍，遠低于國際標準3倍的要求，導致構件壽命預測的可靠性非常低，經常會出現：1）構件的預測壽命高于其運行時間；2）預測壽命低于其真實運行時間的情況。第一種情況會導致工程事故，第二種情況出現時，還需要對構件的壽命進行新一輪壽命Ⅱ級評估，即：在監督管道割管取樣，開展已服役材料蠕變持久試驗，重新進行構件的剩余壽命評估，試驗資源浪費極大。因此，進行能源、石油化工、航空航天等關鍵領域高溫結構材料10萬小時以上長時蠕變持久性能測試，開展構件持久壽命評估方法研究，開發高精度、可靠的金屬材料長時壽命外推計算系統，對我國關鍵領域高溫部件的安全評估，關鍵部件材料的開發使用有著非常重要的意義。蠕變持久試驗機主機由加載系統、加熱系統、測量與控制系統構成。機械式蠕變持久試驗機加載方式為純機械式的砝碼加載，正常工作狀態下不會出現故障；測量與控制系統依靠系統冗余設計、在線更換等方案也能夠實現連續10萬小時以上的工作壽命。試驗機10萬小時以上工作過程，最可能出現故障是加熱爐的故障，而且該故障引起的試驗誤差具有不可恢復性，因此，蠕變持久試驗機試驗過程中如果加熱爐發生故障，能夠在標準允許的溫度偏差內完成加熱爐的快速更換，是保證蠕變持久試驗機長時連續工作的關鍵。
技術實現思路
本專利技術提出一種長時連續工作蠕變持久試驗機，該試驗機通過蠕變持久加載主機電動部件雙功能冗余設計、加熱爐雙爐絲設計以及加熱爐故障更換設備，能夠在蠕變持久試驗機發生故障時，保證蠕變持久試驗機的10萬小時及以上的長時連續工作壽命。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種長時連續工作蠕變持久試驗機，所述試驗機包括：長壽命設計機械式蠕變持久加載主機、加熱爐故障更換設備與雙爐絲加熱爐，所述長壽命設計機械式蠕變持久加載主機電器部件采用雙功能冗余設置，保證加載機構的長時連續工作，所述雙爐絲加熱爐分為試驗加熱爐和備用加熱爐，所述試驗加熱爐設置于長壽命設計機械式蠕變持久加載主機上，所述備用加熱爐設置于所述加熱爐故障更換設備上，所述加熱爐故障更換設備通過備用爐車、托架、導軌等的定位設計，在加熱爐發生故障時在標準允許的溫度偏差內完成加熱爐的更換，保證加熱爐的長時連續工作。進一步的，所述長壽命設計機械式蠕變持久加載主機包括：主機框架、調平機構，所述調平組件包括調平開關和杠桿調平裝置，所述調平開關設置于所述主機框架頂部，所述杠桿調平裝置設置于所述主機框架底部，所述調平開關為杠桿調平裝置的控制系統，所述調平開關包括光電開關和機械開關。進一步的，所述加熱爐故障更換設備包括：試驗爐組件、備用爐組件與保溫裝置。進一步的，所述試驗爐組件包括：爐架、第一導軌、第一爐座、爐車定位扣，所述爐架設置于所述主機框架上，所述第一導軌設置于所述爐架上，所述第一爐座設置于所述第一導軌上并與所述第一導軌配合實現平移滑行，所述爐車定位扣設置于所述主機框架上用于與所述備用爐組件連接。進一步的，所述備用爐組件包括：備用爐車、升降臺、升降手柄、第二導軌、第二爐座與爐車定位桿，所述備用爐車下方設有行走輪，所述升降手柄與升降臺設置于所述備用爐車一側，所述升降手柄控制所述升降臺的升降，所述第二導軌設置于所述升降臺上，所述第二爐座設置于所述第二導軌上并與所述第二導軌配合實現平移滑行，所述爐車本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種長時連續工作蠕變持久試驗機，其特征在于，所述試驗機包括：長壽命設計機械式蠕變持久加載主機、加熱爐故障更換設備與雙爐絲加熱爐，所述長壽命設計機械式蠕變持久加載主機電器部件采用雙功能冗余設置，保證加載機構的長時連續工作，所述雙爐絲加熱爐分為試驗加熱爐和備用加熱爐，所述試驗加熱爐設置于長壽命設計機械式蠕變持久加載主機上，所述備用加熱爐設置于所述加熱爐故障更換設備上，所述加熱爐故障更換設備通過備用爐車和托架導軌定位設計，在加熱爐發生故障時在標準允許的溫度偏差內完成加熱爐的更換，保證加熱爐的長時連續工作。

【技術特征摘要】
1.一種長時連續工作蠕變持久試驗機，其特征在于，所述試驗機包括：長壽命設計機械
式蠕變持久加載主機、加熱爐故障更換設備與雙爐絲加熱爐，所述長壽命設計機械式蠕變
持久加載主機電器部件采用雙功能冗余設置，保證加載機構的長時連續工作，所述雙爐絲
加熱爐分為試驗加熱爐和備用加熱爐，所述試驗加熱爐設置于長壽命設計機械式蠕變持久
加載主機上，所述備用加熱爐設置于所述加熱爐故障更換設備上，所述加熱爐故障更換設
備通過備用爐車和托架導軌定位設計，在加熱爐發生故障時在標準允許的溫度偏差內完成
加熱爐的更換，保證加熱爐的長時連續工作。
2.根據權利要求1所述的試驗機，其特征在于，所述長壽命設計機械式蠕變持久加載主
機包括：主機框架、調平機構，所述調平組件包括調平開關和杠桿調平裝置，所述調平開關
設置于所述主機框架頂部，所述杠桿調平裝置設置于所述主機框架底部，所述調平開關為
杠桿調平裝置的控制系統，所述調平開關包括光電開關和機械開關。
3.根據權利要求2所述的試驗機，其特征在于，所述加熱爐故障更換設備包括：試驗爐
組件、備用爐組件與保溫裝置。
4.根據權利要求3所述的試驗機，其特征在于，所述試驗爐組件包括：爐架、第一導軌、
第一爐座、爐車定位扣，所述爐架設置于所述主機框架上，所述第一導軌設置于所述爐架
上，所述第一爐座設置于所述第一導軌上并與所述第一導軌配合，所述爐車定位扣設置于
所述主機框架上用于與所述備用爐組件連接。
5.根據權利要求4所述的試驗機，其特征在于，所述備用爐組件包括：備用爐車、升降
臺、升降手柄、第二導軌、第二爐座與爐車定位桿，所述備用爐車下方設有行走輪，所述升降
手柄與升降臺設置于所述備用爐車一側，所述升降手柄控制所述升降臺的升降，所述第二
導軌設置于所述升降臺上，所述第二爐座設置于所述第二導軌上并與所述第二導軌配合，
所述爐車定位桿設置于所述備用爐車一側，與試驗爐組件的爐車定位扣連接以固定爐...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫冬柏，王美玲，八木晃一，馮強，陸永浩，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：發明
國別省市：北京;11