试验舱及模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置的制作方法

本发明属于金属材料性能分析测试与试验研究，涉及一种试验舱及模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置。

背景技术：

1、电站锅炉受热面管受高温烟气及火焰温度的影响，其服役温度存在波动，温度相差较大，则会产生过大的温度应力。而在深度调峰工况下，受热面管温度的变化频率增大，进而出现因交变热应力而引发热疲劳损伤。同时，受热面在高温下与烟气中的腐蚀气氛(如so2/so3,o2,co2/co等)以及沉积在管壁表面的碱金属硫酸盐、金属氧化物等发生复杂化学反应导致高温烟气腐蚀。因此，在调峰工况下，受热面管将在烟气腐蚀和热疲劳耦合作用下服役。一方面，烟气腐蚀金属表面腐蚀形成蚀坑，产生应力集中，导致疲劳裂纹成核，诱发热疲劳破坏；另一方面，温度波动形成循环热应力，导致金属表面产生微变型，使金属表面电化学性的不均匀，变形区域与未变形区域形成腐蚀微电池，进一步加速腐蚀。烟气腐蚀和热疲劳交互作用，进一步增加受热面管道爆管风险，危及锅炉的运行甚至电厂的安全。

2、为了掌握电站受热面管在高温腐蚀气氛下的热疲劳行为，研究腐蚀气氛环境下热疲劳裂纹的产生及扩展规律，需对服役状态下电站金属材料的热疲劳性能进行研究，以便为电站受热面结构的应用设计及失效分析提供依据。目前现有的热疲劳试验装置基本为gb/t 15824-2008《热做模具钢疲劳试验方法》中所述的循环加热-冷却系统，以上系统无法提供电站腐蚀气氛环境，也无法建立电站金属材料的热应力与热循环的关系。因此，如何提供一种能够准确模拟电站金属材料的服役环境，并建立腐蚀性气氛以及电站金属材料的热应力与热循环的关系，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种试验舱及模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置，该实验舱及装置能够实现在多种气氛状态下的热疲劳试验。

2、为达到上述目的，本发明公开了一种试验舱，包括耐热外壳，耐热外壳内设置有舱内热电偶，耐热外壳的顶部开口处设置有顶盖，所述顶盖的底部设有电机，电机的输出轴与上样品压头相连接，耐热外壳底部的内侧设置有下样品固定台，试样位于所述上样品压头与下样品固定台之间，所述耐热外壳上设有烟气进气口、冷风吹气口及出气口。

3、进一步的，耐热外壳的底部位于底座上。

4、进一步的，电机的输出轴经应力传感器与上样品压头相连接。

5、进一步的，顶盖与底座之间通过若干支撑架相连接。

6、本发明公开了一种模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置，包括气体源、质量流量计、气体混合器、冷风机、温度控制器、可移动加热线圈支架、冷却计数器、舱内温度表及试验舱；

7、气体源的出口经质量流量计与气体混合器的入口相连通，气体混合器的出口与烟气进气口相连通，冷风机的出口与冷风吹气口相连通，可移动加热线圈支架上缠绕有用于对试验舱进行加热的加热线圈；

8、温度控制器与所述舱内热电偶的输出端、冷风机的控制端、可移动加热线圈支架的控制端及加热线圈相连接；冷却计数器及舱内温度表与所述温度控制器相连接。

9、进一步的，气体混合器的出口经烟气导气管及进气阀与烟气进气口相连通。

10、进一步的，出气口与防倒吸瓶的入口相连通，防倒吸瓶的出口与尾气处理瓶的入口相连通。

11、进一步的，还包括控制计算机及气体流量控制器，所述控制计算机的输出端与所述气体流量控制器的输入端及电机的控制端相连接，所述气体流量控制器与质量流量计相连接。

12、进一步的，还包括链式传动轨道，所述可移动加热线圈支架安装于所述链式传动轨道上。

13、进一步的，所述可移动加热线圈支架上缠绕有加热线圈的位置为u形结构，在加热时，所述耐热外壳套接于所述u形结构内。

14、本发明具有以下有益效果：

15、本发明所述的试验舱及模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置在具体操作时，通过多种气体按质量比例混合实现电站气氛的模拟；通过加热线圈在加热时和冷却时在样品周围移动，加热线圈加热和冷风机冷却，实现试样周围温度的波动，从而实现在多种气氛状态下的热疲劳试验。

16、进一步，通过应力传感器获得热疲劳试验过程中的试样热应力的变化情况。

17、进一步，由温度控制器与加热线圈执行升温和保温功能，通过舱内热电偶监测耐热外壳内的实际温度，以实现对温度的自动控制。

技术特征：

1.一种试验舱，其特征在于，包括耐热外壳(912)，耐热外壳(912)内设置有舱内热电偶(96)，耐热外壳(912)的顶部开口处设置有顶盖(911)，所述顶盖(911)的底部设有电机，电机的输出轴与上样品压头(98)相连接，耐热外壳(912)底部的内侧设置有下样品固定台(95)，试样(97)位于所述上样品压头(98)与下样品固定台(95)之间，所述耐热外壳(912)上设有烟气进气口(91)、冷风吹气口(92)及出气口(99)。

2.根据权利要求1所述的试验舱，其特征在于，耐热外壳(912)的底部位于底座(94)上。

3.根据权利要求1所述的试验舱，其特征在于，电机的输出轴经应力传感器(910)与上样品压头(98)相连接。

4.根据权利要求1所述的试验舱，其特征在于，顶盖(911)与底座(94)之间通过若干支撑架(93)相连接。

5.一种模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置，其特征在于，包括气体源(1)、质量流量计(2)、气体混合器(3)、冷风机(5)、温度控制器(15)、可移动加热线圈支架(12)、冷却计数器(13)、舱内温度表(14)及权利要求(1)所述的试验舱；

6.根据权利要求5所述的模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置，其特征在于，气体混合器(3)的出口经烟气导气管(7)及进气阀(6)与烟气进气口(91)相连通。

7.根据权利要求5所述的模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置，其特征在于，出气口(99)与防倒吸瓶(16)的入口相连通，防倒吸瓶(16)的出口与尾气处理瓶(17)的入口相连通。

8.根据权利要求5所述的模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置，其特征在于，还包括控制计算机(8)及气体流量控制器(4)，所述控制计算机(8)的输出端与所述气体流量控制器(4)的输入端及电机的控制端相连接，所述气体流量控制器(4)与质量流量计(2)相连接。

9.根据权利要求5所述的模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置，其特征在于，还包括链式传动轨道(11)，所述可移动加热线圈支架(12)安装于所述链式传动轨道(11)上。

10.根据权利要求5所述的模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置，其特征在于，所述可移动加热线圈支架(12)上缠绕有加热线圈(10)的位置为u形结构，在加热时，所述耐热外壳(912)套接于所述u形结构内。

技术总结
本发明公开了一种试验舱及模拟电站气氛环境的高温热疲劳性能试验装置，包括耐热外壳，耐热外壳内设置有舱内热电偶，耐热外壳的顶部开口处设置有顶盖，所述顶盖的底部设有电机，电机的输出轴与上样品压头相连接，耐热外壳底部的内侧设置有下样品固定台，试样位于所述上样品压头与下样品固定台之间，所述耐热外壳上设有烟气进气口、冷风吹气口及出气口，该实验舱及装置能够实现在多种气氛状态下的热疲劳试验。

技术研发人员：田晓,杨宇博,徐慧,梁碧珂,李芳草,姚林,张心怡,马子晗
受保护的技术使用者：西安西热产品认证检测有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/26