专利摘要

本发明公开了一种高温高压多相流冲击微动损伤测试系统及其实施方法，包括冲击微动试验装置和与冲击微动试验装置连通的水质循环处理系统；冲击微动试验装置包括高温高压容器；高温高压容器包括可开合的上腔体和下腔体；下腔体位于安装平台上，上腔体位于提升平台上；高温高压容器内部固定安装第一试验元件和第二试验元件；第一试验元件上安装光纤加速度传感器；第二试验元件位于高温高压容器中部，安装于光纤力传感器内，并依次与柔性连接件、激振活塞杆、连接盘和正交分布的两个高频电磁激振装置相连接；高温高压容器顶部安装加热元件，高温高压容器侧面通过开设的循环进水口和循环出水口与水质循环处理系统连通。

权利要求

1.一种高温高压多相流冲击微动损伤测试系统，其特征在于：包括冲击微动试验装置和与冲击微动试验装置连通的水质循环处理系统；

所述冲击微动试验装置包括高温高压容器；所述高温高压容器包括可开合的上腔体和下腔体；所述下腔体位于安装平台上，上腔体位于提升平台上；所述高温高压容器内部固定安装第一试验元件和第二试验元件；所述第一试验元件上安装光纤加速度传感器；所述第二试验元件位于高温高压容器中部，安装于光纤力传感器内，并依次与柔性连接件、激振活塞杆、连接盘和正交分布的两个高频电磁激振装置相连接；所述高温高压容器顶部安装加热元件，高温高压容器侧面通过开设的循环进水口和循环出水口与水质循环处理系统连通；

所述激振活塞杆的密封点与高温高压容器之间设置冷却水套，密封点设置密封圈安装套，冷却水套前端设置导向套；

所述激振活塞杆中部开设连通高温高压容器内部和外部压力腔的空心孔；在激振活塞杆中部设计一空心孔，将容器内部的高压引入到外部增加的一压力腔中，实现活塞杆两端无压差的自平衡，即通过将容器内部的高压引出到容器外部的压力腔内，建立激振活塞杆两端的压力平衡。

2.根据权利要求1所述的高温高压多相流冲击微动损伤测试系统，其特征在于：所述安装平台通过阻尼减振元件安装于与地面相连的若干根立柱上。

3.根据权利要求2所述的高温高压多相流冲击微动损伤测试系统，其特征在于：所述阻尼减振元件采用可抗剪切振动的橡胶。

4.根据权利要求1所述的高温高压多相流冲击微动损伤测试系统，其特征在于：所述提升平台通过石墨滑套沿导柱竖直运动，导柱固定于安装平台上。

5.根据权利要求1所述的高温高压多相流冲击微动损伤测试系统，其特征在于：所述第一试验元件两端采用装夹装置安装于高温高压容器内部。

6.根据权利要求1所述的高温高压多相流冲击微动损伤测试系统，其特征在于：所述高温高压容器的材质为304不锈钢。

7.根据权利要求1所述的高温高压多相流冲击微动损伤测试系统，其特征在于：所述激振活塞杆的材质为304不锈钢，表面镀铬后进行涂层。

8.根据权利要求1-7任一所述的高温高压多相流冲击微动损伤测试系统的实施方法，其特征在于，包括：

S1、提升平台将高温高压容器上腔体和下腔体打开，并在其内安装第一试验元件和第二试验元件，下降提升平台，闭合高温高压容器；

S2、水质循环处理系统作业，向高温高压容器内部通入高压水，并通过加热元件将试验环境加热至预设状态；

S3、正交的两个高频电磁激振装置作业，带动第二试验元件运动，并使第二试验元件与第一试验元件发生冲击磨损；

S4、通过光纤加速度传感器和光纤力传感器测量第一试验元件和第二试验元件冲击磨损过程中的动力学响应参数。

说明书

技术领域

本发明属于微动损伤测试的技术领域，具体涉及一种高温高压多相流冲击微动损伤测试系统及其实施方法。

背景技术

在压水堆核电系统中，由于流致振动现象的普遍存在，导致了在有紧配合和间隙配合存在的元件间常常发生冲击微动磨损，如蒸汽发生器传热管与梅花孔支撑板之间、燃料棒包壳管与格架弹簧之间以及控制棒包壳管和弹簧格架之间，微动磨损造成的构件的损伤和减薄往往会导致核电反应堆提前停堆检修，严重的甚至会发生泄漏事故，影响核电站的运行安全。

目前国内外关于核电元件的微动损伤已经开展了大量的研究工作，但大量的研究工作都集中于材料损伤机理的研究方面，对于在真实服役环境下，采用与工程使用条件基本相同的结构，并模拟真实工程运行条件下的微动损伤研究仍为空白，这要是由于核电服役环境相对极端，导致试验成本相对较高，而基于工程服役条件下的试验模拟又是建立损伤预测模型和检验材料和构件可靠性的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种高温高压多相流冲击微动损伤测试系统及其实施方法，以解决或改善上述的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种高温高压多相流冲击微动损伤测试系统及其实施方法，其包括：冲击微动试验装置和与冲击微动试验装置连通的水质循环处理系统；

冲击微动试验装置包括高温高压容器；高温高压容器包括可开合的上腔体和下腔体；下腔体位于安装平台上，上腔体位于提升平台上；高温高压容器内部固定安装第一试验元件和第二试验元件；第一试验元件上安装光纤加速度传感器；第二试验元件位于高温高压容器中部，安装于光纤力传感器内，并依次与柔性连接件、激振活塞杆、连接盘和正交分布的两个高频电磁激振装置相连接；高温高压容器顶部安装加热元件，高温高压容器侧面通过开设的循环进水口和循环出水口与水质循环处理系统连通。

优选地，安装平台通过阻尼减振元件安装于与地面相连的若干根立柱上。

优选地，阻尼减振元件采用可抗剪切振动的橡胶。

可有效减缓剪切振动，减少对试验精度的影响。

优选地，提升平台通过石墨滑套沿导柱竖直运动，导柱固定于安装平台上。

提升平台可通过石墨滑套沿导柱上下运动，实现高温高压容器上腔体和下腔体的闭合和分离，且提升平台的上下运动通过气动提升装置实现，可以允许平台上下运动过程中具有一定的缓冲。

优选地，第一试验元件两端采用装夹装置安装于高温高压容器内部。

通过装夹装置将第一试验元件固定于高温高压容器内部。

优选地，激振活塞杆的密封点与高温高压容器之间设置冷却水套，密封点设置密封圈安装套，冷却水套前端设置导向套。

在激振活塞杆与高温高压容器之间采用强制冷却密封的方式实现动密封，先通过冷却水套通入循环冷却水，对激振活塞杆强制冷却，将密封的温度降低到密封圈适用的工作温度下，再通过两级密封的方式，对激振活塞杆与高温高压容器之间进行动密封。

优选地，激振活塞杆中部开设连通高温高压容器内部和外部压力腔的空心孔。

通过将容器内部的高压引出到容器外部的压力腔内，建立激振活塞杆两端的压力平衡。

优选地，高温高压容器的材质为304不锈钢。

可防止运行过程中水化学反应的发生。

优选地，激振活塞杆的材质为304不锈钢，表面镀铬后进行涂层。

在激振活塞杆表面镀铬后再进行涂层处理，降低密封摩擦系数。

一种高温高压多相流冲击微动损伤测试系统的实施方法，包括：

S1、提升平台将高温高压容器上腔体和下腔体打开，并在其内安装第一试验元件和第二试验元件，下降提升平台，闭合高温高压容器；

S2、水质循环处理系统作业，向高温高压容器内部通入高压水，并通过加热元件将试验环境加热至预设状态；

S3、正交的两个高频电磁激振装置作业，带动第二试验元件运动，并使第二试验元件与第一试验元件发生冲击磨损；

S4、通过光纤加速度传感器和光纤力传感器测量第一试验元件和第二试验元件冲击磨损过程中的动力学响应参数。

本发明提供的高温高压多相流冲击微动损伤测试系统及其实施方法，具有以下有益效果：

本发明可对真实服役结构进行1:1工程验证的试验系统，实现不同相位角耦合下的随机运动轨迹，模拟流致振动下的冲击微动磨损；并实现核电一二回路运行条件下的服役环境，对核电系统中易于发生冲击微动损伤的构件可靠性校核。

附图说明

图1为高温高压多相流冲击微动损伤测试系统的轴侧图。

图2为高温高压多相流冲击微动损伤测试系统剖视结构图。

图3为高温高压多相流冲击微动损伤测试系统激振加载冷却密封结构示意图。

图4为高温高压多相流冲击微动损伤测试系统及其实施方法的工作原理图。

其中，1、立柱；2、阻尼减振元件；3、安装平台；4、高频电磁激振装置；5、提升平台；6、石墨滑套；7、气动提升装置；8、提升连杆；9、导柱；10、高温高压容器；11、压力腔；12、动密封圈；13、加载连杆；14，密封圈安装套；15、冷却水套；16、导向套；17、第一试验元件；18、装夹装置；19、加热元件；20、光纤加速度传感器；21、循环进水口；22、循环出水口；23、柔性连接件；24、第二试验元件；25、光纤力传感器；26、激振活塞杆；27、连接盘；28、挡圈；29、静密封圈。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1-图3，本方案的高温高压多相流冲击微动损伤测试系统，冲击微动试验装置和与冲击微动试验装置连通的水质循环处理系统，本系统可进行不同振动模态下的核电零部件对磨副，如传热管与支撑盘、燃料棒包壳管与格架弹簧和控制棒包壳管与格架弹簧在真实服役状态下冲击微动磨损试验及其参数测量。

冲击微动试验装置包括高温高压容器10，高温高压容器10包括可开合的上腔体和下腔体，下腔体位于安装平台3上，上腔体位于提升平台5上。

安装平台3通过阻尼减振元件2安装于与地面相连的立柱1上，阻尼减振元件2采用可抗剪切振动的橡胶，可有效减缓剪切振动，减少对试验精度的影响。

提升平台5通过石墨滑套6沿导柱9竖直运动，导柱9固定于安装平台3上。可通过石墨滑套6沿导柱9上下运动，实现高温高压容器10上腔体和下腔体的闭合和分离，且提升平台5的上下运动通过气动提升装置7实现，可以允许平台上下运动过程中具有一定的缓冲。

高温高压容器10的材质选用304不锈钢，可防止运行过程中水化学反应的发生。

高温高压容器10内部固定安装第一试验元件17和第二试验元件24，第一试验元件17为管装元件，如传热管或包壳管，第一试验元件17采用两端固定夹持的方式通过装夹装置18安装于高温高压容器10内部，第一试验元件17上安装光纤加速度传感器20。

第二试验元件24为支撑板或格架弹簧，位于高温高压容器10中部，安装于光纤力传感器25内，并依次与柔性连接件23、激振活塞杆26、连接盘27和正交分布的两个高频电磁激振装置4相连接。

高温高压容器10顶部安装加热元件19，高温高压容器10侧面通过开设的循环进水口21和循环出水口22与水质循环处理系统连通。光纤力传感器25与循环进水口21和循环出水口22的接口都集中安装在法兰上，法兰安装于高温高压容器10中部。

循环进水口21和循环出水口22可实现高温高压多相流环境下的试验状态。

参考图4，水质循环处理系统用于为高温高压容器10内部通入高压水，并进行水质循环。

两个高频电磁激振装置4正交分布，并固定于安装平台3上，高频电磁激振装置4通过激振活塞杆26对安装于压力容器内部的第二试验元件24施加冲击载荷。活塞杆采用采用304不锈钢，表面镀铬后再进行涂层处理，降低密封摩擦系数。

采用两套正交布置的高频电磁激振装置4同时对试验件进行激振加载，在不同输出相位角的耦合下，实现工程上由于流致振动导致的随机运动轨迹，使试验元件发生冲击微动磨损，通过光纤传感器测量试验过程中的动力学响应参数。

柔性连接元件是具有平行于激振方向高刚度、垂直于激振方向有较好的柔性的片状弹簧，从而解决同时正交加载造成的干涉。

激振活塞杆26与高温高压容器10之间采用强制冷却动密封的设计方式，在密封点与高温高压容器10之间设计一一定长度的冷却水套15，通入循环冷却水，对激振活塞杆26进行强制冷却，密封点的密封圈安装套14采用设计两级动态密封，一级密封圈实现密封或降压密封，二级密封圈实现最终密封，冷却水套15前端设计有一导向套16，保证激振活塞杆26的对中性。

在激振活塞杆26与高温高压容器10之间采用强制冷却密封的方式实现动密封，先通过冷却水套15通入循环冷却水，对激振活塞杆26强制冷却，将密封的温度降低到密封圈适用的工作温度下，再通过两级密封的方式，对激振活塞杆26与高温高压容器10之间进行动密封。

由于外部常压环境下高压环境施加载荷需要克服内外压差，因此，通过在激振活塞杆26中部设计一空心孔，将容器内部的高压引入到外部增加的一压力腔11中，实现活塞杆两端无压差的自平衡，即通过将容器内部的高压引出到容器外部的压力腔11内，建立激振活塞杆26两端的压力平衡。

激振活塞杆26与高温高压容器10之间、激振活塞杆26与压力腔11之间均采用硅胶密封圈，具有良好的弹性，适用于微动试验所需的高频作动位移；高温高压多相流环境的建立通过水质循环处理装置控制压力容器内部的压强后，通过安装于高温高压容器10内部的电加热元件19对水介质进行加热，试验高温多相流环境。

根据本申请的一个实施例，参考图4，一种高温高压多相流冲击微动损伤测试系统的实施方法，包括：

S1、提升平台5将高温高压容器10上腔体和下腔体打开，并在其内安装第一试验元件17和第二试验元件24，下降提升平台5，闭合高温高压容器10；

即通过气动提升装置7，将提升平台5升高，高温高压容器10上腔体在随提升平台5的升高与容器下腔体分离，在此状态下，在高温高压容器10内部进行第一试验元件17和第二试验元件24的安装调整和固定，试验元件安装完毕后，再通过下降提升平台5，将高温高压容器10闭合，并对试验装置进行参数校正和调零。

S2、水质循环处理系统作业，向高温高压容器10内部通入高压水，并通过加热元件19将试验环境加热至预设状态；

通过水质循环处理装置对高温高压容器10内部通入高压水，并进行水质循环，待建立了稳定的内部压力状态后，通过电加热元件19对水进行加热，建立所需试验水汽环境温度和内部压力。

S3、正交的两个高频电磁激振装置4作业，带动第二试验元件24运动，并使第二试验元件24与第一试验元件17发生冲击磨损；即通过电磁激振装置和活塞杆带动试验元件发生冲击微动磨损。

S4、通过光纤加速度传感器20和光纤力传感器25测量第一试验元件17和第二试验元件24冲击磨损过程中的动力学响应参数。

本发明通过将与工程使用条件完全相同的对磨副元件安装于高温高压容器10内部，通过外部的高频电磁激振装置4施加带动试验元件之一进行高频激振，同时在对磨元件接触面间发生冲击微动磨损，并实时测量冲击微动损伤动力学响应参数；可对真实服役结构进行1:1工程验证的试验系统，实现不同相位角耦合下的随机运动轨迹，模拟流致振动下的冲击微动磨损；并实现核电一二回路运行条件下的服役环境，对核电系统中易于发生冲击微动损伤的构件可靠性校核。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

一种高温高压多相流冲击微动损伤测试系统及其实施方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。