非傳動式簡易熱疲勞試驗的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種非傳動式簡易熱疲勞試驗機，包括加熱裝置、冷卻裝置、用于測量試樣溫度的溫度測量裝置和控制裝置，所述加熱裝置為電爐，所述電爐包括爐體和位于爐體內(nèi)的加熱器，所述爐體內(nèi)還設(shè)置有用于放置試樣的試樣架，所述冷卻裝置包括冷卻水管和排水管，所述冷卻水管從爐體的上部伸入爐體內(nèi)，所述排水管設(shè)置在爐體的下部，所述溫度測量裝置連接到控制裝置上。本實用新型將試樣固定在加熱裝置中，通過冷卻裝置通冷卻水對試樣進行冷卻，完成整個冷熱循環(huán)過程，可以避免試樣在加熱裝置和冷卻裝置中來回移動，從而避免了試樣在移動過程中的機械問題，并能簡化熱疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)、降低設(shè)備成本。
【專利說明】非傳動式簡易熱疲勞試驗機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及材料熱疲勞試驗裝置，尤其涉及一種非傳動式簡易熱疲勞試驗機。
【背景技術(shù)】
[0002]在冷熱交替變化環(huán)境中，材料由于受到多次熱應(yīng)力而容易產(chǎn)生疲勞裂紋，造成許多部件的失效。如核電站波動管在升降溫過程中，穩(wěn)壓器內(nèi)冷卻劑與主管道冷卻劑中存在一定的溫差，當(dāng)兩流體混合時，由于冷熱流體混合不完全而在波動管處形成熱分層，使得波動管在截面處溫度分布不均勻，引起管壁溫度分層，從而在管道截面產(chǎn)生整體彎曲應(yīng)力和局部熱應(yīng)力，其熱應(yīng)力的增加可能超過疲勞極限。因此，開展相關(guān)材料的熱疲勞性能研究是十分必要的。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的就在于提供一種專用于冷熱循環(huán)系統(tǒng)中的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，其將試樣固定在加熱裝置中，通過冷卻裝置通冷卻水對試樣進行冷卻，完成整個冷熱循環(huán)過程，可以避免試樣在加熱裝置和冷卻裝置中來回移動，從而避免了試樣在移動過程中產(chǎn)生機械問題，并能簡化熱疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)、降低設(shè)備成本。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，包括加熱裝置、冷卻裝置、用于測量試樣溫度的溫度測量裝置和控制裝置，所述加熱裝置為電爐，所述電爐包括爐體和位于爐體內(nèi)的加熱器，所述爐體內(nèi)還設(shè)置有用于放置試樣的試樣架，所述冷卻裝置包括冷卻水管和排水管，所述冷卻水管伸入爐體內(nèi)，所述排水管設(shè)置在爐體的下部，所述溫度測量裝置連接到控制裝置上?，F(xiàn)有技術(shù)中，熱疲勞試驗機主要是通過在冷熱環(huán)境中來回移動試樣完成冷熱循環(huán)，在此過程中測試試樣的熱疲勞性。但是在實際的工作中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)試樣在移動過程中容易出現(xiàn)機械問題，影響測試結(jié)果，而且現(xiàn)有的冷熱循環(huán)的疲勞試驗機由于要控制試樣或加熱系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)移動，需要配備專門的傳動裝置和控制系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備成本較高。有鑒于此，發(fā)明人提出了本方案中的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，該非傳動式簡易熱疲勞試驗機在電爐的爐體內(nèi)部設(shè)置試樣架，通過電爐的加熱器對試樣進行加熱，并在爐體頂部接入冷卻水管、爐體底部接入排水管，通過冷卻水管通冷卻水對試樣進行冷卻，使用后的冷卻水通過排水管排出，通過加熱器的加熱和冷卻水的冷卻實現(xiàn)試樣的冷熱循環(huán)，溫度測量裝置則測量試樣表面的溫度，并傳輸給控制裝置進行顯示。這樣試樣只需要固定在爐體內(nèi)部即可，不用來回移動，可以避免試樣在來回移動中產(chǎn)生機械問題，同時非傳動式簡易熱疲勞試驗機也無需設(shè)置傳動裝置和傳動控制系統(tǒng)，可以簡化自身結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備成本。此外，本實用新型中采用通冷卻水對試樣表面進行直接噴淋的方式進行冷卻，冷卻速度更快，冷卻效果更好，而且可以根據(jù)試樣的試驗需求對試樣進行局部冷卻，而不需要對試樣整體冷卻，適用范圍更廣、通用性更好，而且更加節(jié)能環(huán)保。
[0005]為避免加熱器在工作狀態(tài)時遇冷卻水受損，進一步，所述加熱器與試樣架之間還設(shè)置有用于隔離水汽的防水板，該防水板可以有效分離加熱源與冷卻源。
[0006]進一步，所述防水板為石英玻璃板。
[0007]為進一步提高非傳動式簡易熱疲勞試驗機的智能化水平，所述冷卻水管上還設(shè)置有電磁閥和流量計，該電磁閥和流量計位于爐體外，電磁閥用于自動控制冷卻水管通路的打開和關(guān)閉；流量計用于控制、顯示冷卻水管通路的水流量。
[0008]進一步，所述爐體頂部還設(shè)置有用于排出冷卻過程中爐體內(nèi)水蒸氣的排氣孔。
[0009]進一步，所述溫度測量裝置為接觸式熱電偶，接觸式熱電偶與試樣表面相連。
[0010]進一步，所述冷卻裝置還包括冷凝水管，所述冷凝水管纏繞在排水管上部，冷凝水管與冷卻水管的起點連接到同一個冷卻水出口，冷卻水管將該冷卻水出口的冷卻水引導(dǎo)流入爐內(nèi)對試樣表面進行冷卻，冷凝水管將冷卻水引導(dǎo)至排水管與爐體連接處，對從爐體內(nèi)流出到排水管的水進行冷卻，便于爐體內(nèi)的水順利排出。
[0011]進一步，所述試樣架包括兩個水平放置的壓板和兩個豎直放置的支架，兩個壓板分別設(shè)置在支架的上、下兩端，支架的兩端分別與兩個壓板相連，使用時，試樣固定在兩個壓板之間。
[0012]進一步，所述試樣架的兩個支架分別位于爐體外部的兩側(cè)，壓板兩端穿出爐體與兩個支架固定連接。本方案中，支架的作用除了固定壓板從而保證試樣在試驗中處于靜止?fàn)顟B(tài)外，還可以用于固定電爐，讓電爐處于一定的高度，方便裝載試樣；而支架設(shè)置在爐體外部,主要是考慮到爐體內(nèi)空間有限,且爐體內(nèi)溫度急劇變化,支架放在爐體內(nèi)會發(fā)生熱脹冷縮，支架對試樣和加熱爐的固定效果不好，設(shè)置在爐體外部則可有效避免這些問題。
[0013]非傳動式簡易熱疲勞試驗機應(yīng)用方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一:將試樣固定在試樣架上；
[0015]步驟二:將溫度測量裝置固定在能夠測量試樣表面溫度的位置；即如果采用熱電偶等接觸式溫度測量裝置時，將溫度測量裝置與試樣表面接觸；如果采用紅外測溫儀等非接觸式的溫度測量裝置時，溫度測量裝置可以與試樣有一定距離，但該距離不能遠于溫度測量裝置的最遠感應(yīng)距離；
[0016]步驟三:通過控制裝置設(shè)置加熱器的溫度；
[0017]步驟四:利用加熱器對試樣進行加熱；
[0018]步驟五:通過控制裝置觀察試樣表面溫度，當(dāng)試樣表面溫度達到試驗溫度最高點時，電磁閥自動打開，冷卻水管通水對試樣進行噴淋冷卻；
[0019]步驟六:通過控制裝置觀察試樣表面溫度，當(dāng)試樣表面溫度達到試驗溫度最低點時，電磁閥自動關(guān)閉，停止冷卻水管通水；
[0020]步驟七:重復(fù)步驟四至步驟六，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達到試驗要求后，關(guān)閉加熱器并停止冷卻水管通水。
[0021]本方案的步驟三中，還可以進一步在控制裝置中設(shè)置試驗溫度的最高點和最低點，用于控制冷卻水管中冷卻水的通斷控制。
[0022]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0023]1、本實用新型的非傳動式簡易熱疲勞試驗機將試樣固定在加熱裝置中，通過冷卻裝置通冷卻水對試樣進行冷卻，完成整個冷熱循環(huán)過程，可以避免試樣在加熱裝置和冷卻裝置中來回移動，從而避免了試樣在移動過程中產(chǎn)生機械問題；[0024]2、本實用新型的非傳動式簡易熱疲勞試驗機在進行熱疲勞試驗時無需移動試樣，相對于現(xiàn)有技術(shù)，其不用設(shè)置傳動裝置，大大簡化了熱疲勞試驗機的結(jié)構(gòu)、降低設(shè)備成本；
[0025]3、本實用新型的非傳動式簡易熱疲勞試驗機采用通冷卻水對試樣表面進行直接噴淋的方式進行冷卻，冷卻速度更快，冷卻效果更好，而且可以對試樣局部進行冷卻，適用范圍廣、通用性強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為實施例3中試樣架的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖例說明:1、爐體；2、加熱器；3、冷卻水管；4、排水管；5、電磁閥；6、流量計；7、排水管；8、溫度測量裝置；9、試樣架；10、控制裝置；11、排氣孔；12、防水板；13、冷卻水管管嘴；14、壓板；15、支架。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不僅限于此。
[0030]【實施例1】
[0031]如圖1所示，本實施例的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，包括加熱裝置、冷卻裝置、溫度測量裝置和控制裝置10:所述加熱裝置為電爐，所述電爐包括爐體I和位于爐體I內(nèi)的加熱器2，所述爐體I內(nèi)還設(shè)置有用于放置試樣的試樣架9 ;所述冷卻裝置包括冷卻水管3和排水管7，冷卻水管3直接從爐體I的頂部或上部或中部伸入爐體I內(nèi)，冷卻水通過冷卻水管管嘴13直接噴至試樣表面,排水管7位于爐體I下部,用于排出爐體I內(nèi)部的冷卻水；所述溫度測量裝置8連接到控制裝置10上，并從爐體I側(cè)面伸入爐體I內(nèi)，測量試樣的表面溫度并傳輸給控制裝置10 ;所述控制裝置10主要用于控制電爐溫度，監(jiān)測、顯示、記錄試樣溫度變化情況以及控制冷卻水管3的進水，該控制裝置10可采用現(xiàn)有的熱疲勞試驗系統(tǒng)中常用的工控機等，本實施例中不再贅述其具體結(jié)構(gòu)。
[0032]【實施例2】
[0033]在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例中，非傳動式簡易熱疲勞試驗機的加熱器2與試樣架9之間還設(shè)置有用于隔離水汽的防水板12 ;冷卻水管3上還設(shè)置有電磁閥5和流量計6，該電磁閥5和流量計6位于爐體I外；爐體I頂部還設(shè)置有排氣孔11 ;試樣架9包括兩個水平放置的壓板14和兩個豎直放置的支架15，兩個壓板14分別設(shè)置在支架15的上、下兩端，支架15的兩端分別與兩個壓板14相連。
[0034]試驗前，將試樣固定在壓板14之間，在控制裝置10中設(shè)置好加熱器2的溫度、電磁閥5打開和關(guān)閉時的試樣溫度，開始試驗，加熱器2 —直處于加熱狀態(tài)，當(dāng)試樣受熱至試驗溫度高溫點時，溫度測量裝置8將信號反饋至控制裝置10，電磁閥5打開，冷卻水進入冷卻水管3并通過冷卻水 管管嘴13對試樣進行冷卻，當(dāng)試樣溫度降至試驗溫度低溫點時，電磁閥5關(guān)閉，試樣重新受熱升溫，多次循環(huán)往復(fù)實現(xiàn)材料的熱疲勞損傷試驗。
[0035]【實施例3】
[0036]在實施例2的基礎(chǔ)上，本實施例中，冷卻裝置還包括冷凝水管4，所述冷凝水管4纏繞在排水管7上部。冷凝水管4與冷卻水管3的起點連接到同一個冷卻水出口，冷卻水出口的冷卻水分為兩路，一路通過冷卻水管3對試樣進行冷卻，另一路通過冷凝水管4對爐體I下部的排水管7進行冷卻，以確保爐體內(nèi)的冷卻水順利排出。圖1中兩個標(biāo)號4所指的部位為同一冷凝水管4，圖右上角的標(biāo)號4為冷凝水管4與冷卻水出口連接的部分，圖正下方標(biāo)號4所指為纏繞在排水管7上的冷凝水管4，用于對排水管7進行冷卻。
[0037]如圖2所示，本實施例中的試樣架9的兩個支架15分別位于爐體I外部的兩側(cè)，壓板14兩端穿出爐體I與兩個支架15固定連接。
[0038]【實施例4】
[0039]在上述實施例的基礎(chǔ)上，本實施例中的爐體I為方形結(jié)構(gòu)；加熱器2為平板加熱器，平板加熱器位于方形爐體一側(cè)，加熱溫度可達1200°C ;防水板12采用石英玻璃板，加裝在平板加熱器正前方，厚度為5_，長寬與加熱器2相同，以分離加熱源與冷卻源，避免加熱器在工作狀態(tài)時遇冷卻水受損；溫度測量裝置8采用接觸式熱電偶，接觸式熱電偶與試樣表面接觸，采集試樣表面的溫度。實際應(yīng)用中，溫度測量裝置也可以根據(jù)實際環(huán)境需求采用其他裝置，例如但不限于紅外測溫儀、熱電阻。
[0040]本實施例中的非傳動式簡易熱疲勞試驗機應(yīng)用方法，包括以下步驟:
[0041]步驟一:將試樣固定在試樣架9上；
[0042]步驟二:將溫度測量裝置8固定在能夠測量試樣表面溫度的位置；
[0043]步驟三:通過控制裝置10設(shè)置加熱器2的溫度；
[0044]步驟四:利用加熱器2對試樣進行加熱；
[0045]步驟五:通過控制裝置10觀察試樣表面溫度，當(dāng)試樣表面溫度達到試驗溫度最高點時，冷卻水管3通水對試樣進行噴淋冷卻；
[0046]步驟六:通過控制裝置10觀察試樣表面溫度，當(dāng)試樣表面溫度達到試驗溫度最低點時，停止冷卻水管3通水；
[0047]步驟七:重復(fù)步驟四至步驟六，當(dāng)循環(huán)次數(shù)達到試驗要求后，關(guān)閉加熱器3并停止冷卻水管3通水。
[0048]步驟二中所述的將溫度測量裝置8固定在能夠測量試樣表面溫度的位置，是指:如果采用熱電偶等接觸式溫度測量裝置8時，將溫度測量裝置8與試樣表面接觸；如果采用紅外測溫儀等非接觸式的溫度測量裝置8時，溫度測量裝置8可以與試樣有一定距離，但該距離不能遠于溫度測量裝置8的最遠感應(yīng)距離。
[0049]實際應(yīng)用中，步驟四至步驟六可以通過控制裝置10自動控制，自動控制時，冷卻水管3的冷卻水通斷由控制裝置10控制冷卻水管3上的電磁閥5實現(xiàn)。此時，步驟三中，還可以通過控制裝置10進一步設(shè)置試驗溫度的最高點和最低點，該最高點為電磁閥5的開啟條件，控制電磁閥5打開；最低點為電磁閥5的關(guān)閉條件；控制電磁閥5關(guān)閉。
[0050]以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實用新型的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.非傳動式簡易熱疲勞試驗機，包括加熱裝置、冷卻裝置、用于測量試樣溫度的溫度測量裝置(8)和控制裝置(10)，其特征在于，所述加熱裝置為電爐，所述電爐包括爐體(I)和位于爐體(I)內(nèi)的加熱器(2)，所述爐體(I)內(nèi)還設(shè)置有用于放置試樣的試樣架(9)，所述冷卻裝置包括冷卻水管(3)和排水管(7),所述冷卻水管(3)伸入爐體(I)內(nèi)，所述排水管(7)設(shè)置在爐體(I)的下部，所述溫度測量裝置(8)連接到控制裝置(10)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，其特征在于，所述加熱器(2)與試樣架(9)之間還設(shè)置有用于隔離水汽的防水板(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，其特征在于，所述防水板(12)為石英玻璃板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，其特征在于，所述冷卻水管(3)上還設(shè)置有電磁閥(5 )和流量計(6 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，其特征在于，所述爐體(I)頂部還設(shè)置有排氣孔(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，其特征在于，所述溫度測量裝置(8 )為接觸式熱電偶，接觸式熱電偶與試樣表面相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，其特征在于，所述冷卻裝置還包括冷凝水管(4)，所述冷凝水管(4)纏繞在排水管(7)上部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，其特征在于，所述試樣架(9 )包括兩個水平放置的壓板(14 )和兩個豎直放置的支架(15 ),兩個壓板(14 )分別設(shè)置在支架(15)的上、下兩端，支架(15)的兩端分別與兩個壓板(14)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非傳動式簡易熱疲勞試驗機，其特征在于，所述試樣架(9)的兩個支架(15)分別位于爐體(I)外部的兩側(cè)，壓板(14)兩端穿出爐體(I)與兩個支架(15)固定連接。
【文檔編號】G01N3/60GK203572731SQ201320791855
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】何琨, 溫耀曾, 陳勇, 羅強, 周軍 申請人:中國核動力研究設(shè)計院