專利名稱：高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，尤其是涉及熱電廠鍋爐、核電廠承壓受熱管道、化工反應器等高溫高壓部件與焊接接頭壽命的實驗裝置。
背景技術：
在現(xiàn)代大容量電站鍋爐高溫過熱器和再熱器的設計中，為了充分利用金屬材料提高循環(huán)效率，已使爐內受熱面的設計壁溫非常接近其金屬的許用溫度限值，受熱面又處于很高的煙溫區(qū)，因此碳化物球化，內壁氧化皮剝落減薄，持久強度下降，蠕變速度加快，缺陷擴展較正常情況下速度快很多，常導致提前失效爆管。因此研究各種運行條件下高溫承壓設備的壽命對于壽命管理和狀態(tài)檢修具的重要的意義?，F(xiàn)有的高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置將試件做成各種標準的薄片形狀，放在疲勞、蠕變試驗機上，通過加熱裝置維持一定的溫度，經機械加載裝置施加一定的拉壓應力，測試試件的破壞情況，推算出一些材料有關的強度參數(shù)等。這種實驗裝置雖然比較簡單，但是由于試件形狀和所處環(huán)境條件、缺陷的形式都與實際運行中相差甚大，所以無法直接對各種實際運行條件下缺陷的擴展過程進行研究。而現(xiàn)場試驗研究則受很大的限制，時間漫長，且最危險的受熱面在爐內深處，難以直接測試。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題，就是提供一種高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其能真正模擬高溫高壓部件在鍋爐運行實際中的各種工況、并能對試件進行全過程監(jiān)測。解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:一種高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其特征在于:包括以管道依次連接的注水裝置3、蒸汽發(fā)生裝置I和試件加熱與測試裝置2，以及控制各裝置壓力與溫度的壓力與溫度調節(jié)器4;所述的試件加熱與測試裝置2包括:從外向里依次是保溫材料層202、鋼板材料層203和耐火材料層204的有蓋密閉箱體，箱體上方設有加載裝置209，其經穿過箱體頂部開孔伸進箱體內的彈簧208連接試件210，箱體內設有電阻加熱絲206用以從外部加熱試件，箱體底部開有孔并穿有砝碼鉤213，砝碼鉤下吊有砝碼214位于箱體下方。所述的蒸汽發(fā)生裝置I輸送高壓蒸汽至加熱與測試裝置2的管道的端口設有法蘭205，連接管狀試件，所述的箱體內還設有柱狀鎧裝電加熱裝置211用以加熱管狀試件內部。所述的箱體支撐在角鋼支架201上。所述的壓力與溫度調節(jié)器4包括:中央控制器及與其有控制線連接、設在各裝置上的溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器、動力執(zhí)行機構、泄漏傳感器、控制器、報警裝置、電控閥、電阻加熱絲和鎧裝電加熱裝置。
作為本發(fā)明的進一步改進:所述的蒸汽發(fā)生裝置I包括:底部設有進水管101、頂部設有出氣管107的密閉容器，容器從里向外為承壓金屬殼體106層和保溫與保護層105，容器內的下部安裝有盛液筒121、頂部設有上擋水板115，容器內還設有電接點水位計104和鎧裝電加熱裝置116，盛液筒121內設有下?lián)跛?19，上、下?lián)跛迳隙奸_有過氣孔；所述的蒸汽發(fā)生裝置進水管101外套有套管102、出氣管107上設有電動排放閥108、安全閥110、第一調節(jié)閥112和第二調節(jié)閥113，(第二調節(jié)閥113給試件進汽充壓，第一調節(jié)閥112給試件放汽減壓，兩者配合調節(jié)試件內的壓力)各閥及鎧裝電加熱裝置都與壓力與溫度調節(jié)器有控制線連接；所述的鎧裝電加熱裝置116穿進密閉容器時通過法蘭122連接；所述的蒸汽發(fā)生裝置為上下剖分式密閉容器，用法蘭盤120連接件117、118連接，剖分面上設有耐高溫高壓金屬墊片103 ;密閉容器支承在容器支架124上。所述的注水裝置3包括:一頂部有蓋307箱內有水位計306的水箱305，水箱305設有排水管302和出水管308，排水管上設有放水閥303，出水管上設有由電動機312帶動的水泵309，水泵輸出管也即蒸汽發(fā)生裝置進水管上設有逆止閥311。本實驗裝置可以由蒸發(fā)器控制蒸發(fā)量和排汽調節(jié)閥開閉共同進行試件內壓力調節(jié)，排汽量可以很小或沒有排汽，需要的補水量少，減小試驗能耗及工質消耗；還可以由外部加熱裝置和內部加熱裝置共同維持一定的溫度，調節(jié)手段多，可以盡量模擬實際溫度條件及內外有溫差等情況；還可以在內部壓力加載的同時進行機械加載，模擬缺陷部位實際應力狀態(tài)等。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:1、結構簡單、安全可靠、自動化程度高、成本較低廉、試驗時蒸汽排放量小、補水量少、試驗能耗低；2、能真正模擬高溫高壓部件在鍋爐運行實際中的各種工況(溫度變化、壓力變化、各種氣體成分與灰渣等條件的組合)；可以在內部壓力加載的同時進行機械加載，模擬缺陷部位實際應力狀態(tài)等；可以由外部加熱裝置和內部加熱裝置共同維持一定的溫度，可以盡量模擬實際溫度條件及內外有溫差等情況；3、能對試件進行全過程監(jiān)測。能對各種實際運行條件下鍋爐高溫部件、焊接接頭蠕變、疲勞、腐蝕、缺陷與裂紋擴展的過程進行全面詳細的研究。本發(fā)明能用于各種實際運行條件下(溫度變化、壓力變化、各種氣體成分與灰渣等條件的組合)鍋爐高溫部件、焊接接頭蠕變、疲勞、腐蝕、缺陷與裂紋擴展的過程進行全面詳細的研究。


圖1是本發(fā)明實施例的組成和連接關系示意圖。圖中:1_蒸汽發(fā)生裝置，2-試件加熱與測試裝置2，3-注水裝置3，4-壓力與溫度調節(jié)器；101 —進水管，102-套管，103-耐高溫高壓金屬墊片，104-電接點水位計，105-保溫材料，106-上擋水板孔，107-蒸汽出氣管，108-電動排放閥，109-排放閥法蘭，110-安全閥，111-安全閥法蘭，112-第一調節(jié)閥，113-第二調節(jié)閥，114-第二調節(jié)閥法蘭，115-上擋水板，116-鎧裝電加熱裝置，117-螺母，118-螺母墊圈，119-下?lián)跛澹?20-法蘭盤，121-盛液筒，122-法蘭，123-螺栓，124-容器支架；201-角鋼支架，202-保溫材料，203-鋼板材料層，204-耐火材料層，205-法蘭，206-電阻加熱絲，208-彈簧，209-加載裝置，210-試件，211-鎧裝電加熱裝置，213-砝碼鉤,214-破碼；301-排水溝，302-排水管，303-放水閥，304-法蘭，305-水箱，306-水箱水位計，307-水箱蓋，308-出水管，309-往復式活塞注水泵，310-法蘭，311-逆止閥，312-電動機。
具體實施例方式以下將結合具體實施例和說明書附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。實施實例:如圖1所示，本發(fā)明的高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，包括四大部份:蒸汽發(fā)生系統(tǒng)1、試件加熱與測試系統(tǒng)2、注水系統(tǒng)3、控制監(jiān)測與保護系統(tǒng)4。支撐在角鋼支架201上的試件加熱與測試裝置2包括:從外向里依次是保溫材料層202、鋼板材料層203和耐火材料層204的有蓋密閉箱體，箱體上方設有加載裝置209，其經穿過箱體頂部開孔伸進箱體內的彈簧208連接試件210，箱體內設有電阻加熱絲206用以加熱試件外部，箱體底部開有孔并穿有砝碼鉤213，砝碼鉤下吊有砝碼214位于箱體下方。試件加熱與測試裝置通過管道107和調節(jié)閥113連接在蒸汽發(fā)生裝置上，電動調節(jié)閥113是試件的進汽調節(jié)與判斷閥，電動調節(jié)閥112是試件的排汽與減壓閥，通過連接在管道和試件上電動調節(jié)閥112，電動調節(jié)閥113的開、閉控制試件內部壓力；試件210外部由箱體電阻加熱絲206加熱，內部由鎧裝電加熱裝置211加熱，以控制其內外金屬壁溫。蒸汽發(fā)生裝置I輸送高壓蒸汽至加熱與測試裝置2的管道的端口設有法蘭205，連接管狀試件，箱體內還設有柱狀鎧裝電加熱裝置211用以加熱管狀試件內部。壓力與溫度調節(jié)器4包括:中央控制器及與其有控制線連接、設在各裝置上的溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器、動力執(zhí)行機構、泄漏傳感器、控制器、報警裝置、電控閥、電阻加熱絲和鎧裝電加熱裝置；用于自動按設定的規(guī)律控制試件的試驗壓力與溫度，及在泄漏時迅速排放降壓降溫，確保安全。壓力容器的內、外壁安裝有溫度監(jiān)測傳感器探頭、上部安裝有壓力監(jiān)測傳感器探頭；試件內部為高壓蒸汽，安裝有壓力和溫度傳感器探頭。蒸汽發(fā)生裝置I包括:底部設有進水管101、頂部設有出氣管107的密閉容器，容器從里向外為承壓金屬殼體106層和保溫材料層105，容器內的下部安裝有盛液筒121、頂部設有上擋水板115，容器內還設有電接點水位計104和鎧裝電加熱裝置116，盛液筒121內設有下?lián)跛?19，上、下?lián)跛迳隙奸_有過氣孔。針對管狀的試件，蒸汽出氣管輸出蒸汽通過法蘭連接至放置在試件加熱與測試裝置中的管狀試件，蒸汽出氣管上設有第二調節(jié)閥113 ;蒸汽發(fā)生裝置進水管101外套有套管102、出氣管107上設有電動排放閥108、安全閥110、第一調節(jié)閥112和第二調節(jié)閥113，各閥及鎧裝電加熱裝置都與壓力與溫度調節(jié)器有控制線連接；鎧裝電加熱裝置116穿進密閉容器時通過法蘭122和連接件123連接。本實施例的蒸汽發(fā)生裝置為上下剖分式密閉容器，用法蘭盤120連接件117、118連接，剖分面上設有耐高溫高壓金屬墊片103 ;密閉容器支承在容器支架124上。蒸汽發(fā)生裝置是一高壓容器，下部是水，上部是汽。高壓注水進入下?lián)跛?19的下方，進入盛液筒121。調節(jié)鎧裝電加熱裝置116可以調節(jié)蒸發(fā)量以調節(jié)壓力，并作為高壓蒸汽的貯氣罐。產生的蒸汽在壓力過高時可通過安全閥110自動排放，或在正常工作時通過上擋水板孔106均流后流向試件210。注水裝置3包括:一頂部有蓋307箱內有水位計306的水箱305，水箱305設有排水管302和出水管308，排水管上設有放水閥303，出水管上設有由電動機312帶動的水泵309，水泵輸出管也即蒸汽發(fā)生裝置進水管上設有逆止閥311。注水裝置連接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，將水注入到下?lián)跛?19的下方，用于向蒸發(fā)器供水。套管結構為減小蒸發(fā)器溫差，防止其因熱應力出現(xiàn)裂紋與變形。
權利要求
1.一種高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其特征在于:包括以管道依次連接的注水裝置(3)、蒸汽發(fā)生裝置(I)和試件加熱與測試裝置(2)，以及控制各裝置壓力與溫度的壓力與溫度調節(jié)器(4); 所述的試件加熱與測試裝置(2)包括:從外向里依次是保溫材料層(202)、鋼板材料層(203)和耐火材料層(204)的有蓋密閉箱體，箱體上方設有加載裝置(209)，其經穿過箱體頂部開孔伸進箱體內的彈簧(208)連接試件(210)，箱體內設有電阻加熱絲(206)，箱體底部開有孔并穿有砝碼鉤(213)，砝碼鉤下吊有砝碼(214)位于箱體下方。
2.根據(jù)權利要求1所述的高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其特征在于:所述的蒸汽發(fā)生裝置(I)輸送高壓蒸汽至加熱與測試裝置(2 )的管道的端口設有法蘭(205 )，連接管狀試件，所述的箱體內還設有柱狀鎧裝電加熱裝置(211)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其特征在于:所述的蒸汽發(fā)生裝置(I)包括:底部設有進水管(101)、頂部設有出氣管(107)的密閉容器，容器從里向外為承壓金屬殼體層(106)和保溫與保護層(105)，容器內的下部安裝有盛液筒(121)、頂部設有上擋水板(115)，容器內還設有電接點水位計(104)和鎧裝電加熱裝置(116)，盛液筒(121)內設有下?lián)跛?119)，上、下?lián)跛迳隙奸_有過氣孔。
4.根據(jù)權利要求3所述的高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其特征在于:所述的蒸汽發(fā)生裝置(I)進水管(101)外套有套管(102)、出氣管(107)上還設有電動排放閥(108)、安全閥(110)、第一調節(jié)閥(112)和第二調節(jié)閥(113)，各閥及鎧裝電加熱裝置都與壓力與溫度調節(jié)器(4)有控制線連接；所述的鎧裝電加熱裝置(116)穿進密閉容器時通過法蘭(122)連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其特征在于:所述的蒸汽發(fā)生裝置(I)為上下剖分式密閉容器，用法蘭盤(120)連接件(117、118)連接，剖分面上設有耐高溫高壓金 屬墊片(103)。
6.根據(jù)權利要求5所述的高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其特征在于:所述的注水裝置(3)包括:一頂部有蓋(307)、箱內有水位計(306)的水箱(305)，水箱(305)設有排水管(302)和出水管(308)，排水管上設有放水閥(303)，出水管上設有由電動機(312)帶動的水泵(309)，水泵輸出管也即蒸汽發(fā)生裝置進水管上設有逆止閥(311)。
7.根據(jù)權利要求6所述的高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其特征在于:所述的水泵(309)為往復式注水泵。
8.根據(jù)權利要求7所述的高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置，其特征在于:所述的壓力與溫度調節(jié)器(4)包括:中央控制器及與其有控制線連接、設在各裝置上的溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器、動力執(zhí)行機構、泄漏傳感器、控制器、報警裝置、電控閥、電阻加熱絲和鎧裝電加熱裝置。
全文摘要
一種高溫高壓部件損傷與失效過程實驗裝置包括以管道依次連接的注水裝置(3)、蒸汽發(fā)生裝置(1)和試件加熱與測試裝置(2)，以及控制各裝置壓力與溫度的壓力與溫度調節(jié)器(4)；試件加熱與測試裝置(2)包括從外向里依次是保溫材料層(202)、鋼板材料層(203)和耐火材料層(204)的有蓋密閉箱體，箱體上方設有加載裝置(209)，其經穿過箱體頂部開孔伸進箱體內的彈簧(208)連接試件(210)，箱體內設有電阻加熱絲(206)，箱體底部開有孔并穿有砝碼鉤(213)，砝碼鉤下吊有砝碼(214)位于箱體下方。本裝置能真正模擬高溫高壓部件在鍋爐運行實際中的各種工況、并能對試件進行全過程監(jiān)測。
文檔編號G01N3/18GK103217340SQ20131005803
公開日2013年7月24日 申請日期2013年2月22日 優(yōu)先權日2013年2月22日
發(fā)明者王偉, 汪淑奇, 鐘萬里, 陳冬林, 鄧平 申請人:廣東電網公司電力科學研究院, 長沙理工大學