一种卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及微动磨损测试领域，具体为一种卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，解决高温高压水条件下原位微动磨损测试难以完成、振幅、频率与法向载荷难以精确控制、板‑管接触式微动磨损测试难以实现等问题。在装置底座上设有两个装置台架支柱，装置台架支柱的顶部设置高压釜底座，高压釜底座的顶部设有两个立柱；高压釜底座上的中部设置高压釜，横向传动装置分别从左右两侧伸至高压釜体内，并与高压釜体内的被磨材料B左右两侧相对应；纵向加载轴置从下侧伸至高压釜体内，并与高压釜体内的被磨材料B下侧相对应；被磨材料A夹具与高压釜体内的被磨材料B上侧相对应。该装置能够实现高温高压水中材料的原位切向微动磨损实验。

设计方案

1.一种卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，其特征在于，在装置底座上设有两个装置台架支柱，装置台架支柱的顶部设置高压釜底座，高压釜底座的顶部设有两个立柱；高压釜底座上的中部设置高压釜，高压釜底座上高压釜的左侧设置传感器支架、横向支撑座II，传感器支架、横向支撑座II上设置横向位移测量系统；高压釜底座上高压釜的右侧设置横向支撑座I、激振器支架；横向传动装置分别从左右两侧伸至高压釜体内，并与高压釜体内的被磨材料B左右两侧相对应；纵向加载轴置从下侧伸至高压釜体内，并与高压釜体内的被磨材料B下侧相对应；被磨材料A夹具与高压釜体内的被磨材料B上侧相对应；

横向传动装置的右侧部分一端安装连接架I，连接架I设置于横向支撑座I上，水平设置的连接过渡杆穿过连接架I、与连接架I通过滑动轴承I连接，横向传动杆I与连接过渡杆通过连接架II相连接，横向传动杆I与连接过渡杆相对设置，横向传动杆I与连接过渡杆相对端设置横向数据采集接头，横向传动装置的右侧部分依次通过连接过渡杆、连接螺母与激振器相连，激振器通过激振器固定螺钉安装于激振器支架上；横向传动装置的左侧部分横向传动杆II通过滑动轴承II与横向支撑座II连接，横向位移测量系统包括相对设置的声波探测式位移传感器和反射挡板，声波探测式位移传感器安装于传感器支架上，反射挡板设置于横向支撑座II上，横向传动杆I与横向传动杆II均通过密封圈进行密封；纵向加载轴置上设有纵向位移传感器与压力传感器，纵向加载轴置通过纵向传动杆与步进电机相连，步进电机的底部设置纵向位移限位器，纵向传动杆与高压釜之间设有压力平衡系统，并通过密封圈进行密封。

2.按照权利要求1所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，其特征在于，在左侧的横向传动装置上设有横向冷却水套I，在右侧的横向传动装置上设有横向冷却水套II，在纵向加载轴置上设有纵向冷却水套。

3.按照权利要求1所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，其特征在于，被磨材料B为管状设计，被磨材料B的上下分别对应：被磨材料A和被磨材料B固定底座，被磨材料B与被磨材料A形成摩擦副，被磨材料A与被磨材料B顶部线形接触，被磨材料B固定底座与被磨材料B底部对应接触面为弧形适配设计，被磨材料A安装于被磨材料A夹具上，被磨材料B固定底座通过固定螺母安装于纵向传动杆上，被磨材料B和被磨材料A通过被磨材料B固定底座、被磨材料A夹具和固定螺母沿纵向紧密结合；被磨材料B的左右分别对应挡板，两个挡板分别通过挡板紧固螺钉安装于被磨材料B固定底座的两侧；被磨材料B的左右两侧分别通过挡板与连接螺柱及各自的紧固螺母与横向传动杆I和横向传动杆II相连接，挡板通过两侧的螺柱紧固螺母II固定在连接螺柱上，连接螺柱与两侧的横向传动杆I和横向传动杆II分别用螺柱紧固螺母I紧密连接并固定，就完成横向被磨材料B与横向传动装置的连接。

4.按照权利要求3所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，其特征在于，被磨材料A为片状设计，与被磨材料A夹具的底部凹槽适配；被磨材料A与被磨材料A夹具固定后，通过被磨材料A夹具固定板与被磨材料A夹具固定板支架固定于高压釜体内部，被磨材料A夹具固定板设置于被磨材料A夹具固定板支架上，被磨材料A夹具与被磨材料A夹具固定板相连，通过调节被磨材料A夹具的高度或改变纵向传动杆的位移来施加稳定的法向载荷。

5.按照权利要求1所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，其特征在于，高压釜采用高压釜盖和高压釜体直立式结构相连接，高压釜体内部设置被磨材料B、辅助电极、被磨材料A夹具，高压釜体上配备有热电偶、横向传动装置、纵向加载轴置、工作电极和辅助电极座、热电偶安装座、备用工作电极和辅助电极座、外置参比电极、参比电极座，工作电极和辅助电极座、热电偶安装座、备用工作电极和辅助电极座、参比电极座分别位于高压釜底座的底部，工作电极和辅助电极分别通过导线穿过工作电极和辅助电极座；参比电极安装于参比电极座上，参比电极上带有参比电极排气阀，参比电极导液管伸入高压釜体内。

6.按照权利要求1所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，其特征在于，高压釜盖和高压釜体通过高压釜盖紧固螺栓连接，高压釜盖上方设置有定位板，高压釜盖顶部通过高压釜提升螺栓与定位板相连，高压釜盖的外侧设置有顶部陶瓷加热套，高压釜体的外侧设置中部陶瓷加热套、下部陶瓷加热套，顶部陶瓷加热套、中部陶瓷加热套、下部陶瓷加热套自上而下形成三层环形加热装置；在高压釜体侧面穿有进液管与排气管，在进液管上安装有进液阀、压力表、压力传感器与安全阀，在排气管上安装有排气阀。

7.按照权利要求1所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，其特征在于，两个立柱穿过定位板上的开孔内侧，两个立柱上分别设置滑块于定位板的底部，定位板通过滑块与立柱滑动配合，两个立柱上分别设置有上限位卡套与下限位卡套，上限位卡套位于定位板顶部，下限位卡套位于滑块的底部，定位板的中部通过高压釜提升螺栓连接高压釜盖；立柱的两侧设有与液压泵连接的液压装置，液压泵上设置液压泵手摇杆和放气阀，通过液压泵手摇杆驱动液压泵，从而带动连接高压釜盖的定位板进行上下移动。

8.按照权利要求1所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，其特征在于，还包括信号采集处理控制系统，同时包括温度与压力保护系统的控制柜，控制柜内设有温度、压力及各机械参数的显示器与调节器；温度控制器与温度显示器、超温报警指示灯及低温报警指示灯相连；压力控制器与压力显示器、超压报警指示灯、低压报警指示灯相连；频率调节器与频率显示器相连；振幅调节器与振幅显示器相连；正压力调节器与正压力显示器相连；各控制器与调节器分别连至控制柜内的继电器，继电器通过导线分别连接顶部陶瓷加热套、中部陶瓷加热套与下部陶瓷加热套中的电炉丝；所述导线上设置有加热电源开关和加热指示灯，形成超温、低温、超压、低压的断电保护结构。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及微动磨损测试领域，具体为一种卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置。

背景技术

蒸汽发生器是压水堆核电站一回路的承压边界，约占一回路承压边界的80％，其更是一回路与二回路的连接枢纽从而将一回路的热量源源不断的传递至二回路侧。其内部一般有数千根甚至上万根传热管。传热管内部及外部均为高压高压高流速的水汽，由汽液两相流导致的流致振动会使蒸汽发生器传热管与支撑板、抗振条甚至传热管与传热管之间发生微动磨损现象，直接威胁核电站的安全运行。近年来，随着耐腐蚀及应力腐蚀开裂的690合金传热管的广泛应用，微动磨损已经成为蒸汽发生器传热管最重要的失效模式，其不仅严重威胁核电站的安全运行，由此造成的停堆检修、堵管乃至整个蒸汽发生器的更换更会给核电站运营单位带来巨大的经济损失。实现在高温高压水(200～360℃，4～20MPa)环境中开展传热管的微动磨损研究，在精确控制各项机械参数的前提下，研究材料的微动磨损行为已经成为当前研究传热管微动腐蚀的趋势和努力方向。

由于模拟压水堆核电高温高压水环境的特殊性，各种传感器难以直接在此环境下使用，且各种高压釜贯穿件的密封也较为困难。因此，实现高温高压水中原位切向微动磨损测试非常困难，目前研究传热管材料的微动磨损测试主要是在常温水环境，或高温气氛环境中进行的，得到的数据难以反映其在真实服役环境中的微动磨损行为，可靠性难以保证，用这些数据来评估传热管的可靠性存在一定的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能在模拟压水堆高温高压水环境中进行原位切向微动磨损测试的装置，解决高温高压水条件下原位微动磨损测试难以完成、微动振幅、振动频率与法向载荷难以精确控制、板-管式接触的微动磨损测试难以实现等问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，其特征在于，在装置底座上设有两个装置台架支柱，装置台架支柱的顶部设置高压釜底座，高压釜底座的顶部设有两个立柱；高压釜底座上的中部设置高压釜，高压釜底座上高压釜的左侧设置传感器支架、横向支撑座II，传感器支架、横向支撑座II上设置横向位移测量系统；高压釜底座上高压釜的右侧设置横向支撑座I、激振器支架；横向传动装置分别从左右两侧伸至高压釜体内，并与高压釜体内的被磨材料B左右两侧相对应；纵向加载轴置从下侧伸至高压釜体内，并与高压釜体内的被磨材料B下侧相对应；被磨材料A夹具与高压釜体内的被磨材料B上侧相对应；

所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，在左侧的横向传动装置上设有横向冷却水套I，在右侧的横向传动装置上设有横向冷却水套II，在纵向加载轴置上设有纵向冷却水套。

所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，被磨材料B为管状设计，被磨材料B的上下分别对应：被磨材料A和被磨材料B固定底座，被磨材料B与被磨材料A形成摩擦副，被磨材料A与被磨材料B顶部线形接触，被磨材料B固定底座与被磨材料B底部对应接触面为弧形适配设计，被磨材料A安装于被磨材料A夹具上，被磨材料B固定底座通过固定螺母安装于纵向传动杆上，被磨材料B和被磨材料A通过被磨材料B固定底座、被磨材料A夹具和固定螺母沿纵向紧密结合；被磨材料B的左右分别对应挡板，两个挡板分别通过挡板紧固螺钉安装于被磨材料B固定底座的两侧；被磨材料B的左右两侧分别通过挡板与连接螺柱及各自的紧固螺母与横向传动杆I和横向传动杆II相连接，挡板通过两侧的螺柱紧固螺母II固定在连接螺柱上，连接螺柱与两侧的横向传动杆I和横向传动杆II分别用螺柱紧固螺母I紧密连接并固定，就完成横向被磨材料B与横向传动装置的连接。

所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，被磨材料A为片状设计，与被磨材料A夹具的底部凹槽适配；被磨材料A与被磨材料A夹具固定后，通过被磨材料A夹具固定板与被磨材料A夹具固定板支架固定于高压釜体内部，被磨材料A夹具固定板设置于被磨材料A夹具固定板支架上，被磨材料A夹具与被磨材料A夹具固定板相连，通过调节被磨材料A夹具的高度或改变纵向传动杆的位移来施加稳定的法向载荷。

所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，高压釜采用高压釜盖和高压釜体直立式结构相连接，高压釜体内部设置被磨材料B、辅助电极、被磨材料A夹具，高压釜体上配备有热电偶、横向传动装置、纵向加载轴置、工作电极和辅助电极座、热电偶安装座、备用工作电极和辅助电极座、外置参比电极、参比电极座，工作电极和辅助电极座、热电偶安装座、备用工作电极和辅助电极座、参比电极座分别位于高压釜底座的底部，工作电极和辅助电极分别通过导线穿过工作电极和辅助电极座；参比电极安装于参比电极座上，参比电极上带有参比电极排气阀，参比电极导液管伸入高压釜体内。

所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，高压釜盖和高压釜体通过高压釜盖紧固螺栓连接，高压釜盖上方设置有定位板，高压釜盖顶部通过高压釜提升螺栓与定位板相连，高压釜盖的外侧设置有顶部陶瓷加热套，高压釜体的外侧设置中部陶瓷加热套、下部陶瓷加热套，顶部陶瓷加热套、中部陶瓷加热套、下部陶瓷加热套自上而下形成三层环形加热装置；在高压釜体侧面穿有进液管与排气管，在进液管上安装有进液阀、压力表、压力传感器与安全阀，在排气管上安装有排气阀。

所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，两个立柱穿过定位板上的开孔内侧，两个立柱上分别设置滑块于定位板的底部，定位板通过滑块与立柱滑动配合，两个立柱上分别设置有上限位卡套与下限位卡套，上限位卡套位于定位板顶部，下限位卡套位于滑块的底部，定位板的中部通过高压釜提升螺栓连接高压釜盖；立柱的两侧设有与液压泵连接的液压装置，液压泵上设置液压泵手摇杆和放气阀，通过液压泵手摇杆驱动液压泵，从而带动连接高压釜盖的定位板进行上下移动。

所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，还包括信号采集处理控制系统，同时包括温度与压力保护系统的控制柜，控制柜内设有温度、压力及各机械参数的显示器与调节器；温度控制器与温度显示器、超温报警指示灯及低温报警指示灯相连；压力控制器与压力显示器、超压报警指示灯、低压报警指示灯相连；频率调节器与频率显示器相连；振幅调节器与振幅显示器相连；正压力调节器与正压力显示器相连；各控制器与调节器分别连至控制柜内的继电器，继电器通过导线分别连接顶部陶瓷加热套、中部陶瓷加热套与下部陶瓷加热套中的电炉丝；所述导线上设置有加热电源开关和加热指示灯，形成超温、低温、超压、低压的断电保护结构。

所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，被磨材料B、被磨材料A和被磨材料B固定底座采用不锈钢、镍基合金或锆合金加工而成，被磨材料A夹具和被磨材料B固定底座均通过添加覆盖有ZrO_{2<\/sub>的Zr-4合金绝缘垫片的方式进行绝缘。}

所述的卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置，横向传动杆II与反射挡板相连接，通过横向位移测量系统对微动磨损过程中位移的变化进行实时测量与采集，可控微动振幅变化范围为±2μm～±500μm，进而通过信号采集处理控制系统对微动磨损过程中的微动振幅进行精确的控制；激振器带动连接过渡杆及横向传动杆I的运动，实现被磨材料B与被磨材料A之间的相对切向运动；激振器提供的动力通过横向传动杆I的传递驱动被磨材料B与被磨材料A间进行频率为1～200Hz的振动，振动频率由信号采集处理控制系统进行精确控制；被磨材料B及其被磨材料A夹具通过纵向传动杆与步进电机相连接，稳定加载0～500N的法向载荷，并通过信号采集处理控制系统进行实时的测量与控制。

本实用新型的优点及有益效果是：

1、本实用新型装置能够实现高温高压水中管-板接触式试样的原位切向微动磨损测试，与真实的服役环境接触形式十分接近。

2、本实用新型采用电磁激振器作为驱动装置，通过声波探测式位移传感器及位移测量系统进行精确的位移测量，通过步进电机进行精确的法向载荷加载，并通过信号采集、处理、控制系统进行实时反馈调节。

3、本实用新型在被磨材料B试样顶部与两侧分别使用适配被磨材料A夹具和挡板进行固定，在被磨材料A上使用适配被磨材料A夹具进行固定，夹持可靠，紧固效果好，安装简易、方便。

4、本实用新型通过信号采集、处理、控制系统，同时对频率、振幅、正压力进行实时反馈调节，具有控制简单、控制精度高等特点。

5、本实用新型通过三层式的陶瓷加热套环形装置，保证高压釜内的温度控制精准。

6、本实用新型通过密封圈与压力平衡系统解决横向传动装置与纵向传动装置的密封及压力平衡问题，并通过冷却水套对密封圈和压力平衡系统进行保护。

7、本实用新型通过在被磨材料B两端分别设置横向传动杆固定的形式，使被磨材料B处于良好的平衡状态，保证微动磨损过程中被磨材料B与被磨材料A的平行性。

附图说明

图1为高温高压水原位切向微动磨损测试装置结构示意图。图中，1立柱；2上限位卡套；3滑块；4下限位卡套；5激振器；6激振器固定螺钉；7激振器支架；8激振器支架固定螺钉；9装置台架支柱；10液压泵手摇杆；11液压泵放气阀；12液压泵；13装置底座；14排气阀；15下部陶瓷加热套；16工作电极和辅助电极座；17热电偶安装座；18纵向位移传感器；19步进电机；20纵向位移限位器；21压力平衡系统；22纵向冷却水套；23备用工作电极和辅助电极座；24参比电极；25参比电极排气阀；26参比电极座；27传感器支架；28横向位移测量系统；29进液阀；30压力表；31压力传感器；32安全阀；33中部陶瓷加热套；34顶部陶瓷加热套；35高压釜盖紧固螺栓；36高压釜提升螺栓；37高压釜盖；38高压釜体；39定位板；44横向支撑座I；92高压釜底座；93横向支撑座II。

图2为激振器及横向传动装置结构示意图。图中，27传感器支架；40声波探测式位移传感器；41反射挡板；42横向冷却水套I；43横向冷却水套II；44横向支撑座I；45连接架I；46滑动轴承I；47连接螺母；48连接过渡杆；49横向数据采集接头；50连接架II；51横向传动杆I；52横向传动杆II；53滑动轴承II；93横向支撑座II。

图3为高压釜内部与加热装置结构示意图。图中，15下部陶瓷加热套；16工作电极和辅助电极座；17热电偶安装座；22纵向冷却水套；23备用工作电极和辅助电极座；24参比电极；25参比电极排气阀；26参比电极座；33中部陶瓷加热套；34顶部陶瓷加热套；35高压釜盖紧固螺栓；54被磨材料A夹具固定板；55被磨材料A夹具固定板支架；56纵向传动杆；57排气管；58热电偶；59参比电极导液管；60进液管；92高压釜底座。

图4为被磨材料B与被磨材料A及其夹具连接结构示意图。图中，51横向传动杆I；52横向传动杆II；54被磨材料A夹具固定板；55被磨材料A夹具固定板支架；56纵向传动杆；61被磨材料A夹具；62被磨材料A；63被磨材料B；64连接螺柱；65挡板；66固定螺母；67挡板紧固螺钉；68螺柱紧固螺母I；69螺柱紧固螺母II；91被磨材料B固定底座。

图5为信号采集处理控制系统结构示意图。图中，70温度显示器；71超温报警指示灯；72加热指示灯；73加热电源开关；74压力显示器；75超压报警指示灯；76紧急开关；77控制柜电源指示灯；78控制柜电源开关；79激振器电源开关；80激振器电源指示灯；81频率显示器；82频率调节器；83振幅显示器；84振幅调节器；85正压力显示器；86正压力调节器；87低压报警指示灯；88压力控制器；89低温报警指示灯；90温度控制器。

具体实施方式

在具体实施过程中，本实用新型高温高压水原位切向微动磨损测试装置，由激振器、位移传感器、高压釜、加热套、横向传动装置、纵向加载轴置、信号采集处理控制系统、固定支架等组成，能够实现高温高压水中管-板接触式摩擦副的切向微动磨损测试，并可以通过信号采集、处理、控制系统对微动磨损过程中的振幅、频率及载荷数据进行实时的采集与精确控制，通过安装在高压釜上的工作电极、辅助电极和参比电极，并配合电化学工作站对切向微动磨损测试过程中材料表面的电化学信号进行检测。

如图1-图5所示，本实用新型高温高压水原位切向微动磨损测试装置，主要包括：立柱1、上限位卡套2、滑块3、下限位卡套4、压电陶瓷激振器5、激振器固定螺钉6、激振器支架7、激振器支架固定螺钉8、装置台架支柱9、液压泵手摇杆10、液压泵放气阀11、液压泵12、装置底座13、排气阀14、下部陶瓷加热套15、工作电极和辅助电极座16、热电偶安装座17、纵向位移传感器18、步进电机19、纵向位移限位器20、压力平衡系统21、纵向冷却水套22、备用工作电极和辅助电极座23、参比电极24、参比电极排气阀25、参比电极座26、传感器支架27、横向位移测量系统28、进液阀29、压力表30、压力传感器31、安全阀32、中部陶瓷加热套33、顶部陶瓷加热套34、高压釜盖紧固螺栓35、高压釜提升螺栓36、高压釜盖37、高压釜体38、定位板39、声波探测式位移传感器40、反射挡板41、横向冷却水套I42、横向冷却水套II43、横向支撑座I 44、连接架I 45、滑动轴承I 46、连接螺母47、连接过渡杆48、横向数据采集接头49、连接架II 50等，具体结构如下：

装置底座13上设有两个装置台架支柱9，装置台架支柱9的顶部设置高压釜底座92，高压釜底座92的顶部设有两个立柱1。高压釜底座92上的中部设置高压釜，高压釜底座92上高压釜的左侧设置传感器支架27、横向支撑座II 93，传感器支架27、横向支撑座II 93上设置横向位移测量系统28；高压釜底座92上高压釜的右侧设置横向支撑座I44、激振器支架7。

高压釜采用高压釜盖37和高压釜体38直立式结构相连接，高压釜体38内部设置工作电极(被磨材料B 63)、辅助电极(铂电极)、被磨材料A夹具61等，高压釜体38上配备有热电偶58、横向传动装置、纵向加载轴置、工作电极和辅助电极座16、热电偶安装座17、备用工作电极和辅助电极座23、外置参比电极24、参比电极座26等，工作电极和辅助电极座16、热电偶安装座17、备用工作电极和辅助电极座23、参比电极座26分别位于高压釜底座92的底部，工作电极和辅助电极分别通过导线穿过工作电极和辅助电极座16；参比电极24安装于参比电极座26上，参比电极24上带有参比电极排气阀25，参比电极导液管59伸入高压釜体38内。横向传动装置分别从左右两侧伸至高压釜体38内，并与高压釜体38内的被磨材料B63左右两侧相对应；纵向加载轴置从下侧伸至高压釜体38内，并与高压釜体38内的被磨材料B 63下侧相对应；被磨材料A夹具61与高压釜体38内的被磨材料B 63上侧相对应。

高压釜盖37和高压釜体38通过高压釜盖紧固螺栓35连接，高压釜盖37上方设置有定位板39，高压釜盖37顶部通过高压釜提升螺栓36与定位板39相连，高压釜盖37的外侧设置有顶部陶瓷加热套34，高压釜体38的外侧设置中部陶瓷加热套33、下部陶瓷加热套15，顶部陶瓷加热套34、中部陶瓷加热套33、下部陶瓷加热套15自上而下形成三层环形加热装置，以实现高压釜体38内部的温度均匀。在高压釜体38侧面穿有进液管60与排气管57，在进液管60上安装有进液阀29、压力表30、压力传感器31与安全阀32，在排气管57上安装有排气阀14。

两个立柱1穿过定位板39上的开孔内侧，两个立柱1上分别设置滑块3于定位板39的底部，定位板39通过滑块3与立柱1滑动配合，两个立柱1上分别设置有上限位卡套2与下限位卡套4，上限位卡套2位于定位板39顶部，下限位卡套4位于滑块3的底部，定位板39的中部通过高压釜提升螺栓36连接高压釜盖37。当上限位卡套2、下限位卡套4锁紧时，可将高压釜盖37固定于所需位置。立柱1的两侧设有与液压泵12连接的液压装置，液压装置通过液压泵12提供液压动力，液压泵12上设置液压泵手摇杆10和液压泵放气阀11，通过液压泵手摇杆10驱动液压泵12，从而带动连接高压釜盖37的定位板39进行上下移动。

横向传动装置分为左右两部分，分别从两侧穿入高压釜内，并在高压釜内部通过挡板65与连接螺柱64相连接，其中：横向传动装置的右侧部分一端安装连接架I 45，连接架I 45设置于横向支撑座I 44上，水平设置的连接过渡杆48穿过连接架I 45、与连接架I 45通过滑动轴承I 46连接，横向传动杆I 51与连接过渡杆48通过连接架II 50相连接，横向传动杆I 51与连接过渡杆48相对设置，横向传动杆I 51与连接过渡杆48相对端设置横向数据采集接头49，横向传动装置的右侧部分依次通过连接过渡杆48、连接螺母47与激振器5相连，激振器5通过激振器固定螺钉6安装于激振器支架7上，激振器支架7通过激振器支架固定螺钉8安装于高压釜底座92上；横向传动装置的左侧部分横向传动杆II 52通过滑动轴承II53与横向支撑座II93连接，横向位移测量系统28包括相对设置的声波探测式位移传感器40和反射挡板41，声波探测式位移传感器40安装于传感器支架27上，反射挡板41设置于横向支撑座II 93上，以实时测量微动磨损过程中位移的变化，横向传动杆I 51与横向传动杆II 52均通过密封圈进行密封。纵向加载轴置上设有纵向位移传感器18与压力传感器31(位于纵向传动杆56中)，纵向加载轴置通过纵向传动杆56与步进电机19相连，步进电机19的底部设置纵向位移限位器20，纵向传动杆56与高压釜之间设有压力平衡系统21，并通过密封圈进行密封。纵向传动装置上设有压力平衡系统21以抵消溶液中的高压所产生的作用力，继而实现法向载荷的精准控制。

在左侧的横向传动装置上设有横向冷却水套I 42，在右侧的横向传动装置上设有横向冷却水套II 43，在纵向加载轴置上设有纵向冷却水套22，来进行冷却水的循环，以有效防止密封圈、轴套及压力平衡系统21的温度过高。

左侧横向传动杆II 52与反射挡板41相连接，通过横向位移测量系统28对微动磨损过程中位移的变化进行实时测量与采集，可控微动振幅变化范围为±2μm～±500μm，进而通过信号采集处理控制系统对微动磨损过程中的微动振幅进行精确的控制。激振器5带动连接过渡杆48及横向传动杆I 51的运动，实现被磨材料B 63与被磨材料A 62之间的相对切向运动。激振器5提供的动力通过横向传动杆I 51的传递驱动被磨材料B 63与被磨材料A62进行频率为1～200Hz的振动，振动频率由信号采集处理控制系统进行精确控制。被磨材料B 63及其夹具通过纵向传动杆56与步进电机19相连接，可以稳定加载0～500N的法向载荷，并通过信号采集处理控制系统进行实时的测量与控制。

如图3-图4所示，被磨材料B 63与被磨材料A 62及其被磨材料A夹具61的精细固定结构。被磨材料B 63为管状设计，被磨材料B 63的上下分别对应：被磨材料A 62和被磨材料B固定底座91，被磨材料B 63与被磨材料A 62形成摩擦副，被磨材料A 62与被磨材料B 63顶部为线形接触，被磨材料B固定底座91与被磨材料B 63底部对应接触面为弧形适配设计，被磨材料A 62安装于被磨材料A夹具61上，被磨材料B固定底座91通过固定螺母66安装于纵向传动杆56上，被磨材料B 63及被磨材料B固定底座91通过固定螺母66与纵向传动杆56相连接，纵向传动杆56与步进电机19相连接以提供稳定的正压力，被磨材料B 63、被磨材料A 62和被磨材料B固定底座91通过被磨材料A夹具61和固定螺母66沿纵向紧密结合。被磨材料B63的左右分别对应挡板65，两个挡板65分别通过挡板紧固螺钉67安装于被磨材料B固定底座91的两侧，通过挡板紧固螺钉67与挡板65横向紧密结合，从而保持其平衡性。被磨材料B63的左右两侧分别通过挡板65与连接螺柱64及各自的紧固螺母与横向传动杆I 51和横向传动杆II 52相连接，将挡板65通过两侧的螺柱紧固螺母II 69固定在连接螺柱64上，并将连接螺柱64与两侧的横向传动杆I 51和横向传动杆II 52分别用螺柱紧固螺母I 68紧密连接并固定，就完成横向被磨材料B 63与横向传动装置的连接。被磨材料A 62为片状设计，其长宽高分别为12mm×12mm×4mm，与被磨材料A夹具61的底部凹槽适配。将被磨材料A 62与被磨材料A夹具61固定后，通过被磨材料A夹具固定板54与被磨材料A夹具固定板支架55固定于高压釜体38内部，被磨材料A夹具固定板54设置于被磨材料A夹具固定板支架55上，被磨材料A夹具61与被磨材料A夹具固定板54相连，通过调节被磨材料A夹具61的高度或改变纵向传动杆56的位移来施加稳定的法向载荷。

被磨材料B 63、被磨材料A 62和被磨材料B固定底座91均可采用不锈钢、镍基合金、锆合金等加工而成，被磨材料A夹具61和被磨材料B固定底座91均可以通过在其与被磨材料A 62和被磨材料B 63之间添加覆盖有ZrO _{2<\/sub>的Zr-4合金绝缘垫片的方式进行绝缘以进行电化学行为的测试。}

本实用新型在高压釜外设置有标准接口，可通过卡套与外部具有自动控制功能的高温高压水循环腐蚀试验系统(参见中国发明专利，申请号：201010275276.2，申请日：2010年09月08日；中国实用新型专利，申请号：201020521040.8，申请日2010年09月08日，授权日2011年06月01日)连接，从而可精确控制高压釜内的水化学环境。本实用新型中，激振器的生产厂家与规格型号是Emic Corporation生产的9514-AN\/SD\/Z26型电磁激振器。

如图5所示，本实用新型的信号采集处理控制系统，同时还包括温度与压力保护系统的控制柜，控制柜内设有温度、压力及各机械参数的显示器与调节器。温度控制器90与温度显示器70、超温报警指示灯71及低温报警指示灯89相连；压力控制器88与压力显示器74、超压报警指示灯75、低压报警指示灯87相连；频率调节器82与频率显示器81相连；振幅调节器84与振幅显示器83相连；正压力调节器86与正压力显示器85相连；各控制器与调节器分别连至控制柜内的继电器，继电器通过导线分别连接顶部陶瓷加热套34、中部陶瓷加热套33与下部陶瓷加热套15中的电炉丝。所述导线上设置有加热电源开关73和加热指示灯72，形成超温、低温、超压、低压等特殊情况下的断电保护结构，同时还设有紧急开关76以应对特殊情况下同时关闭全部设置的需求。另外，还包括控制柜电源指示灯77、控制柜电源开关78、激振器电源开关79、激振器电源指示灯80等，控制柜电源指示灯77与控制柜电源开关78相连，激振器电源开关79与激振器电源指示灯80相连。本实用新型通过在控制部分设置的多种条件下的自动断电保护结构，大大提升装置运行过程中的安全性，当出现高压釜泄露等意外事故时，可以通过报警系统自动断电，切断加热装置，对试样材料与设备都可以起到良好的保护作用。

如图1-图5所示，本实用新型高温高压水原位切向微动磨损测试装置的使用方法如下：

1、前后摆动液压泵手摇杆10，通过液压泵12驱动，带动连接高压釜盖37的定位板39上升，打开高压釜。

2、将被磨材料B 63及其夹具固定于挡板65上，并将其与纵向传动杆56、横向传动杆I 51、横向传动杆II 52通过相应的紧固螺母分别固定；

3、将被磨材料A 62固定于被磨材料A夹具61上，并通过被磨材料A夹具固定板54与被磨材料A夹具固定板支架55固定于高压釜体38内部固定位置；

4、调节被磨材料A夹具61的位置使被磨材料A62与被磨材料B 63相对水平并留有一定空隙，拧紧所有紧固结构。

5、打开液压泵放气阀11，缓慢降落高压釜盖37至与高压釜体38紧密结合，拧紧高压釜盖紧固螺栓35，使二者组合成为紧闭的高压釜。

6、向高压釜中充入体积为高压釜容积1\/2到2\/3的溶液，或通过高温高压水循环腐蚀试验系统充满相当于高压釜容积的溶液。

7、根据实验需要，通过进液管60向高压釜内通入氮气除氧，然后通过排气管57将气体排出。除气结束后，将进液阀29与排气阀14依次关闭。

8、设定温度控制器90的目标加热温度及相应的超温报警限制温度；设定压力控制器88的目标压力及相应的超压报警限制压力；设定频率调节器82的目标振动频率；设定振幅调节器84的目标微动振幅；设定正压力调节器86的目标正压力。

9、打开冷却水开关，使横向冷却水套I 42、横向冷却水套II 43与纵向冷却水套22均充满冷却水。

10、打开加热电源开关73对高压釜进行升温，待温度达到设定值后，设定对应的低温报警限制温度及低压报警限制压力。

11、根据实验要求保温一定时间后，根据正压力调节器86设定的目标正压力进行加载，待正压力加载稳定后，打开激振器电源开关79，根据频率调节器82设定的频率与振幅调节器84设定的振幅进行微动磨损测试，并将所测得的信息进行实时的采集与反馈调节。

12.若需要在磨损过程中同时采集电化学信号时，被磨材料B 63需焊接外表面套有一层聚四氟热缩管的镍丝并通过工作电极座16引出，同时以铂片作为辅助电极并用外部套有聚四氟热缩管的铂丝通过辅助电极座16引出。将工作电极、辅助电极和参比电极通过相应的引线连接至电化学工作站，快速采集和记录被磨材料B 63磨损过程中的电化学信息。

设计图

一种卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置论文和设计

一种卧式高温高压水原位切向微动磨损测试装置论文和设计

全文摘要

设计方案

设计说明书

设计图

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