[发明专利]高温高压部件损伤与失效过程实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温高压部件损伤与失效过程实验装置，尤其是涉及热电厂锅炉、核电厂承压受热管道、化工反应器等高温高压部件与焊接接头寿命的实验装置。 

背景技术

在现代大容量电站锅炉高温过热器和再热器的设计中，为了充分利用金属材料提高循环效率，已使炉内受热面的设计壁温非常接近其金属的许用温度限值，受热面又处于很高的烟温区，因此碳化物球化，内壁氧化皮剥落减薄，持久强度下降，蠕变速度加快，缺陷扩展较正常情况下速度快很多，常导致提前失效爆管。因此研究各种运行条件下高温承压设备的寿命对于寿命管理和状态检修具的重要的意义。 

现有的高温高压部件损伤与失效过程实验装置将试件做成各种标准的薄片形状，放在疲劳、蠕变试验机上，通过加热装置维持一定的温度，经机械加载装置施加一定的拉压应力，测试试件的破坏情况，推算出一些材料有关的强度参数等。这种实验装置虽然比较简单，但是由于试件形状和所处环境条件、缺陷的形式都与实际运行中相差甚大，所以无法直接对各种实际运行条件下缺陷的扩展过程进行研究。而现场试验研究则受很大的限制，时间漫长，且最危险的受热面在炉内深处，难以直接测试。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种高温高压部件损伤与失效过程实验装置，其能真正模拟高温高压部件在锅炉运行实际中的各种工况、并能对试件进行全过程监测。 

解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 

一种高温高压部件损伤与失效过程实验装置，其特征在于：包括以管道依次连接的注水装置3、蒸汽发生装置1和试件加热与测试装置2，以及控制各装置压力与温度的压力与温度调节器4； 

所述的试件加热与测试装置2包括：从外向里依次是保温材料层202、钢板材料层203和耐火材料层204的有盖密闭箱体，箱体上方设有加载装置209，其经穿过箱体顶部开孔伸进箱体内的弹簧208连接试件210，箱体内设有电阻加热丝206用以从外部加热试件，箱体底部开有孔并穿有砝码钩213，砝码钩下吊有砝码214位于箱体下方。 

所述的蒸汽发生装置1输送高压蒸汽至加热与测试装置2的管道的端口设有法兰205，连接管状试件，所述的箱体内还设有柱状铠装电加热装置211用以加热管状试件内部。 

所述的箱体支撑在角钢支架201上。 

所述的压力与温度调节器4包括：中央控制器及与其有控制线连接、设在各装置上的温度传感器、压力传感器、水位传感器、动力执行机构、泄漏传感器、控制器、报警装置、电控阀、电阻加热丝和铠装电加热装置。 

作为本发明的进一步改进： 

所述的蒸汽发生装置1包括：底部设有进水管101、顶部设有出气管107的密闭容器，容器从里向外为承压金属壳体106层和保温与保护层105，容器内的下部安装有盛液筒121、顶部设有上挡水板115，容器内还设有电接点水位计104和铠装电加热装置116，盛液筒121内设有下挡水板119，上、下挡水板上都开有过气孔； 

所述的蒸汽发生装置进水管101外套有套管102、出气管107上设有电动排放阀108、安全阀110、第一调节阀112和第二调节阀113，（第二调节阀113给试件进汽充压，第一调节阀112给试件放汽减压，两者配合调节试件内的压力）各阀及铠装电加热装置都与压力与温度调节器有控制线连接； 

所述的铠装电加热装置116穿进密闭容器时通过法兰122连接； 

所述的蒸汽发生装置为上下剖分式密闭容器，用法兰盘120连接件117、118连接，剖分面上设有耐高温高压金属垫片103；密闭容器支承在容器支架124上。 

所述的注水装置3包括：一顶部有盖307箱内有水位计306的水箱305，水箱305设有排水管302和出水管308，排水管上设有放水阀303，出水管上设有由电动机312带动的水泵309，水泵输出管也即蒸汽发生装置进水管上设有逆止阀311。 

本实验装置可以由蒸发器控制蒸发量和排汽调节阀开闭共同进行试件内压力调节，排汽量可以很小或没有排汽，需要的补水量少，减小试验能耗及工质消耗；还可以由外部加热装置和内部加热装置共同维持一定的温度，调节手段多，可以尽量模拟实际温度条件及内外有温差等情况；还可以在内部压力加载的同时进行机械加载，模拟缺陷部位实际应力状态等。 

与现有技术相比，本发明的优点在于： 

1、结构简单、安全可靠、自动化程度高、成本较低廉、试验时蒸汽排放量小、补水量少、试验能耗低；