一种高温高压水环境法向微动磨损试验装置

摘要

本发明提供一种高温高压水环境法向微动磨损试验装置，包括具有高温高压水环境的釜体，所述釜体内横向设置有带锁导轨，所述带锁导轨上设置有用于固定第一试样的第一固定座；所述釜体外设有横向驱动机构，所述横向驱动机构上设有传动杆，该传动杆活动穿设于釜体侧壁，且所述传动杆的长度方向与所述带锁导轨的长度方向相平行；所述传动杆远离所述横向驱动机构的一端设有用于固定第二试样的第二固定座；所述传动杆上设有力传感器，所述力传感器位于釜体之外；所述横向驱动机构、力传感器均电联接于控制系统，可模拟高温高压水环境下的法向微动磨损试验，并在试验过程中根据传感器获取的数据实时调节微动磨损试验参数，提高试验的准确度。

说明书

技术领域

本发明属于微动磨损试验装置技术领域，具体涉及一种高温高压水环境法向微动磨损试验。

背景技术

微动磨损是指两个金属的接触表面之间发生极小微量级的相对运动而产生的一种复合磨损。在水环境中，经常因流场波动导致机械构件发生微小的振动，不同材质的机械构件因振动接触产生微动磨损直至失效。压水堆核电机组蒸汽发生器传热管和燃料棒包壳等关键部件均位于高温高压水环境中，极易因微动磨损而失效，影响核电站的安全运行。因此，深入研究各关键部件的微动磨损行为，可以对关键部件的性能和寿命进行评价预估，有利于核电站的安全运行。

而目前的微动磨损试验装置，大多只能进行普通环境状态下高速摩擦引起的机械磨损(切向磨损)，无法模拟高温高压水环境中的微动磨损试验；少数可模拟高温高压水环境的微动磨损试验装置，也主要由传统疲劳机和高压釜构成，不能进行法向磨损试验(法向冲击试验)，适用范围小；即使一些微动磨损试验设备可进行法向微动磨损试验，也不能根据实际测量值实时控制微动振幅、微动频率、法向力等试验参数，以便真实地模拟各关键部件在实际工作中的微动磨损状态，从而获得准确的试验数据，为设计人员改善关键部件的性能提供参考依据。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高温高压水环境法向微动磨损试验装置，可模拟高温高压水环境下的法向微动磨损试验，并在试验过程中根据传感器获取的数据实时调节微动磨损试验参数，提高试验的准确度。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高温高压水环境法向微动磨损试验装置，包括具有高温高压水环境的釜体，所述釜体内横向设置有带锁导轨，所述带锁导轨上设置有用于固定第一试样的第一固定座；所述釜体外设有横向驱动机构，所述横向驱动机构上设有传动杆，该传动杆活动穿设于釜体侧壁，且所述传动杆的长度方向与所述带锁导轨的长度方向相平行；所述传动杆远离所述横向驱动机构的一端设有用于固定第二试样的第二固定座；所述传动杆上设有力传感器，所述力传感器位于釜体之外；所述横向驱动机构、力传感器均电联接于控制系统。当本发明装置工作时，横向驱动机构带动固定在第二固定座上的第二试样与固定在第一固定座上的第一试样进行往复法向冲击，实现两试样的法向磨损试验；同时，力传感器可以实时获取两试样间的法向作用力，控制系统通过对比采集到的法向作用力与预设法向作用力控制横向驱动机构，实现试验所需要的法向作用力，提高试验的有效性。

优选地，所述传动杆上还设有冷却装置，所述冷却装置位于所述力传感器与釜体之间，以防止釜体内的高温通过传动杆传递给力传感器，避免力传感器因高温而失效。

优选地，所述传动杆上还设有冷却装置，所述冷却装置将所述力传感器包裹在内；所述釜体侧壁上还设有供所述传动杆穿设的壳体，该壳体将所述冷却装置、力传感器及部分传动杆包裹在内；所述壳体外端设有密封环；冷却装置的设置既防止力传感器因高温而失效，又起到平衡釜体内外压差的作用，同时还避免传动杆与密封环之间的摩擦影响力传感器的测量精度。

优选地，所述横向驱动机构包括伺服电机，所述伺服电机上连接有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的两端置于机架上；所述滚珠丝杠上安装有丝杠螺母，所述传动杆固定在所述丝杠螺母上；所述机架上还设有至少一个光轴，所述丝杠螺母滑动设置在所有光轴上，且所述光轴的长度方向与所述滚珠丝杠的长度方向相平行，以通过电机丝杠结构实现第二试样的往复直线运动，而伺服电机便于精确控制微动频率(往复运动的频率)，滚珠丝杠便于精确控制微动幅度(往复运动幅度)，保证了控制精度。

优选地，所述丝杠螺母上设有位移传感器，所述位移传感器与所述控制系统电联接，便于获取试验过程中的微动幅度参数，以便控制系统将其与设定的微动幅度值进行对比，从而控制丝杠螺母的往复幅度，直至达到试验所需的微动幅度，提高试验的准确度。

优选地，所述釜体顶部设有进水口，所述釜体下部侧壁设有出水口，所述进水口与所述出水口通过水循环系统连接；所述釜体内部还设有电加热器、温度传感器和压力传感器，所述水循环系统、电加热器、温度传感器和压力传感器均与所述控制系统电联接，以便釜体内达到要求的高温高压水环境，保证试验数据的准确性。

如上所述，本发明的高温高压水环境法向微动磨损试验，具有以下有益效果：

(1)本发明的高温高压水环境法向微动磨损试验，采用伺服电机+滚珠丝杠的加载方式，可以有效保证加载精度，提高微动幅度及法向力的精确控制；

(2)力传感器、位移传感器、温度传感器和压力传感器的设置便于实时测量试验过程中的法向力、微动幅度、试验温度和试验压力，以便根据测量值进行参数调节，使其满足试验所需要的设定条件，保证试验数据的有效性；

(3)冷却装置的设置，可以有效防止釜体内的温度通过传动杆传递给力传感器和位移传感器，避免力传感器与位移传感器因高温而失效。

附图说明

图1为本发明一种高温高压水环境法向微动磨损试验装置的主视图(光轴未示出)。

图2为本发明一种高温高压水环境法向微动磨损试验装置的俯视图。

图3为本发明中控制系统与各设备的连接关系示意图。

附图标记说明

釜体1，带锁导轨2，第一固定座21，第一试样22，壳体23，密封环231，伺服电机3，滚珠丝杠31，丝杠螺母32，传动杆4，第二固定座41，第二试样42，力传感器5，冷却装置6，光轴7，位移传感器8，机架10。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图3所示，本发明的一种高温高压水环境法向微动磨损试验装置，包括具有高温高压水环境的釜体1，所述釜体1内横向设置有带锁导轨2(即向图1的左右方向延伸)，所述带锁导轨2上设置有用于固定第一试样22的第一固定座21；所述釜体1外设有横向驱动机构，所述横向驱动机构上设有传动杆4，该传动杆4活动穿设于釜体1侧壁，且所述传动杆4的长度方向与所述带锁导轨2的长度方向相平行；所述传动杆3远离所述横向驱动机构的一端设有用于固定第二试样42的第二固定座41；所述传动杆4上设有力传感器5，所述力传感器5位于釜体1之外；所述横向驱动机构、力传感器5均电联接于控制系统。当所述高温高压水环境法向微动磨损试验装置工作时，所述横向驱动机构通过传动杆4驱动第二固定座41固定的第二试样42与第一固定座21固定的第一试样22进行法向微动磨损试验(即第二试样42对第一试样22进行往复冲击)；在本实施例中，所述横向驱动机构包括伺服电机3，所述伺服电机3上连接有滚珠丝杠31，所述滚珠丝杠31的两端置于机架10上；所述滚珠丝杠31上安装有丝杠螺母32，所述传动杆4固定在所述丝杠螺母32上；所述机架10上还设有至少一个光轴7，所述丝杠螺母32滑动设置在所有光轴7上，且所述光轴7的长度方向与所述滚珠丝杠31的长度方向相平行。

本发明中的带锁导轨2为市场上常见的双轴心带锁导轨，其由导轨、滑块和锁紧件组成，自锁性能好，当滑块滑动在导轨的预设位置时，可通过锁紧件实现导轨与滑块的相对固定。由于双轴心带锁导轨为成熟产品，故不赘述。

如图1所示，所述传动杆4上设有冷却装置6，所述冷却装置6将所述力传感器5包裹在内；所述釜体1侧壁上还设有供所述传动杆4穿设的壳体23，该壳体23将所述冷却装置6、力传感器5及部分传动杆4包裹在内，且冷却装置6与壳体23间存在间隙，便于冷却装置6在传动杆6的带动下在壳体23往复移动；所述壳体23外端设有密封环231；在另一实施例中，所述传动杆4上还设有冷却装置6，所述冷却装置6位于所述力传感器5与釜体1之间，避免力传感器5因高温而失效，影响试验效果。

如图1和图3所示，所述丝杠螺母32上设有可监测丝杠螺母32往复移动幅度的位移传感器8，所述位移传感器8与所述控制系统电联接，在本实施例中，所述位移传感器8包括移动端和固定端，所述移动端设置在丝杠螺母32上，所述固定端设置在伺服电机3上。

如图1和图3所示，所述釜体1顶部设有进水口1a，所述釜体1下部侧壁设有出水口1b，所述进水口1a与所述出水口1b通过水循环系统连接；所述釜体1内部还设有电加热器、温度传感器和压力传感器，所述水循环系统、电加热器、温度传感器和压力传感器均与所述控制系统电联接。

当需要进行法向微动磨损试验时，需进行以下步骤：(1)将第一试样22固定在第一固定座21上，第二试样42固定在第二固定座41上，然后通过带锁导轨2调节第一固定座21的左右位置，直至第一试样22与第二试样42之间的初始间隙满足要求；(2)在釜体1内设置满足要求的高温高压水环境，可根据温度传感器和压力传感器的测量值实时调节釜体1内的温度值和压力值，使其满足要求；(3)启动伺服电机3，通过丝杠螺母结构带动第二试样42进行垂直于第一试样22的高频、微幅的往复冲击，并根据位移传感器和力传感器的测量值，实时调节第二试样42往复运动的频率、幅度(即微动频率和微动振幅)及试样间的法向作用力，以使其满足预设要求，保证试验数据的有效性。

综上所述，本发明的高温高压水环境法向微动磨损试验装置，可模拟高温高压水环境下的法向微动磨损试验，并在试验过程中根据传感器获取的数据实时调节微动磨损试验参数，提高试验的准确度；此外，本发明采用伺服电机+滚珠丝杠的加载方式，可以有效保证加载精度，提高微动幅度及法向力的精确控制；冷却装置的设置，可以有效防止釜体内的温度通过传动杆传递给力传感器和位移传感器，避免力传感器与位移传感器因高温而失效，影响试验效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。