一種長時連續(xù)工作蠕變持久試驗機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬金屬材料力學(xué)性能特別是10萬小時以上長時連續(xù)蠕變持久性能測試分析領(lǐng)域，具體涉及一種長時連續(xù)工作蠕變持久試驗機。
【背景技術(shù)】
[0002]固體材料在一定溫度下，保持應(yīng)力不變時，應(yīng)變隨時間延長而增加的現(xiàn)象稱為蠕變。材料的蠕變行為是時間、應(yīng)力、溫度共同作用的結(jié)果，只要作用的時間足夠長，蠕變在應(yīng)力遠小于彈性極限時也能出現(xiàn)。同樣，材料的蠕變行為在低溫下也會發(fā)生，但只有達到一定的溫度才能變得顯著，該溫度稱為材料的蠕變溫度。各種金屬材料的蠕變溫度約為0.3Tm(Tm為熔化溫度，以熱力學(xué)溫度表示)，對于一些低熔點金屬如鉛、錫等，溫室下就會發(fā)生蠕變。因此，對于能源、石油化工、航空航天領(lǐng)域長時高溫受載條件下工作的構(gòu)件，蠕變損傷是其主要的失效形式，材料的蠕變壽命是材料研發(fā)、構(gòu)件設(shè)計、壽命預(yù)測和可靠性評估必須參考的基本高溫力學(xué)性能之一。
[0003]1905年英國菲利普斯(F.Philips)首先觀察到金屬絲的蠕變現(xiàn)象，1910年英國安德雷德(E.N.da C.Andrade)實驗證實幾種純金屬也具有相同的蠕變特點，但直到1922年英國迪肯森(Dickenson)發(fā)表了鋼的婦變試驗結(jié)果后，人們才開始認識到高溫承載下金屬構(gòu)件均會發(fā)生蠕變，盡管其所承受的應(yīng)力要比該溫度下構(gòu)件材料的屈服強度低得多，蠕變試驗研究從此受到重視。早期研究發(fā)現(xiàn)，在一定的溫度和應(yīng)力作用下，金屬材料的蠕變變形隨時間的延長而增加，研究者根據(jù)其建立起了蠕變變形和時間的關(guān)系曲線。隨后，又發(fā)展了材料在一定溫度下應(yīng)力與時間的關(guān)系曲線，及蠕變斷裂曲線(我國稱持久強度曲線)，并將105h蠕變斷裂時所對應(yīng)的應(yīng)力，稱為材料的蠕變斷裂強度或持久強度極限，規(guī)定其為高溫結(jié)構(gòu)材料設(shè)計的依據(jù)。
[0004]持久強度極限是衡量高溫結(jié)構(gòu)材料長時應(yīng)力作用下抗塑性斷裂能力的一種高溫強度特性指標，其作為結(jié)構(gòu)材料高溫性能評價和高溫部件設(shè)計時材料選擇標準對工程材料的設(shè)計和使用有著非常重要的工程意義。但在20世紀30年代，材料一定溫度下的蠕變斷裂試驗不可能連續(xù)進行105h，材料的持久強度極限很難通過試驗實測獲得。因此，20世紀50年代起，研究者陸續(xù)提出了各種高溫結(jié)構(gòu)材料持久強度外推方法，這些就是高溫結(jié)構(gòu)材料壽命評估技術(shù)的原型。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大量105h甚至2 X 105h蠕變斷裂數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，科研尤其是工程技術(shù)人員對外推方法進行了不斷的檢驗、分析總結(jié)和優(yōu)化，形成了現(xiàn)有的高溫結(jié)構(gòu)材料蠕變壽命評估方法體系:持久強度模型(等溫外推模型，時間-溫度參數(shù)模型，Robinson壽命消耗模型)、蠕變變形模型(Θ預(yù)測法，蠕變曲線外推)以及基于斷裂力學(xué)的蠕變損傷開裂和裂紋擴展模型。等溫外推模型屬經(jīng)驗公式，只適用于蠕變過程中不存在組織結(jié)構(gòu)變化的情況，可靠性非常低。
[0005]2009年我國頒布實施的“中華人民共和國電力行業(yè)標準DL/T 654-2009:火電機組壽命評估技術(shù)導(dǎo)則”中對火力發(fā)電機組中的涉及蠕變的高溫部件推薦使用的壽命評估技術(shù)方法為: 1)等溫外推法；
2)L-M參數(shù)法；
3)θ預(yù)測法。
[0006]但是由于國內(nèi)缺乏長時蠕變持久試驗數(shù)據(jù)和合理的溫度加速試驗設(shè)計，材料的壽命評估技術(shù)還是以單純的可靠性較低的等溫外推法為主，而且DL/T 654-2009中規(guī)定的外推壽命是最短試驗時間的10倍，遠低于國際標準3倍的要求，導(dǎo)致構(gòu)件壽命預(yù)測的可靠性非常低，經(jīng)常會出現(xiàn):
1)構(gòu)件的預(yù)測壽命高于其運行時間；
2)預(yù)測壽命低于其真實運行時間的情況。
[0007]第一種情況會導(dǎo)致工程事故，第二種情況出現(xiàn)時，還需要對構(gòu)件的壽命進行新一輪壽命Π級評估，即:在監(jiān)督管道割管取樣，開展已服役材料蠕變持久試驗，重新進行構(gòu)件的剩余壽命評估，試驗資源浪費極大。因此，進行能源、石油化工、航空航天等關(guān)鍵領(lǐng)域高溫結(jié)構(gòu)材料10萬小時以上長時蠕變持久性能測試，開展構(gòu)件持久壽命評估方法研究，開發(fā)高精度、可靠的金屬材料長時壽命外推計算系統(tǒng)，對我國關(guān)鍵領(lǐng)域高溫部件的安全評估，關(guān)鍵部件材料的開發(fā)使用有著非常重要的意義。
[0008]蠕變持久試驗機主機由加載系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、測量與控制系統(tǒng)構(gòu)成。機械式蠕變持久試驗機加載方式為純機械式的砝碼加載，正常工作狀態(tài)下不會出現(xiàn)故障；測量與控制系統(tǒng)依靠系統(tǒng)冗余設(shè)計、在線更換等方案也能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)10萬小時以上的工作壽命。試驗機10萬小時以上工作過程，最可能出現(xiàn)故障是加熱爐的故障，而且該故障引起的試驗誤差具有不可恢復(fù)性，因此，蠕變持久試驗機試驗過程中如果加熱爐發(fā)生故障，能夠在標準允許的溫度偏差內(nèi)完成加熱爐的快速更換，是保證蠕變持久試驗機長時連續(xù)工作的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提出一種長時連續(xù)工作蠕變持久試驗機，該試驗機通過蠕變持久加載主機電動部件雙功能冗余設(shè)計、加熱爐雙爐絲設(shè)計以及加熱爐故障更換設(shè)備，能夠在蠕變持久試驗機發(fā)生故障時，保證蠕變持久試驗機的10萬小時及以上的長時連續(xù)工作壽命。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種長時連續(xù)工作蠕變持久試驗機，所述試驗機包括:長壽命設(shè)計機械式蠕變持久加載主機、加熱爐故障更換設(shè)備與雙爐絲加熱爐，所述長壽命設(shè)計機械式蠕變持久加載主機電器部件采用雙功能冗余設(shè)置，保證加載機構(gòu)的長時連續(xù)工作，所述雙爐絲加熱爐分為試驗加熱爐和備用加熱爐，所述試驗加熱爐設(shè)置于長壽命設(shè)計機械式蠕變持久加載主機上，所述備用加熱爐設(shè)置于所述加熱爐故障更換設(shè)備上，所述加熱爐故障更換設(shè)備通過備用爐車、托架、導(dǎo)軌等的定位設(shè)計，在加熱爐發(fā)生故障時在標準允許的溫度偏差內(nèi)完成加熱爐的更換，保證加熱爐的長時連續(xù)工作。
[0011 ]進一步的，所述長壽命設(shè)計機械式蠕變持久加載主機包括:主機框架、調(diào)平機構(gòu)，所述調(diào)平組件包括調(diào)平開關(guān)和杠桿調(diào)平裝置，所述調(diào)平開關(guān)設(shè)置于所述主機框架頂部，所述杠桿調(diào)平裝置設(shè)置于所述主機框架底部，所述調(diào)平開關(guān)為杠桿調(diào)平裝置的控制系統(tǒng)，所述調(diào)平開關(guān)包括光電開關(guān)和機械開關(guān)。
[0012]進一步的，所述加熱爐故障更換設(shè)備包括:試驗爐組件、備用爐組件與保溫裝置。
[0013]進一步的，所述試驗爐組件包括:爐架、第一導(dǎo)軌、第一爐座、爐車定位扣，所述爐架設(shè)置于所述主機框架上，所述第一導(dǎo)軌設(shè)置于所述爐架上，所述第一爐座設(shè)置于所述第一導(dǎo)軌上并與所述第一導(dǎo)軌配合實現(xiàn)平移滑行，所述爐車定位扣設(shè)置于所述主機框架上用于與所述備用爐組件連接。
[0014]進一步的，所述備用爐組件包括:備用爐車、升降臺、升降手柄、第二導(dǎo)軌、第二爐座與爐車定位桿，所述備用爐車下方設(shè)有行走輪，所述升降手柄與升降臺設(shè)置于所述備用爐車一側(cè)，所述升降手柄控制所述升降臺的升降，所述第二導(dǎo)軌設(shè)置于所述升降臺上，所述第二爐座設(shè)置于所述第二導(dǎo)軌上并與所述第二導(dǎo)軌配合實現(xiàn)平移滑行，所述爐車定位桿設(shè)置于所述備用爐車一側(cè)與試驗爐組件的爐車定位扣連接以固定爐車。
[0015]進一步的，所述保溫裝置設(shè)置于加熱爐上、下兩端。
[0016]進一步的，所述雙絲加熱爐分別設(shè)置于所述第一爐座和第二爐座上，所述雙絲加熱爐爐體為對開式結(jié)構(gòu)并可沿中線分為兩半圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述加熱爐包括:爐蓋、端蓋、爐殼、對開機構(gòu)、爐管、爐絲組件和爐襯，所述爐蓋為半圓形，所述爐殼上下兩端均設(shè)置所述爐蓋，所述端蓋固定于所述爐蓋上，所述爐襯包覆于所述爐管內(nèi)側(cè)，所述爐殼包覆于所述爐襯表面，所述爐絲組件與所述爐管連接；
所述對開機構(gòu)包含把手、鎖扣、折頁、軸套、折頁軸，所述折頁將兩個半圓柱爐體連為一體，所述軸套安裝在折頁上，所述折頁軸插入所述折頁上的軸套中，所述把手和鎖扣把手安裝于相反于所述折頁一側(cè)的爐殼上。
[0017]進一步的，所述爐管包含外馬弗管和內(nèi)馬弗管，所述外馬弗管安