用于管式样品的加热加压实验装置的制作方法

1.本技术涉及高温高压试验装置技术，特别涉及用于管式样品的加热加压实验装置技术。


背景技术：

2.管式结构样品的高温、高压条件测试是应用在反应堆等各种极端条件下的结构材料重要材料性能测试手段，能够最大程度上反映出极端条件下管式结构材料的蠕变、疲劳等材料性能变化，为工程应用奠定良好的实验基础。
3.但是，目前暂时没有适用于管式结构样品的高温高压实验装置，无法满足管式结构样品的高温高压测试要求，因此有必要开发一种装置以满足管式结构样品的高温高压测试要求，为极端条件下的材料应用奠定材料参数基础。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种用于管式样品的加热加压实验装置，在满足实验装置的密封性的同时，保证样品的观察位置最佳，能够实现样品的高温高压原位实验功能，从而提供相应服役条件下材料较为真实的数据。
5.本技术公开了一种用于管式样品的加热加压实验装置，包括：
6.设有门体的加热炉，所述门体上设有第一管道，所述加热炉上还设有用于抽真空的第二管道和用于监测管式样品实验状态的至少一个观察窗；
7.包含样品加压连接管道的高压样品部件，所述样品加压连接管道的第一端口用于连接管式样品，所述样品加压连接管道的第二端口用于接入高压气体，所述样品加压连接管道的外径略小于所述第一管道的内径；
8.预紧力密封装置，用于将所述高压样品部件可拆卸地密封安装在所述第一管道中。
9.在一个优选例中，所述第一管道沿其中心轴方向向炉外侧延长预设长度；
10.所述预紧力密封装置包括预紧单元和密封单元，所述预紧单元设置于所述第一管道的炉外延长部分上，所述密封单元设置于所述第一管道的炉外延长部分和所述样品加压连接管道之间。
11.在一个优选例中，所述至少一个观察窗包括设于管式样品轴向方向上的第一观察窗和设于所述管式样品径向方向上的至少一个第二观察窗。
12.在一个优选例中，所述加热炉还包括炉本体，所述炉本体与所述门体可拆卸密封连接，或者密封铰链连接；
13.所述高压样品部件还包括设置在其第二端口的气压计和阀门。
14.在一个优选例中，所述第二管道还用于通入惰性气体；
15.所述加热炉上还设置有第三管道，所述第三管道用作排气通道。
16.在一个优选例中，所述第二管道的高度高于所述第三管道的高度；
17.所述第二管道和所述第三管道均设置在所述门体上，所述第一管道的高度介于所述第二管道的高度和所述第三管道的高度之间。
18.在一个优选例中，所述第二管道和所述第三管道分别沿其中心轴方向向炉外侧延长预设长度；
19.所述第二管道和所述第三管道的炉外延长部分的端口处分别设有阀门。
20.在一个优选例中，所述样品加压连接管道的第一端口和所述管式样品采用焊接密封连接；
21.所述加热炉内置加热保温及温度控制系统。
22.本技术实施方式中，至少包括以下优点和有益效果：
23.打开密封门，将管式样品与经过密封门中预留的第一管道放入的样品加压连接管道进行焊接连接，关闭密封门，通过第二观察窗将炉中样品调整至最佳观察位置后，通过预紧力密封装置将样品加压连接管道密封安装在第一管道中。在满足实验装置的密封性的同时，保证样品的观察位置最佳。
24.通过设置轴向的一个观察窗和径向的至少两个观察窗，实现更加全面的实验数据采集，提高实验的准确度。
25.将第二管道和三管道作为气体循环通道对炉体内进行抽真空或者通入氩气进行保护，并同时对管式样品内部充入高压气体，实现了类似超超临界反应堆等各种极端条件下的高压测试的功能，满足各种实验需要。
26.在保证真空或者氩气充满炉体后开始加热升温，通过温度控制系统能够实时控制升温速度，监测炉中温度。
27.此外，本技术的实施方式很好的实现了管式样品的真空加热及高温高压实验条件，避免了加热时样品氧化等不利影响，同时为管式样品高温高压下的参数监测提供了更加全面的监测条件，提高实验的准确度。
28.本技术的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本技术所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本技术上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征a+b+c，在另一个例子中公开了特征a+b+d+e，而特征c和d是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征e技术上可以与特征c相组合，则，a+b+c+d的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而a+b+c+e的方案应当视为已经被记载。
附图说明
29.图1是根据本技术第一实施方式的用于管式样品的加热加压实验装置整体结构示意图。
30.图2是根据本技术第一实施方式的示例炉本体结构示意图。
31.图3是根据本技术第一实施方式的示例门体结构示意图。
32.图4是根据本技术第一实施方式的示例高压样品部件结构示意图。
33.图5是根据本技术第一实施方式的示例预紧力密封装置结构示意图。
34.图6是根据本技术的图1示出的示例实验装置实验准备完成后的状态示意图。
35.其中，
36.101
‑
加热炉
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1011
‑
炉本体
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1012
‑
门体
37.102
‑
高压样品部件
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103
‑
预紧力密封装置
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201
‑
第一观察窗
38.202
‑
第二观察窗
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301
‑
第一管道
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302
‑
第二管道
39.303
‑
第三管道
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401
‑
管式样品
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402
‑
预紧力密封垫圈
40.403
‑
气压计
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404
‑
阀门
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405
‑
样品加压连接管道
具体实施方式
41.在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。
42.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的实施方式作进一步地详细描述。
43.本技术的第一实施方式涉及一种用于管式样品的加热加压实验装置，如图1、2、3所示，该装置包括加热炉101、高压样品部件102和预紧力密封装置103。
44.具体的，该加热炉101包括炉本体1011和门体1012，该门体1012上设置有第一管道301，该加热炉101上还设置有用于连接真空泵的第二管道302和用于监测管式样品状态的至少一个观察窗。其中，该真空泵与第二管道302例如可以采用卡箍或螺纹连接。
45.可选地，该门体1012与炉本体1011通过可拆卸结构和密封结构实现可拆卸密封连接。例如，该密封结构可以是设置在该门体1012和/或炉本体1011上的密封垫圈。例如，门体1012的下表面设有滑轮，炉本体1011安装门体1012一侧的下方设有导轨，其中滑轮和导轨配合构成该可拆卸结构。可选地，门体1012和炉本体1011也可以是密封铰链连接等。
46.其中，第二管道302可以设置在炉本体1011上，也可以设置在门体1012上。可选地，该加热炉101上还可以设置有第三管道303。进一步地，第二管道302和第三管道303为惰性气体循环提供了循环通道。例如，第二管道302用于通入惰性气体，第三管道303用于作为气体流出通道。
47.可选地，第二管道302的高度高于第三管道303的高度。可选地，第二管道302和第三管道303均设置在门体1012上，第一管道301的高度介于第二管道302的高度和第三管道303的高度之间。
48.可选地，第二管道302和第三管道303分别沿各自中心轴方向向炉外侧延伸预设长度，具体长度可根据需要设置，第二管道302和第三管道303的向炉外侧延伸部分处设有阀门，并且与真空泵和气压计采用卡箍或螺纹连接。
49.可选地，第一管道301例如是在贯穿门体1012通过焊接与门体1012进行密封；第二管道302和第三管道303例如是在贯穿炉本体1011或门体1012通过焊接与之进行密封，以保证密封。
50.该至少一个观察窗用于观察样品在高温高压实验条件下的参数变化，二者为实现实时数据监测提供了可靠接口，保证实验能够原位进行。各观察窗优选地为耐高温材质。各
观察窗处外接有样品参数检测设备，例如但不限于激光探测器等。
51.可选地，如图1、2所示，该至少一个观察窗包括设于所述管式样品轴向的第一观察窗201和设于所述管式样品径向的第二观察窗202，第一观察窗201用于监测该管式样品的轴向状态，第二观察窗202用于监测该管式样品的径向状态。进一步地，第二观察窗202同时还用于在安装所述高压样品部件时，调整管式样品在炉中位置以保证管式样品处于第二观察窗202的最佳观察位置。
52.可选地，该至少一个观察窗还可以包括设于所述管式样品轴向的第一观察窗和设于所述管式样品径向的多个第二观察窗，第一观察窗用于监测该管式样品的轴向实验状态，多个第二观察窗用于分别监测该管式样品的不同位置的径向实验状态。例如，该炉本体设置为圆柱形状，该多个第二观察窗例如可以是环绕炉本体一周等距离或非等间距分布。再例如，该炉本体设置为长方体或正方体形状，该多个第二观察窗例如可以是分布在长方体或正方体的四个侧面上。
53.高压样品部件102包含样品加压连接管道，该样品加压连接管道的第一端口用于连接管式样品，该样品加压连接管道的第二端口用于接入高压气体，该样品加压连接管道的外径略小于该第一管道的内径以方便将样品加压连接管道穿过第一管道后实现后续预紧力密封安装。
54.可选地，该样品加压连接管道的第一端口与该管式样品例如但不限于通过焊接连接。
55.可选地，该高压样品部件102还包括设置在样品加压连接管道第二端口的气压计和阀门。
56.图4示出了一个示例高压样品部件。如图4所示，该高压样品部件102包括管式样品401、预紧力密封垫圈402、气压计403、阀门404和样品加压连接管道405；其中，预紧力密封垫圈402固定在样品加压连接管道405的外侧，用于后续预紧力密封安装时实现样品加压连接管道405与第一管道301的密封，管式样品401与样品加压连接管道405进行焊接密封，进一步保证了高压样品部件密封。使用时，该高压样品部件通过第二端口接入高压气体充入管式样品中，以及通过气压计403和阀门404对气体压力进行控制，能够模拟在反应堆或者其他高温高压工作环境的管道中受压情况，例如轴向和纵向受压情况。
57.预紧力密封装置103用于将该样品加压连接管道可拆卸地密封安装在第一管道301中。这样不仅方便样品的装卸，不会破坏门的密封性，同时还可以根据需要调整管式样品在炉中位置。
58.可选地，预紧力密封装置103包括预紧单元和密封单元，该密封单元为弹性材料制成。如图5所示为一个示例预紧力密封装置，该预紧单元例如可以是设置于第一管道301延伸至炉外部分上的外套卡箍304，该密封单元例如可以是设置于样品加压连接管道外表面的密封垫圈302等，以实现将该样品加压连接管道可拆卸地密封安装在第一管道301中。
59.可选地，加热炉101还内置有加热保温和温度控制系统，用于保证炉内温度稳定可调。
60.为了更好的理解本技术，下面以图1所示的实验装置为例，介绍其实验过程：首先，打开门体，将管式样品与经过门体的第一管道放入的样品加压连接管道进行焊接；然后，关闭并扣紧门体以保证了整体密封门和炉体密封；同时，通过第二观察窗，调整管式样品加压
连接管道在加热炉中的位置以保证样品处于第二观察窗的观察范围内；然后，采用预紧力密封装置将样品加压连接管道密封安装在第一管道中，同时起到固定样品和样品加压连接管道位置的作用，如图6为该实验装置实验准备完成后的状态示意图；然后，打开连接第二、第三管道外接的真空泵或者氩气保护装置以及样品加压连接管道的阀门，对加热炉内进行抽真空或者进行通氩气保护，通过气压计对加热炉内的真空度进行监测，确保达到合适的真空度，或者通入氩气，实现氩气的循环流动，从而保证在加热时不会使得样品氧化，保证实验正常进行(例如，真空度可达10pa等，保证在加热时不会使得样品氧化，在保证真空或者氩气充满炉体后开始加热升温，可升至1200℃并保温等)；同时，向高压样品部件中的管式样品内部充入高压气体(例如充入高压气体，最高可达49mpa等)，以实现类似超超临界反应堆等各种极端条件下的高压测试的功能，在保证真空度达到要求或者氩气充满炉体后开始加热升温，通过炉体的温度控制系统控制温度升至预置实验温度后保温；最后，利用外接的如光学监测仪器等设备，通过第一、第二观察窗对管式样品相应参数进行监测，从而能够实时反映出样品在高温高压下的相应行为，实现原位和实时测量的功能。
61.需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。
62.在本技术提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本技术的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，在阅读了本技术的上述公开内容之后，本领域技术人员可以对本技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所要求保护的范围。