一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置

1.本发明涉及腐蚀试验装置领域，具体涉及一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置。


背景技术：

2.核反应堆失水事故是核事故中最严重的极限事故，事故发生时，冷却剂沸腾产生大量水蒸气，包壳温度可达1000℃以上，因此，材料的耐高温水蒸气腐蚀性能是评估核包壳材料安全性的重要依据之一。
3.现有的水蒸气腐蚀试验装置实现了腐蚀过程中的水蒸气及腐蚀产物气体的流动和及时排出，然而传统的试验装置在进行高温蒸汽腐蚀试验时，更换样品过程中，需要对炉子进行降温，然后再进行实验，该过程实验时间长，效率低。
4.因此，需要提供一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，通过设置送取样机构，使得更换样品的过程中，炉内热量损失小，从而便于进行连续实验，以解决现有的更换样品过程中，需要对炉子进行降温，然后再进行实验，该过程实验时间长，效率低的问题。
6.本发明的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置采用如下技术方案：
7.包括管式炉，还包括：
8.水蒸气发生器，其出口和管式炉的炉管进口连通；
9.气氛控制组件，其包括混气罐，混气罐用于混合多种试验气氛，供气管道上设置有质量流量计，混气罐的出口与管式炉的炉管的进口连通；
10.以及送取样机构，送取样机构包括金属波纹管，其一端与炉管的出口端连接，其另一端通过法兰连接有真空密封航插，真空密封航插伸至金属波纹管内一端通过金属管连接有样品舟，靠近法兰端一侧的金属波纹管的底部设置有支撑导向组件，支撑导向组件用于对金属波纹管进行支撑，并用于在金属波纹管收缩或者伸长时进行导向。
11.优选的，支撑导向组件包括金属波纹管的下方设置有支撑平台，支撑平台上沿金属波纹管长度方向滑动设置有竖直的支撑杆，支撑杆背离支撑平台的一端与金属波纹管连接。
12.优选的，炉管的进口连接有导流器，导流器的进口分别与混气罐的出口与水蒸气发生器的出口连通。
13.优选的，金属管内设置有热电偶，热电偶设置在靠近样品舟的金属管内，用于测量样品所在位置的温度。
14.优选的，还包括：抽真空机构，其与炉管连通，用于在炉管注入试验气氛前对炉管抽真空。
15.优选的，水蒸气发生器的出口、混气罐的出口与管式炉的炉管的进口之间均通过
管路连接，所述管路上均设置有电磁流量调节阀。
16.优选的，炉管出口的一侧设置有排气管，排气管上设置有排气阀。
17.优选的，炉管上还设置有真空规管和数显压力表。
18.优选的，混气罐通过供气管连接有多个气氛源接口，所述供气管道上设置有质量流量计，气氛源接口与质量流量计之间的供气管道上设置有控制阀；优选的，混气罐上设置有指针压力表。
19.优选的，多个气氛源接口中的其中一个为氩气源接口。
20.本发明的有益效果是：
21.1、通过拉动支撑杆使得金属波纹管伸长或者收缩，金属波纹管伸长或者收缩过程中就会使得金属管上的样品舟伸入炉管内或者从炉管取出，从而实现放入或取出试样，该过程中由于金属波纹管设置在炉管的出口，金属波纹管的出口距离炉管的恒温区较远，故在更换样品的过程中，热量损失非常小，炉内温度不会发生较大变化，即装取料对炉管内温度及气氛影响小，送取样不破坏炉管内试验环境，换样无需先对炉子进行降温，方便连续开展高温蒸汽腐蚀试验，减少等待时间，提高效率。
22.2、本发明通过气氛控制组件的多个气氛源接口接入不同气氛，然后通过混气罐进行混合，从而实现不同蒸汽氧化气氛下的高温蒸汽腐蚀试验，即根据试验要求通入不同气氛，然后通过气氛控制组件的多个气氛源接口接入不同气氛，再通过混气罐进行混合，从而实现不同蒸汽氧化气氛下的高温蒸汽腐蚀试验。
23.3、其次，本发明中热电偶与真空密封航插连接，直接伸入样品室，且热电偶与样品舟都在金属管上，故热电偶与样品舟相距近，因此，保证了热电偶所测的温度为样品所在位置的真实温度。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置的实施例的总体结构示意图；
26.图2为本发明的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置的气氛控制组件和炉管、水蒸气发生器的管路连接示意图；
27.图3为本发明的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置的送取样机构与炉管的连接结构示意图。
28.图中：1、水蒸气发生器；2、气氛控制组件；3、管式炉；4、送取样机构；5、排气阀；6、真空泵；7、电磁真空压差阀；8、真空密封航插；9、金属波纹管；10、热电偶；11、出口；21、气氛源接口；22、控制阀；23、质量流量计；24、混气罐；25、电磁流量调节阀；31、炉管；32、真空规管；33、数显压力表；91、支撑杆；92、支撑平台；101、样品舟；241、指针压力表。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.本发明的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置的实施例，如图1所示，包括：管式炉3、水蒸气发生器1、气氛控制组件2以及送取样机构4，具体的，水蒸气发生器1的出口11和管式炉3的炉管31的进口连通；其中，气氛控制组件2包括混气罐24，混气罐24通过供气管连接有多个的气氛源接口21，且供气管道上设置有质量流量计23，混气罐24的出口与管式炉3的炉管31的进口连通；水蒸气发生器1的出口11、混气罐24的出口与管式炉3的炉管31的进口之间的管路上均设置有电磁流量调节阀25；在炉管31的出口端设置有用于从炉管31取放试验样品的送取样机构4，具体的，由于现有技术在进行高温蒸汽腐蚀试验时，存取样品过程均是打开炉管31出口端的存取料口，然后装取料，但这样会破坏炉管内温度及试验气氛，换样品时也需先对炉子进行降温随后取出样品，不能连续进行高温蒸汽腐蚀试验，故，本实施例在此提供一种送取样机构4，具体的，如图3所示，本实施例的送取样机构包括金属波纹管9，金属波纹管9的一端与炉管31的出口端连接，金属波纹管9另一端通过法兰连接有真空密封航插8，真空密封航插8伸至金属波纹管9内一端通过金属管连接有样品舟101，靠近法兰端一侧的金属波纹管9的底部设置有支撑导向组件，支撑导向组件用于对金属波纹管9进行支撑，并用于金属波纹管9收缩或者伸长时进行导向。
31.其中，支撑导向组件包括金属波纹管9的下方设置有支撑平台92，支撑平台92上沿金属波纹管9长度方向滑动设置有竖直的支撑杆91，支撑杆91背离支撑平台92的一端与金属波纹管9连接。具体的，滑动设置的具体方式为：在支撑平台92上设置的滑槽，支撑杆91的底部设置有滑块，滑块安装在滑槽内且能沿滑槽滑动。
32.需要说明的是，在进行试验时，将样品送入炉管31的具体的过程为：将真空密封航插8和金属波纹管9的法兰拆卸，再拉动真空密封航插8使样品舟101随着金属管从金属波纹管9内拉出，然后将样品放入样品舟101，随后将金属管及样品舟101重新放入金属波纹管9，此时重新连接法兰，使得金属波纹管9的端部密封，之后推动支撑杆91，调节金属波纹管9的长度使样品舟101进入炉管31中心恒温区。在连续进行试验时，更换样品过程为：每次更换样品时，拉动真空密封航插8使得金属波纹管9伸长，然后拆卸真空密封航插8和金属波纹管9的法兰，再拉动真空密封航插8使得存放样品放入样品舟101随着金属管从金属波纹管9内拉出，取出原样品后将待试验样品放入样品舟101，随后将金属管及样品舟101重新放入金属波纹管9，此时重新连接法兰，使得金属波纹管9的端部密封，之后推动支撑杆91，调节金属波纹管9的长度使样品舟101进入炉管31中心恒温区。此过程中由于炉管31的出口连接着金属波纹管9，金属波纹管9的出口距炉管31的恒温区较远，所以在更换样品的过程中，热量损失非常小，故在进行连续实验时，炉管31内的温度不会发生较大的变化，即本装置可以保证连续进行实验。
33.具体的，为了使水蒸气与其他试验气氛均匀混合，炉管31的进口连接有导流器，导流器的进口分别与混气罐24的出口与水蒸气发生器1的出口11连通。
34.其中，金属管内设置有热电偶10，热电偶10设置在靠近样品舟的金属管内，用于测
量样品所在位置的温度。
35.其中，为了防止其他气体影响实验结果，本实施例还包括：抽真空机构，抽真空机构包括真空泵6，其进口通过管道与炉管31进口的一侧连通，真空泵6与炉管31之间的管道上设置有电磁真空压差阀7，具体的，为防止炉管31内其他气体影响实验，在通入实验气氛前通过控制电磁真空压差阀7打开，并控制真空泵6工作，将炉管31内的空气抽出，直至真空规管32显示5pa，此时即可关闭真空泵6及电磁真空压差阀7关闭，然后打开管式炉3的炉管31的进口阀门，通入氩气至数显压力表显示为2到3kpa关闭进口阀门，再次对管式炉3的炉管31抽真空至真空规管显示5pa，就可以通入试验气氛进行试验。
36.其中，为了排出混合气体，进行其他气氛参与时的高温蒸汽腐蚀试验，炉管31出口的一侧设置有排气管，排气管上设置有排气阀5。
37.其中，炉管31上还设置有真空规管32和数显压力表33，真空规管32用于检测炉管31内的真空度、数显压力表33用于检测炉管31内的压力。
38.其中，气氛源接口21与质量流量计23之间的供气管道上设置有控制阀22，质量流量计23用于测量气体实际流量，如设定流量为3ml/min，质量流量计显示流量为3.2g/min，就需要对设定流量进行微调使实际流量符合试验需求。
39.其中，混气罐24上设置有指针压力表241，多个气氛源接口中的其中一个为氩气源接口。
40.实施例1
41.进行1200℃水蒸气腐蚀试验时的试验过程：
42.步骤1：关闭管式炉3上的电磁流量调节阀25与排气阀5，开启电磁真空压差阀7与真空泵6，对管式炉内部抽真空，待真空规管32显示为5pa时，打开管式炉3的炉管31的进电磁流量调节阀25，通入氩气至数显压力表显示2到3kpa时关闭，再次对管式炉3的炉管31抽真空，待炉压为5pa时关闭电磁真空压差阀7与真空泵6。
43.步骤2：设置水蒸气温度为180℃，蒸汽流量为5g/min，水蒸气通过进气口通入管式炉炉管内。
44.步骤3：设置管式炉的目标温度为1200℃，升温时间为4h，保温时间为1h，开始加热，使样品室内达到高温、水蒸气包围的试验环境。
45.步骤4：将待测试样品进行表面处理，测量试样尺寸，称重后放置于样品舟上，摆放时避免相邻样品之间接触，待样品室达到目标温度后，通过推动真空密封航插使得金属波纹管9，从而将样品舟101推入管式炉的炉管内。
46.步骤5：当保温时间达到1h后，管式炉3的温度控制系统自动停止加热，拉动真空密封航插取出样品管取出试样，待样品自然冷却至室温后进行质量测量。
47.步骤6：关闭蒸汽发生器1，等待管式炉3自然冷却降温。
48.实施例2
49.进行1000℃水氧气氛腐蚀试验的过程：
50.步骤1：关闭管式炉3的电磁流量调节阀25与排气阀5，开启电磁真空压差阀7与真空泵6，对管式炉内部抽真空，待真空规管32显示为5pa时，打开管式炉3的炉管31的电磁流量调节阀25，通入氩气至数显压力表显示2到3kpa时关闭，再次对管式炉3的炉管31抽真空，待炉压为5pa时关闭电磁真空压差阀7与真空泵6。
51.步骤2：设置水蒸气温度为180℃，蒸汽流量为3g/min、氧气流量为100ml/min、氩气流量为900ml/min，打开管式炉3的电磁流量调节阀25，使气体通入管式炉3的炉管31内，待炉管31内至2到3kpa时打开排气阀5，保持气体持续从进气口通入，从混合气排气口排出。
52.步骤3：设置管式炉3的目标温度为1000℃，升温时间为3h，保温时间为30min，开始加热，使得样品室内达到高温、混合气氛包围的试验环境。
53.步骤4：将待测试样品进行表面处理，测量试样尺寸，称重后放置于样品舟上，摆放时避免相邻样品之间接触，当样品室温度达到目标温度后，将样品舟推入管式炉的炉管内。
54.步骤5：当保温时间达到设定时间后，管式炉的温度控制系统自动停止加热，拉出样品杆取出试样，自然冷却至室温后进行质量测量。
55.步骤6：关闭蒸汽发生器及真空气氛控制设备，自然冷却降温。
56.综上所述，本发明实施例提供的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，根据试验要求通入不同气氛，即通过气氛控制组件的多个气氛源接口接入不同气氛，然后通过混气罐进行混合，从而实现不同蒸汽氧化气氛下的高温蒸汽腐蚀试验；通过拉动支撑杆底部滑块使得金属波纹管伸长或者收缩，金属波纹管伸长或者收缩过程中就会使得金属管伸入炉管内或者从炉管取出，从而实现放入或取出试样，该过程中装取料对炉管内温度及气氛影响小，实现了随时送取样，其次，热电偶与真空密封航插连接，直接伸入样品室，保证所测的试验温度为样品室真实温度。
57.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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，包括管式炉(3)，其特征在于，还包括：水蒸气发生器(1)，其出口(11)和所述管式炉(3)的炉管(31)进口连通；气氛控制组件(2)，其包括混气罐(24)，混气罐(24)用于混合多种试验气氛，所述混气罐(24)的出口与所述管式炉(3)的炉管(31)的进口连通；以及送取样机构(4)，所述送取样机构包括金属波纹管(9)，其一端与所述炉管(31)的出口端连接，其另一端通过法兰连接有真空密封航插(8)，所述真空密封航插(8)伸至金属波纹管(9)内一端通过金属管连接有样品舟(101)，靠近所述法兰端一侧的金属波纹管(9)的底部设置有支撑导向组件，所述支撑导向组件用于对金属波纹管(9)进行支撑，并用于在金属波纹管(9)收缩或者伸长时进行导向。2.根据权利要求1所述的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，其特征在于，支撑导向组件包括金属波纹管(9)的下方设置有支撑平台(92)，所述支撑平台(92)上沿金属波纹管(9)长度方向滑动设置有竖直的支撑杆(91)，所述支撑杆(91)背离支撑平台(92)的一端与金属波纹管(9)连接。3.根据权利要求1所述的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，其特征在于，所述炉管(31)的进口连接有导流器，所述导流器的进口分别与混气罐(24)的出口与水蒸气发生器(1)的出口(11)连通。4.根据权利要求1所述的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，其特征在于，所述金属管内设置有热电偶(10)，所述热电偶(10)设置在靠近样品舟的金属管内，用于测量样品所在位置的温度。5.根据权利要求1所述的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，其特征在于，还包括：抽真空机构，其与所述炉管(31)连通，用于在炉管(31)注入试验气氛前对炉管(31)抽真空。6.根据权利要求1所述的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，其特征在于，所述水蒸气发生器(1)的出口(11)、所述混气罐(24)的出口与所述管式炉(3)的炉管(31)的进口均通过管路连接，所述管路上均设置有电磁流量调节阀(25)。7.根据权利要求1所述的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，其特征在于，所述炉管(31)出口的一侧设置有排气管，所述排气管上设置有排气阀(5)。8.根据权利要求1所述的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，其特征在于，所述炉管(31)上还设置有真空规管(32)和数显压力表(33)。9.根据权利要求1所述的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，其特征在于，所述混气罐(24)通过供气管连接有多个气氛源接口(21)，所述供气管道上设置有质量流量计(23)，所述气氛源接口(21)与质量流量计(23)之间的供气管道上设置有控制阀(22)，所述混气罐(24)上还设置有指针压力表(241)。10.根据权利要求9所述的一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，其特征在于，多个所述气氛源接口中的其中一个为氩气源接口。

技术总结
本发明涉及腐蚀试验装置领域，具体涉及一种气氛可调节的高温蒸汽腐蚀试验装置，包括：管式炉、水蒸气发生器、气氛控制组件、送取样机构以及抽真空机构，水蒸气发生器的出口和管式炉的炉管进口连通，气氛控制组件，与管式炉的炉管的进口连通，用于为管式炉提供不同气氛，送取样机构用于从炉管取放试验样品。本装置能实现不同蒸汽氧化气氛下的高温蒸汽腐蚀试验，并在保证对炉管内温度及气氛影响小的前提下，实现了随时送取样，连续进行试验。连续进行试验。连续进行试验。


技术研发人员：张程煜 应雯清 张锋 但振坤 张瑶 李玫
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/10/11