高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及腐蝕疲勞試驗領域，具體是一種高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統。半圓形歐姆夾夾持疲勞試樣標距段兩端，通過連接螺桿連接歐姆夾與V型開口方塊，無磁性連接螺桿一端連接LVDT的感應鐵芯，另一端穿過V型開口方塊；在無磁性連接螺桿擰上兩個螺母，并放置壓縮彈簧于螺母內側，另一端放置帶通孔的四面體塊，通過螺母壓緊V型開口方塊、帶通孔的四面體塊固定無磁性連接螺桿；在高壓釜蓋外端通過螺紋硬密封連接隔套，水冷套置于隔套外側；LVDT通過螺紋與隔套下端連接，LVDT與位移顯示器連接。從而，通過以上配合安裝，并調節好感應鐵芯位置，進行清零，即可原位實時監測高溫高壓水中疲勞過程中試樣標距段的應變。
【專利說明】高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及腐蝕疲勞試驗領域，具體是一種原位實時監測高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的線性可變差動變壓位移傳感器(LVDT, Linear Variable DifferentialTransformer)系統,用于金屬棒狀疲勞試樣在高溫高壓水中的低周疲勞試驗。
【背景技術】
[0002]核電結構材料在高溫高壓水中的腐蝕疲勞行為是核電站安全設計、管理與壽命評估關注的重點，許多運行經驗以及研究均表明高溫高壓水腐蝕疲勞是核電結構材料失效的潛在形式之一，也是目前核電站壓力邊界設計疲勞曲線改進的熱點。國際上(美國、日本、法國等核電發達國家)對核電結構材料在高溫高壓水中的腐蝕疲勞行為非常重視，開展了系統的研究，積累了大量的腐蝕疲勞基礎數據，對核電站的設計和壽命評估有重要的指導意義。我國正在大力發展核電，努力實現核電結構材料國產化，但國產核電材料的腐蝕疲勞數據幾乎為空白，制約我國核電事業的進一步發展。關鍵問題是模擬核電服役的高溫高壓循環水環境非常苛刻，設備研發難度大，進口異常昂貴。
[0003]我國已成功研發高溫高壓循環水腐蝕疲勞設備(中國發明專利，專利申請號:201010240899.6，發明名稱:一種帶高溫高壓循環水的腐蝕疲勞試驗裝置)，但該設備無法原位精確監測高溫高壓水中疲勞試樣標距段的應變，疲勞實驗過程中的應變測量精度無法保證。因此，研制出能夠原位精確監測高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的系統，對提高我國高溫高壓水腐蝕疲勞測試技術水平,促進國產核電結構材料高溫高壓水腐蝕疲勞數據的積累，意義重大。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種能夠原位實時精確監測高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的LVDT系統，解決現有高溫高壓水腐蝕疲勞試驗過程中無法原位監測疲勞試樣標距段位移，應變測量精度不夠的難題。
[0005]本實用新型的技術方案是:
[0006]一種高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，該系統包括:歐姆夾、連接螺桿1、v型開口方塊、帶通孔的四面體塊、螺母、壓縮彈簧、連接螺桿I1、感應鐵芯、水冷套、隔套、O型圈1、0型圈I1、線性可變差動變壓位移傳感器，具體結構如下:
[0007]兩個歐姆夾分別夾持棒狀疲勞試樣的標距段兩端，歐姆夾與V型開口方塊通過連接螺桿I連接，調節歐姆夾位置，使V型開口方塊的V型開口正好對應高壓釜蓋的通孔I處；連接螺桿II穿過帶通孔的四面體塊、V型開口方塊、壓縮彈簧，兩個螺母安裝于連接螺桿II上、位于帶通孔的四面體塊、V型開口方塊、壓縮彈簧組合體的兩端，連接螺桿II的末端連接感應鐵芯，各組件配合安裝，并擰緊各個螺栓，形成“連接組件”，疲勞試樣標距段兩端的“連接組件”結構相同；
[0008]隔套與高壓釜蓋通過螺紋硬密封連接，水冷套設置于隔套外側，隔套與線性可變差動變壓位移傳感器通過螺紋連接。
[0009]所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，連接螺桿II的一端穿過隔套的中心孔、伸至線性可變差動變壓位移傳感器的中心孔中，連接螺桿II能夠無摩擦通過高壓釜蓋的通孔1、隔套的中心孔和線性可變差動變壓位移傳感器的中心孔，連接螺桿II與高壓釜蓋、隔套、線性可變差動變壓位移傳感器均無接觸。
[0010]所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，水冷套與隔套通過O型圈I密封。
[0011]所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，隔套與線性可變差動變壓位移傳感器之間相對應處通過O型圈II密封。
[0012]所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，帶通孔的四面體塊為四面體塊上開有通孔II，四面體塊的四個面均為正三角形。
[0013]所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，V型開口方塊的上表面設有V型開口，方便連接螺桿II在高壓釜有限空間內快速穿過V型開口方塊的V型開口下的通孔III…型開口方塊的側面設有螺紋孔，連接螺桿I與V型開口方塊的螺紋孔通過螺紋連接。
[0014]所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，V型開口方塊上表面的V型開口與帶通孔的四面體塊配合安裝，以調節連接螺桿II的垂直度；連接螺桿II自上而下依次穿過帶通孔的四面體塊的通孔I1、V型開口方塊的通孔III，連接螺桿II上安裝的兩個螺母，用以調節感應鐵芯的位置，并固定連接螺桿II。
[0015]所述的高溫高壓·水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，隔套頂端設有R2.5mm的弧面，保證與高壓釜蓋穩定密封連接。
[0016]所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，線性可變差動變壓位移傳感器設計耐壓為10~30MPa，連接螺桿II為無磁性奧氏體不銹鋼連接螺桿。
[0017]本實用新型的有益效果是:
[0018]1、本實用新型通過歐姆夾夾持棒狀疲勞試樣標距段兩端，配合連接，形成“連接組件”，傳遞疲勞試樣標距段位移；隔套與高壓釜蓋密封連接，水冷套置于隔套外側，通過O型圈密封，通自來水冷卻高溫高壓水，轉變成常溫高壓水；LVDT與隔套連接，感應到感應鐵芯的位移，發出相應信號，通過連接位移顯示器顯示位移。通過所述組件配合連接，形成一種原位實時監測高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的LVDT系統，該系統能夠原位實時精確監測高溫高壓水中棒狀疲勞試樣標距段的應變。
[0019]2、本實用新型的LVDT系統通過“連接組件”精確傳遞棒狀疲勞試樣標距段應變；通過隔套、水冷套將高溫高壓水轉變成常溫高壓水，形成適合LVDT的工作環境；通過高精度LVDT感應到感應鐵芯的位移，發出相應的位移信號，準確顯示棒狀疲勞試樣標距段應變。
[0020]3、本實用新型的LVDT系統設計巧妙，操作簡單方便，可在現有高溫高壓水腐蝕疲勞實驗裝置上實現原位實時精確監測棒狀疲勞試樣標距段的應變，大幅度提高應變疲勞試驗精度。
【專利附圖】
【附圖說明】[0021]圖1-圖3為本實用新型裝置結構圖。其中，圖1為“連接組件”，圖2為水冷套，圖3為線性可變差動變壓位移傳感器(LVDT)系統。圖中:1、棒狀疲勞試樣；2、歐姆夾；3、連接螺桿I ;4、V型開口方塊；5、帶通孔的四面體塊；6、螺母；7、壓縮彈簧；8、連接螺桿II ;9、感應鐵芯；10、水冷套；11、隔套；12、0型圈I ;13、線性可變差動變壓位移傳感器。
[0022]圖4為本實用新型裝置在高壓釜中安裝示意圖。圖中，8、連接螺桿II ; 10、水冷套；
11、隔套；13、線性可變差動變壓位移傳感器；14、高壓釜蓋；15、通孔I ;16、0型圈II。
[0023]圖5 (a)-圖5 (b)為帶通孔的四面體塊結構示意圖。其中，圖5 Ca)為主視圖；圖5 (b)為俯視圖。圖中，17、四面體塊；18、通孔II。
[0024]圖6 (a)_圖6 (b)為V型開口方塊結構示意圖。其中，圖6 (a)為主視圖；圖6(b)為俯視圖。圖中，19、V型開口 ；20、螺紋孔；21、通孔III。
[0025]圖7 (a)-圖7 (c)為線性可變差動變壓位移傳感器(LVDT)系統實驗精度驗證圖。其中，圖7 (a)為監測疲勞機位移、線性可變差動變壓位移傳感器系統(標距段為16_)讀數、應變規(標距段為IOmm)讀數之間的關系；圖7 (b)為線性可變差動變壓位移傳感器系統讀數(監測數據除以1.6)與應變規讀數之間的關系；圖7 (c)為疲勞過程中線性可變差動變壓位移傳感器系統讀數(監測數據除以1.6)、應變規讀數、載荷之間的關系。
【具體實施方式】
[0026]如圖1-圖6所示，本實用新型原位實時監測高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的線性可變差動變壓位移傳感器(LVDT)系統，主要包括:歐姆夾2、連接螺桿I 3 (M4)、V型開口方塊4、帶通孔的四面體塊5、螺母6 (M3)、壓縮彈簧7、連接螺桿II 8 (M3)、感應鐵芯9、水冷套10、隔套11、O型圈I 12、線性可變差動變壓位移傳感器13 (LVDT)等，具體結構如下:
[0027]如圖1、圖5 (a)_圖5 (b)、圖6 (a)-圖6 (b)所示，兩個半圓形歐姆夾2分別夾持棒狀疲勞試樣I的標距段兩端，歐姆夾2與V型開口方塊4通過連接螺桿I 3 (M4)連接，調節歐姆夾2位置，使V型開口方塊4的V型開口正好對應高壓釜蓋14的通孔I 15處；連接螺桿II 8 (M3)為無磁性奧氏體不銹鋼，連接螺桿II 8 (M3)穿過帶通孔的四面體塊5、V型開口方塊4、壓縮彈簧7，兩個螺母6 (M3)安裝于連接螺桿II 8 (M3)上、位于帶通孔的四面體塊5、V型開口方塊4、壓縮彈簧7組合體的兩端，連接螺桿II 8 (M3)的末端連接感應鐵芯9，各組件配合安裝，并擰緊各個螺栓，形成“連接組件”，疲勞試樣標距段兩端的“連接組件”結構相同。
[0028]如圖2、圖3、圖4所示，隔套11與高壓釜蓋14通過螺紋硬密封連接，水冷套10設置于隔套11外側，水冷套10與隔套11通過O型圈I 12密封。隔套11與線性可變差動變壓位移傳感器13通過螺紋連接，隔套11與線性可變差動變壓位移傳感器13之間相對應處通過O型圈II 16密封。連接螺桿II 8 (M3)的一端穿過隔套11的中心孔、伸至線性可變差動變壓位移傳感器13的中心孔中，連接螺桿II 8 (M3)能夠無摩擦通過高壓釜蓋14的通孔
I15、隔套11的中心孔和線性可變差動變壓位移傳感器13的中心孔，連接螺桿II 8 (M3)與高壓釜蓋14、隔套11、線性可變差動變壓位移傳感器13均無接觸，線性可變差動變壓位移傳感器13感應到感應鐵芯9的位移，發出相應信號，通過連接位移顯示器顯示“連接組件”的位移，進一步能夠傳遞疲勞試樣標距段實時位移。[0029]本實用新型中，高溫高壓循環水腐蝕疲勞試驗為常規技術，如:中國發明專利，專利申請號:201010240899.6，發明名稱:一種帶高溫高壓循環水的腐蝕疲勞試驗裝置，其中的高壓釜顛倒放置，即高壓釜蓋在下，高壓釜體在上，連接螺桿II 8 (M3)的一端伸到高壓釜體中，疲勞試樣標距段兩端的“連接組件”以及疲勞試樣位于高壓釜體中。
[0030]如圖5 (a)_圖5 (b)所示，帶通孔的四面體塊5為四面體塊17上開有通孔II 18，四面體塊17的四個面均為正三角形。
[0031]如圖6 (a)_圖6 (b)所示，V型開口方塊4的上表面設有V型開口 19，方便連接螺桿II 8(M3)在高壓釜有限空間內快速穿過V型開口方塊4的V型開口 19下的通孔11121。V型開口方塊4的側面設有螺紋孔20，連接螺桿I 3 (M4)與V型開口方塊4的螺紋孔20通過螺紋連接。
[0032]本實用新型中，V型開口方塊4上表面的V型開口 19與帶通孔的四面體塊5配合安裝，以調節連接螺桿II 8 (M3)的垂直度。連接螺桿II 8 (M3)自上而下依次穿過帶通孔的四面體塊5的通孔II 18、V型開口方塊4的通孔III 21，連接螺桿II 8 (M3)上安裝的兩個螺母6 (M3)，用以調節感應鐵芯9的位置，并固定連接螺桿II 8 (M3)。
[0033]本實用新型中，隔套11頂端設有R2.5mm的弧面，保證與高壓釜蓋14穩定密封連接；隔套11與線性可變差動變壓位移傳感器13連接處安置O型圈II 16，保證隔套11與線性可變差動變壓位移傳感器13之間的穩定密封，線性可變差動變壓位移傳感器13設計耐壓為20MPa。
[0034]本實用新型中，歐姆夾2內徑為16mm，夾持標距段上端直徑為16mm的棒狀疲勞試樣，疲勞試樣標距直徑為8mm。
[0035]本實用新型的原位實時監測高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的線性可變差動變壓位移傳感器系統，適用于疲勞試樣標距段兩端直徑范圍為8-40mm。
[0036]如圖1-圖3、圖5-圖6所示，本實用新型高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統的安裝步驟如下:
[0037](I)利用歐姆夾2夾持疲勞試樣I標距段兩端，通過連接螺桿I 3 (M4)連接歐姆夾2與V型開口方塊4，調整歐姆夾2位置，使V型開口方塊4的V型開口 19正好位于高壓釜蓋14的通孔I 15處上方。
[0038](2)連接隔套11與高壓釜蓋14 (硬密封)，水冷套10置于隔套11外側，通過O型圈I 12密封，水冷套10中通自來水，以冷卻高溫高壓水為常溫高壓水。
[0039](3)連接線性可變差動變壓位移傳感器13與隔套11，并在連接處安置O型圈
II16，通過擠壓O型圈II 16進行密封，將線性可變差動變壓位移傳感器13信號輸出線與位移顯示器連接。本實用新型采用線性可變差動變壓位移傳感器13(LVDT)、位移顯示器實時監測位移為常規技術。
[0040](4)將連接螺桿II 8 (M3)穿過帶通孔的四面體塊5、V型開口方塊4、壓縮彈簧7，連接螺桿II 8 (M3)上安裝兩個螺母6 (M3)，兩個螺母6 (M3)分別位于四面體塊5、V型開口方塊4、壓縮彈簧7組合體的兩端，連接螺桿II 8 (M3)的末端連接感應鐵芯9，通過調節兩個螺母6 (M3)的位置，調節感應鐵芯9位置，使其停滯于零點位置(位移顯示為O)處，擰緊螺母6 (M3)。擰緊各處螺母，形成“連接組件”，且連接螺桿II 8 (M3)與高壓釜蓋14、隔套11、線性可變差動變壓位移傳感器13均無接觸，連接螺桿II 8 (M3)無摩擦穿過高壓釜蓋14、隔套11、線性可變差動變壓位移傳感器13。
[0041]實施例
[0042]在精度校正試驗中，采用標距段直徑為8mm、標距段長度為16mm、標距段兩端直徑為16_的標準棒狀疲勞試樣。安裝原位實時監測高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的線性可變差動變壓位移傳感器系統，監測標距段長度為16mm ;同時安裝應變規，監測標距段長度為10mm。疲勞機位移選擇為0-0.4mm,在每一點進行三次重復試驗。
[0043]圖7 Ca)為單向拉伸過程中疲勞機位移傳感器、線性可變差動變壓位移傳感器系統、應變規監測數據對比，可知三者為近似線性對應關系；圖7 (b)為單向拉伸過程線性可變差動變壓位移傳感器系統監測數據除以1.6與應變規監測數據關系，可知在應變較低時，兩者對應關系較好；應變較大時，線性可變差動變壓位移傳感器監測的數據偏小約5-10μπι;圖7 (c)為疲勞過程中線性可變差動變壓位移傳感器的監測數據除以1.6與應變規的監測數據的關系，兩者有良好的對應關系。由圖7 (a)_圖7 (c)可以看出，本實用新型設計的線性可變差動變壓位移傳感器系統能夠較精確地監測疲勞試樣標距段的應變，從而能原位實時監測高溫高壓水CF實驗中試樣標距段的真實應變。
[0044]實施例結果表明，本實用新型通過半圓形歐姆夾夾持疲勞試樣標距段兩端，通過M4螺紋的連接螺桿連接歐姆夾與V型開口方塊，M3螺紋的無磁性連接螺桿，一端連接LVDT的感應鐵芯，另一端穿過V型開口方塊；在M3螺紋的無磁性連接螺桿擰上兩個M3螺紋的螺母，并放置壓縮彈簧于M3螺紋的螺母內側，通過螺母壓緊V型開口方塊固定M3螺紋的無磁性連接螺桿，M3螺紋的無磁性連接螺桿一端放置帶通孔的四面體塊，用于調整連接螺桿垂直度；在高壓釜蓋外端通過螺紋硬密封連接隔套，水冷套置于隔套外側，并放置O型圈進行密封；LVDT通過螺紋與隔套下端連接，并放置O型圈進行密封；LVDT與位移顯示器連接；通過以上配合安裝，并調節好感應鐵芯位置，進行清零，即可原位實時監測高溫高壓水中疲勞過程中試樣標距段的應變。
【權利要求】
1.一種高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，其特征在于，該系統包括:歐姆夾、連接螺桿1、V型開口方塊、帶通孔的四面體塊、螺母、壓縮彈簧、連接螺桿I1、感應鐵芯、水冷套、隔套、O型圈1、O型圈I1、線性可變差動變壓位移傳感器，具體結構如下: 兩個歐姆夾分別夾持棒狀疲勞試樣的標距段兩端，歐姆夾與V型開口方塊通過連接螺桿I連接，調節歐姆夾位置，使V型開口方塊的V型開口正好對應高壓釜蓋的通孔I處；連接螺桿II穿過帶通孔的四面體塊、V型開口方塊、壓縮彈簧，兩個螺母安裝于連接螺桿II上、位于帶通孔的四面體塊、V型開口方塊、壓縮彈簧組合體的兩端，連接螺桿II的末端連接感應鐵芯，各組件配合安裝，并擰緊各個螺栓，形成“連接組件”，疲勞試樣標距段兩端的“連接組件”結構相同； 隔套與高壓釜蓋通過螺紋硬密封連接，水冷套設置于隔套外側，隔套與線性可變差動變壓位移傳感器通過螺紋連接。
2.按照權利要求1所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，其特征在于，連接螺桿II的一端穿過隔套的中心孔、伸至線性可變差動變壓位移傳感器的中心孔中，連接螺桿II能夠無摩擦通過高壓釜蓋的通孔1、隔套的中心孔和線性可變差動變壓位移傳感器的中心孔，連接螺桿II與高壓釜蓋、隔套、線性可變差動變壓位移傳感器均無接觸。
3.按照權利要求1所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，其特征在于，水冷套與隔套通過O型圈I密封。
4.按照權利要求1所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，其特征在于，隔套與線性可變差動變壓位移傳感器之間相對應處通過O型圈II密封。
5. 按照權利要求1所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，其特征在于，帶通孔的四面體塊為四面體塊上開有通孔II，四面體塊的四個面均為正三角形。
6.按照權利要求1所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，其特征在于，V型開口方塊的上表面設有V型開口，方便連接螺桿II在高壓釜有限空間內快速穿過V型開口方塊的V型開口下的通孔III…型開口方塊的側面設有螺紋孔，連接螺桿I與V型開口方塊的螺紋孔通過螺紋連接。
7.按照權利要求1所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，其特征在于，V型開口方塊上表面的V型開口與帶通孔的四面體塊配合安裝，以調節連接螺桿II的垂直度；連接螺桿II自上而下依次穿過帶通孔的四面體塊的通孔I1、V型開口方塊的通孔III，連接螺桿II上安裝的兩個螺母，用以調節感應鐵芯的位置，并固定連接螺桿II。
8.按照權利要求1所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，其特征在于，隔套頂端設有R2.5mm的弧面，保證與高壓釜蓋穩定密封連接。
9.按照權利要求1所述的高溫高壓水中疲勞試樣標距段應變的原位實時監測系統，其特征在于，連接螺桿II為無磁性奧氏體不銹鋼連接螺桿。
【文檔編號】G01N3/18GK203561334SQ201320705444
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】譚季波, 吳欣強, 韓恩厚, 王翔 申請人:中國科學院金屬研究所
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