[发明专利]一种实现高温蒸汽氧化和高温蠕变交互作用的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于材料的高温蒸汽氧化和蠕变实验技术领域，具体涉及一种实现高温蒸汽氧化和高温蠕变交互作用的方法及系统。

背景技术

金属材料长期在不变的温度和不变的应力作用下，发生缓慢的塑性变形的现象，称为蠕变。高温高压火电厂中产生蠕变的部件较多，如主蒸汽管道、锅炉联箱、汽水管通、高温紧固件、汽轮机汽缸等。由于金属蠕变的累积，使金属部件发生过量的塑性变形而不能使用，或者蠕变进入到了加速发展阶段，发生蠕变破裂，均会使部件失效损坏，甚至发生严重事故。所以，对于长期运行的高温部件，要进行严格的蠕变监测。随着电力工业的飞速发展，不锈钢管在电站锅炉过热器和再热器中大量使用，高温蒸汽氧化问题日益突出，成为困扰电厂安全运行的另一大难题。在实际运行工况下，锅炉管道材料在温度高达600℃左右容易发生蠕变，管道内壁在高温蒸汽环境中又会受到蒸汽氧化影响。目前该领域现有的研究方法只能考虑单一因素的影响，高温蒸汽氧化或者蠕变，所以现有方法无法真实反映材料的高温性能演化过程，从而无法正确评估其剩余寿命。查阅文献发现，结合蠕变和高温蒸汽氧化的研究鲜有报道。

发明内容

本发明提供了一种实现高温蒸汽氧化和高温蠕变交互作用的方法及系统，能够同时实现高温蠕变和高温蒸汽氧化，综合评估高温蒸汽氧化和高温蠕变共同作用对材料性能的影响。

本发明所述方法为：

在试样的内部设有高温蒸汽流通通道，在蠕变机的上、下拉杆内部开孔，并将试样与蠕变机上、下拉杆相通连接，形成气体通道，通过外部设备实现高温蒸汽在通道内循环；在试样的外部对其加热并对试样施加轴向载荷，实现高温蠕变；高温蒸汽在循环回路中实现循环，减少使用量。

本发明提供的实现高温蒸汽氧化和高温蠕变交互作用的系统，由高温蠕变系统及高温蒸汽循环系统组成；

所述高温蠕变系统的结构为：蠕变机的加热炉为中空的管式炉，试样通过上拉杆和下拉杆安装在加热炉内；上拉杆和下拉杆为部分中空结构，且分别在上拉杆和下拉杆上设置高温蒸汽入口及高温蒸汽出口；试样为中空结构，两端分别与上拉杆和下拉杆密封连接并相通；试样的外壁通过锥套与引伸板连接，并在引伸板的下端连接位移计；

所述高温蒸汽循环系统的组成为：水箱的下部出口通过管道依次与水泵、蒸汽发生器、流量控制器及高温蒸汽入口连接；高温蒸汽出口通过管道与水箱的入口连接。

所述水箱、水泵、蒸汽发生器、流量控制器、下拉杆、试样、上拉杆、水箱依次相连形成循环回路。

所述试样的两端与上拉杆和下拉杆之间分别放置垫片。

本发明的有益效果为：

本发明可用于高温蠕变和高温蒸汽氧化的共同作用下的材料演化研究，通过控制通入高温蒸汽的流量，来实现高温蒸汽环境，即同时研究高温蒸汽氧化对蠕变性能的影响和蠕变行为对高温蒸汽氧化性能的影响，从而准确揭示材料在服役阶段的高温力学性能演化规律，克服了针对高温蠕变或高温蒸汽氧化单一因素研究的不全面性，有效的反映材料的高温性能，为设备安全可靠运行提供理论依据。

附图说明

图1为所述试验系统的整体结构示意图；

图2为加热炉部分局部结构示意图；

图3为试样加持部位的局部结构示意图；

图4为试样的结构示意图；

图中标号：

1-上拉杆；2-加热炉；3-锥套；4-试样；5-垫片；6-下拉杆；7-位移计；8-下球形连接座；9-手轮；10-平衡铊；11-立柱；12-高温蒸汽出口；13-上夹头；14-下夹头；15-引伸板；16-炉堵；17-高温蒸汽入口；18-控制台；19-流量控制器；20-蒸汽发生器；21-水泵；22-水箱。

具体实施方式

本发明提供了一种实现高温蒸汽氧化和高温蠕变交互作用的方法及系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明所述系统由高温蠕变系统及高温蒸汽循环系统组成，如图1所示，其中高温蠕变系统中加热炉部分的具体结构如图2所示。