一种水环境下可测接触力的激振磨损试验装置及实验方法

技术领域

本发明属于换热管磨损试验技术领域，具体涉及一种水环境下可测接触力的激振磨损试验装置及实验方法。

背景技术

蒸汽发生器换热管是一回路系统主要设备之一，也是总体装置安全运行的关键。在设备事故中，有一半以上是由蒸汽发生器换热管破损引起的，严重影响了整个设备的安全与可靠。当蒸汽发生器内部的两相流流速过大或失稳时，换热管束会发生“流弹失稳”现象，并与抗振条等支承结构发生剧烈的碰撞摩擦，导致换热管与支承结构发生磨损和疲劳破坏，这是能源工程中的重大安全隐患之一。

不同流体在换热管内外流动的过程中，因为换热管内外的压力差作用使得各部分流体的流动状态也在不断地发生变化，从而产生复杂的激振力，并导致换热管与抗振条间产生剧烈的接触振动，进而在换热管达到其发生磨损阈值的条件下逐步开始磨损。而现有的试验装置及方法包括单轴或多轴磨损试验、疲累试验和拉伸试验等，此类试验均难以获取换热管与抗振条之间的瞬态接触力，且难以评定激振力与瞬态接触力之间的函数关系，进而影响换热管发生磨损的预测行为与工艺修订方式。此外，市面上现有实验设备抗振条的功能和结构较为单一化，并且在进行不同类型的磨损试验过程中需要更换不同的抗振条试样以满足相应要求，容易造成大量抗振条试样的浪费。

综合考虑蒸汽发生器换热管的实际工况，有必要设计出一种可多角度变化且能够实时测量换热管与其支撑结构瞬态接触力的磨损试验装置，研究换热管发生磨损的影响因素，分析小间隙等因素对换热管的磨损行为，增加换热管乃至整个蒸汽发生器的服役时长。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种可多角度变化且能够实时测量换热管与其支撑结构瞬态接触力的磨损试验装置及实验方法。

本发明提供如下技术方案：一种立式多向激振磨损试验装置，包括试验台，所述试验台包括实验底座及设置在实验底座上的实验支架；所述实验支架的一侧设有换热管及可加热水箱，换热管的上部固定在实验支架上，下部插入可加热水箱中并固定在其内部；所述实验底座上设有随机激振平台，随机激振平台包括可移动设置在实验底座上的平台主体，平台主体上可移动设置有升降装置、设置在升降装置上的冲击装置；所述冲击装置通过连杆组件与换热管相连接；所述可加热水箱内设有用于对换热管进行检测的传感器组件。

进一步的，连杆组件包括夹装板、激振连杆及控制传感器；夹装板设置在换热管上，控制传感器安装在夹装板上，并通过激振连杆与冲击装置相连接。

进一步的，所述传感器组件包括传感器支座，其位于可加热水箱内部并固定在实验支架上，换热管穿过传感器支座；所述传感器支座上设置有一组安装块，安装块上设有抗振条及压电式传感器，

进一步的，所述安装块上设有用于对抗振条安装位置进行调整的顶针。

进一步的，所述实验支架的一侧设有用于部件安装的轨道滑槽，轨道滑槽的外侧设有用于准确调整部件间安装距离的刻度标记。

进一步的，所述实验底座上设有一组弧形轨道，随机激振平台平台主体的底部设有一组周向可制动滚轮，周向可制动滚轮设置在弧形轨道中。

进一步的，所述随机激振平台平台主体上设有前后移动滑槽，升降装置的底部设有前后滚轮，前后滚轮设置在前后移动滑槽中。

进一步的，还包括用于对冲击装置进行激振参数设置的计算机一、用于将计算机一中输出信号进行幅值放大的功率放大器、用于将传感器组件收集的接触力信号转变为电信号的信号采集卡及用于将信号采集卡传输的电信号转换为接触力信号并进行记录的计算机二。

一种水环境下可测接触力激振磨损试验装置的实验方法，包括以下步骤：

S1、通过计算机一用于对冲击装置进行激振相关参数设置；

S2、通过功率放大器将计算机一中设置的输出信号进行幅值放大；

S3、随机激振平台接收幅值放大的信号后实施激振，激振效果通过连杆组件传递作用至换热管上；

S4、换热管在激振效果的作用下产生晃动并与抗振条之间产生接触力进而发生磨损；

S5、传感器组件将收集的实时接触电信号传输至信号采集卡；信号采集卡与计算机二相连接，计算机二将实时读取的电信号转化为接触力信号，并记录相关数据。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明能够测量蒸汽发生器换热管与其支撑结构之间瞬态接触力、研究小间隙等因素对换热管磨损行为的影响，同时能够满足在不同环境下换热管磨损行为的研究；有效地解决了蒸汽发生器换热管磨损行为研究困难等问题，保证了换热管的服役时长与蒸汽发生器的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明的磨损试验流程图；

图2为本发明的试验台结构示意图；

图3为本发明的随机激振平台结构示意图；

图4为本发明的传感器组件结构示意图；

图5为本发明的轴承支座结构示意图；

图6为本发明的连杆组件结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

请参阅图1-6，一种水环境下可测接触力激振磨损试验装置，基于该装置的实验流程如图1所示：

计算机一1用于设置激振相关参数，如激振力的大小、激振时间以及激振频率等，激振力设置范围为0～1000N，激振时间持续时长不超过24h，激振频率设置范围为0～500Hz；

功率放大器2将设置的输出信号进行幅值放大，放大比例一般设置为30％；

随机激振平台3在接收相关放大信号后实施激振，激振效果通过连杆组件4传递作用至换热管5上；

换热管5在激振效果的作用下产生晃动并与抗振条602之间产生接触力进而发生磨损；

传感器组件6将收集的实时接触电信号传输至信号采集卡7；信号采集卡7与计算机二8相连接，计算机二8将实时读取的电信号转化为接触力信号，并记录相关数据。

具体的，图2展示了本发明的试验台结构图，图5展示了本发明的轴承支座的结构示意图。如图2和图5所示，试验支架9固定于剪力墙面，并且其两侧均采用多个螺栓进行固定，确保整个试验过程的安全与稳定；试验支架9的顶端设有支架吊环10，吊环设置数量为4个，保证试验支架9便捷且安全地运输及安装；试验支架9右侧表面设有刻度尺13，刻度尺的总量成为5m，最小分度值为1mm。根据刻度尺13可以方便精准调控所需安装的各零部件间距离，确保整个试验过程所得结果的准确性；试验支架9表面设有两条平行的轨道滑槽14；轴承支座12以及可加热密封水箱15通过螺栓固定于轨道滑槽14上且可根据具体试验方案上下调整距离；轴承支座12通过六角螺栓固定于轨道滑槽14上，且其表面设有轴承孔，用于配合安装轴承套11；轴承支座12侧表面设有两个预紧螺栓孔，用于轴承套11的固定与拆卸跟换；轴承套11侧表面设有预紧螺栓小孔，用于换热管5的固定与便捷拆卸或跟换；换热管5上端固定于轴承套11内，下端固定于可加热密封水箱15内；可加热密封水箱15可根据试验条件要求设置不同水温，温度调节范围为25～200℃，且其内设有传感器组件6。

具体的，图4展示了本发明的传感器组件结构示意图。如图4所示的传感器组件6包括预紧螺栓601、抗振条602、顶针603、不锈钢块604、传感器支座605和压电式传感器608；抗振条602与压电式传感器608之间通过螺纹固定连接，抗振条602与压电式传感器608的数量各为1对，且抗振条602与压电式传感器608之间设有一固定螺母，便于两者之间稳定连接；压电式传感器608通过螺纹连接固定于不锈钢块604一侧，另一侧设有一顶针603，不锈钢块604与顶针603的个数均为2个，通过调整顶针603的配合深度可改变抗振条602与换热管5之间的间隙，达到换热管5与抗振条602间可调整不同间隙的目的；不锈钢块604通过预紧螺栓601固定于传感器支座605上，各不锈钢块604均配合2个预紧螺栓601，传感器支座605通过螺栓连接固定于轨道滑槽14上；传感器支座605中心设有换热管预留孔607，防止换热管5出现大幅度晃动伤及试验人员；传感器支座605表面设有多个预紧螺栓孔606，预紧螺栓孔606的个数为8个，根据试验激振方向的不同，进而可以相应的调整不锈钢块604的固定位置。

具体的，图3展示了本发明的随机激振平台结构示意图。如图3所示，试验底座17表面设有两条弧形滚轮轨道16，保证随机激振平台3能够平稳顺滑的进行周向方向的改变；随机激振平台包括平台吊环301、液压装置302、前后移动滑槽303、周向可制动滚轮304、前后可制动滚轮305和冲击装置306；平台吊环数量为4个，通过平台吊环301确保随机激振平台3便捷且安全地运输及安装；通过设置前后移动滑槽303可以满足冲击装置306的前后移动；液压装置302可实现冲击装置306的上下位置的调整，适用试验范围广。

具体的，图6展示了本发明的连杆组件结构示意图。如图所示，连杆组件4包括夹具401，激振连杆402和控制传感器403；夹具401配合安装于换热管5上，且其侧面设有预紧螺栓孔，用于夹具401的固定与拆卸；控制传感器403配合安装在夹具上，激振连杆402一端与控制传感器403连接，另一端与冲击装置306连接，两端均用螺母进行固定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。