传热管微震磨损试验装置及试验方法与流程

本发明属于测试领域，具体地说，是关于一种传热管微震磨损试验装置及试验方法。

背景技术：

传热管常用于列管式换热器或蒸汽发生器内，具有温差的两种流体分别在传热管内外流动，通过传热管的壁面进行热量的传递。由于流体对传热管外壁存在不停的冲刷，长期的使用将会导致传热管外壁在一定程度上产生磨损，影响传热管的使用寿命，进而对换热器的换热效果产生影响，尤其是对于高压流体，还会影响换热器的使用安全性。因此，需要过外加的微震作用模拟流体的冲刷来对传热管进行微震磨损试验，确定传热管寿命和建立相应的设计准则。通常在室温下的空气或水中，使传热管和一块支承板相切，组成摩擦副，通过试验机使传热管处于上下微震状态，支承板承受恒定的水平压力，通过试验106周次，测量传热管的磨损量。

现有的传热管微震磨损试验中，传热管微震磨损试验装置通常包括加载支架机构、加载机构和传热管固定机构，加载机构通常包括支承板和固定支承板的支承架，通过螺栓预紧或弹簧结构来实现恒定压力的加载。但试验过程中，由于存在磨损产生位移量，导致传热管与支承板之间随着磨损产生位移量而导致压力减小，而螺栓预紧或弹簧结构不能自动补偿磨损产生的位移量，实现恒定压力的试验要求，使得试验测试数据失真，影响试验结果。

因此，研发一种传热管微震磨损试验装置及试验方法，随着磨损能够同步自动补偿磨损产生的位移量，实现试验要求的恒定压力，确保试验的有效性和试验测试数据的真实性就具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种传热管微震磨损试验装置，以克服现有技术中的上述缺陷，能够同步自动补偿磨损产生的位移量，实现试验要求的恒定压力，确保试验的有效性和试验测试数据的真实性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

传热管微震磨损试验装置，包括加载支架机构和传热管固定机构，所述加载支架机构包括固定于试压机上夹头下方的支架主体，所述支架主体的两侧板的内部对称开设两个轴承滑槽；

所述试验装置还包括设置于所述支架主体内的斜面加载机构，所述斜面加载机构包括依次固定连接的支承板、支承块、测力传感器和第一单面斜块及与所述第一单面斜块相对且固定于支架主体内的第二单面斜块，所述第一单面斜块和第二单面斜块之间设置恒力加载块，所述恒力加载块的底部加载垂直荷载。

所述支承块的两侧面对称安装一组第一滚珠轴承，所述第一单面斜块的两侧面对称安装一组第二滚珠轴承，所述第一滚珠轴承和第二滚珠轴承嵌设于轴承滑槽内。

根据本发明，所述支承块的顶部安装调整螺钉，所述调整螺钉具有圆弧形顶部，所述圆弧形顶部与支架主体的内侧顶部相切。

根据本发明，所述第一单面斜块和第二单面斜块相对的斜面上分别具有对称的圆弧形凸起，所述恒力加载块的底部两侧具有对称的第一斜面和第二斜面，所述第一斜面、第二斜面与圆弧形凸起分别相切，形成线接触。

根据本发明，所述恒力加载块具有圆球形底部，所述圆球形底部分别与所述第一单面斜块和第二单面斜块的斜面相切，形成点接触。

根据本发明，所述第一单面斜块两侧的支架主体上分别固定安装一个限位件。

根据本发明，所述支承块与测力传感器之间通过双头螺杆连接。

根据本发明，所述加载支架机构还包括定位固定于试验机上夹头上的第一连接杆，固定于所述第一连接杆下端的固定块，所述固定块与支架主体固定连接。

根据本发明，所述传热管固定机构包括传热管支架，固定于所述传热管支架上的板梁和通过所述板梁固定的传热管组件，所述传热管支架的底部连接第二连接杆，所述第二连接杆定位固定于试验机的下夹头上。

根据本发明，所述板梁具有向下延伸的第一固定腿和第二固定腿，所述第一固定腿和第二固定腿上分别开设第一圆孔和第二圆孔；

所述传热管组件包括传热管，所述传热管两端分别装入第一芯轴和第二芯轴，所述第一芯轴和第二芯轴夹紧传热管；

所述第一芯轴的末端与第一圆孔间隙配合，所述第二芯轴的末端穿过第二圆孔并固定在第二固定腿上。

本发明的第二个目的在于提供一种传热管微震磨损试验方法，采用上述的传热管微震磨损试验装置，包括如下步骤：

(1)、将加载支架机构定位固定在试压机的上夹头上，斜面加载机构安装在支架主体内；

(2)、传热管固定机构定位固定在试验机的下夹头上，调整试验机的上、下夹头使传热管和支承板相切，组成摩擦副；

(3)、恒力加载块的底部加载垂直荷载，恒力加载块的重力及其底部加载的垂直荷载之和通过斜面产生所要求的水平力，并使支承板能够紧帖在传热管上，实现同步补偿磨损量，使传热管和支承板组成的摩擦副的接触状态符合试验要求。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

(1)本发明的传热管微震磨损试验装置，斜面加载机构的恒力加载块与第一单面斜块和第二单面斜块接触，巧妙地将恒力加载块的重力及其底部加载的垂直荷载转换为水平力，由于斜面加载机构水平方向可以左右自由运动，从而能够同步补偿磨损生产的位移量，自动实现试验所要求的恒定压力，确保了试验的有效性和试验测试数据的真实性。

(2)本发明的方法可通过增减荷载来实现水平力的调整，巧妙实现磨损生产位移量的同步补偿，操作简单易行。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的传热管微震磨损试验装置主视图。

图2为图1的左视图。

图3为图1的俯视图。

图4为图2的A-A向剖视图。

图5为加载支架机构的主视图。

图6为加载支架机构的左视图。

图7为斜面加载机构的主视图。

图8为图7的左视图。

图9为传热管固定机构的主视图。

图10为传热管固定机构的剖视图。

图11为本发明的另一个实施例的传热管微震磨损试验装置主视图。

图中：1-加载支架机构、2-传热管固定机构、3-试压机上夹头、4-斜面加载机构、5-试压机下夹头、6-第一固定螺栓、7-第二固定螺栓、8-第三固定螺栓、9-第四固定螺栓、10-第五固定螺栓、11-支架主体、12-侧板、13-轴承滑槽、14-限位件、15-第一连接杆、16-固定块、17-开口、21-传热管支架、22-板梁、23-传热管组件、24-第二连接杆、221-第一固定腿、222-第二固定腿、223-第一圆孔、224-第二圆孔、231-传热管、232-第一芯轴、233-第二芯轴、234-锁紧螺母、41-支承块、42-支承板、43-测力传感器、44-第一单面斜块、45-第二单面斜块、46-恒力加载块、47-双头螺杆、48-砝码盘连接杆、49-砝码盘、411-第一销轴、412-第一滚珠轴承、413-调整螺钉、421-十字槽沉头螺钉、441-第二销轴、442-第二滚珠轴承、443-第一圆弧形凸起、444-凹槽、451-第二圆弧形凸起、461-第一斜面、462-第二斜面、463-圆球形底部、471-固定螺母。

具体实施方式

下面结合附图，以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

如图1至图6所示，根据本发明的一个实施例，本发明的传热管微震磨损试验装置，包括加载支架机构1和传热管固定机构2，所述加载支架机构1包括固定于试压机上夹头3下方的支架主体11，所述支架主体11的两侧板12的内部对称开设两个轴承滑槽13；

如图1和图2所示，所述试验装置还包括设置于所述支架主体11内并由所述支架主体11支承的斜面加载机构4，如图4、图5、图7和图8所示，所述斜面加载机构4包括支承块41，由两个十字槽沉头螺钉421固定于支承块41上的支承板42，通过双头螺杆47与所述支承块41连接的测力传感器43，通过第一固定螺栓6与所述测力传感器43固定连接的第一单面斜块44，与所述第一单面斜块44相对且通过第二固定螺栓7固定于所述支架主体11的两侧板12之间的第二单面斜块45，所述第一单面斜块44和第二单面斜块45之间设置恒力加载块46，所述恒力加载块46的底部安装砝码盘连接杆48，所述砝码盘连接杆48的下端安装砝码盘49，所述砝码盘49上放置砝码，通过恒力加载块46、砝码盘连接杆48、砝码盘49和砝码加载垂直荷载。

如图4和图7所示，所述双头螺杆47由固定螺母471锁紧，所述第一单面斜块44上具有凹槽444，第一固定螺栓6的一端穿过所述凹槽444底部的通孔，另一端与所述测力传感器43固定连接。

所述支承块41与测力传感器43可通过现有技术中的其他固定方式实现固定连接，只要能够将二者固定即可。例如通过固定螺栓分别连接支承块与测力传感器。

垂直荷载也可通过在恒力加载块46底部设置电磁吸盘(如电磁铁或电磁转换装置)，通过电磁吸盘吸附可导磁的配重块来加载垂直荷载。

所述支承块41的两侧面通过第一销轴411对称安装一组第一滚珠轴承412，所述第一单面斜块44的两侧面通过第二销轴441对称安装一组第二滚珠轴承442，所述第一滚珠轴承412和第二滚珠轴442承嵌设于支架主体11的轴承滑槽12内。

斜面加载机构4的恒力加载块46与第一单面斜块44和第二单面斜块45之间为线接触，巧妙地将恒力加载块46的重力及其底部加载的垂直荷载之和通过斜面转化为水平力；通过第一滚珠轴承412和第二滚珠轴承442嵌入轴承滑槽12内，能够保证斜面加载机构4的滑动部分(支承块、测力传感器、第一单面斜块)在水平力的作用下实时同步滑动，同步自动补偿磨损产生的位移量，实现试验要求的恒定压力，能够满足试验要求，确保了试验的有效性和试验测试数据的真实性。

根据本发明，所述支承块41的顶部安装调整螺钉413。所述调整螺钉413具有圆弧形顶部，通过调整调整螺钉413在所述支承块41顶部的高度，控制其圆弧形顶部与支架主体11的内侧顶部相切。

由于第一滚珠轴承412和第二滚珠轴承442与轴承滑槽12之间存在微小的间隙，当恒力加载块46底部加载垂直荷载后，有可能将斜面加载机构4的前端翘起，影响支承板42与传热管之间的接触。通过在支承块42的顶部设置调整螺钉413，控制调整螺钉413的顶部与支架主体11的内侧顶面相切，限制了斜面加载机构4的前端不能向上翘起，保证了支承板42与传热管之间的接触良好，从而保证了试验数据的准确性。

根据本发明，所述第一单面斜块44和第二单面斜块45相对的斜面上分别具有对称的第一圆弧形凸起443和第二圆弧形凸起451，所述恒力加载块46的底部两侧具有对称的第一斜面461和第二斜面462，所述第一斜面461、第二斜面462分别与第一圆弧形凸起443和第二圆弧形凸起451相切，形成线接触。

所述第一圆弧形凸起443有两个，对称分布在凹槽444两侧的第一单面斜块44的斜面上。

如图11所示，根据本发明的另一个实施例，所述恒力加载块46具有圆球形底部463，所述圆球形底部463的两侧分别与所述第一单面斜块44和第二单面斜块45的斜面相切，形成点接触。

根据恒力加载块46底部形状的不同，所述恒力加载块46与第一单面斜块44和第二单面斜块45之间还可以为面接触，只要能够将加载的垂直荷载通过第一单面斜块44转化为水平力就可以实现本发明的技术方案。

如图5和图6所示，根据本发明，所述第一单面斜块44两侧的支架主体11上分别固定安装一个限位件14(例如限位螺栓)。斜面加载机构4安装时，将限位件14向支架主体11的中心靠近，挡住第一单面斜块44两侧的第二滚珠轴承442，防止其沿着轴承滑槽12向传热管侧滑动，影响斜面加载机构的整体安装。斜面加载机构4安装好后，限位件14与第二滚珠轴承442之间具有10mm左右的间隙。

如图1、图5和图6所示，根据本发明，所述加载支架机构1还包括定位固定于试验机上夹头上的第一连接杆15(例如螺纹杆)，固定于所述第一连接杆15下端的固定块16，所述支架主体11的顶面与固定块16的底面通过四个第三固定螺栓8固定连接。

所述第一连接杆15还可以为现有技术中的其他形式的连接杆，只要能够起到将固定块固定安装于试验机上夹头3上即可。例如第一连接杆的上端具有螺纹，通过螺纹与试验机上夹头螺纹连接，下端通过螺钉与固定块16固定连接。

如图1、图2、图9和图10所示，根据本发明，所述传热管固定机构2包括U型的传热管支架21，由二个第四固定螺栓9固定于所述传热管支架21上的板梁22和通过所述板梁22固定的传热管组件23，所述传热管支架21的底部连接第二连接杆24(例如螺纹杆)，所述第二连接杆24定位固定于试验机下夹头5上。

所述第二连接杆24还可以为现有技术中的其他形式的连接杆，只要能够起到将传热管支架21固定安装于试验机下夹头5上即可。例如第二连接杆的下端具有螺纹，通过螺纹与试验机下夹头螺纹连接，上端通过螺钉与传热管支架固定连接。

如图10所示，根据本发明，所述板梁22具有向下延伸的第一固定腿221和第二固定腿222，所述第一固定腿221和第二固定腿222上分别开设第一圆孔223和第二圆孔224；

所述传热管组件23包括传热管231，所述传热管231两端分别装入第一芯轴232和第二芯轴233，所述第一芯轴232和第二芯轴233由锁紧螺母234夹紧传热管；

所述第一芯轴232的末端与所述第一圆孔223间隙配合，所述第二芯轴233的末端通过第五固定螺栓10穿过所述第二圆孔224固定在第二固定腿222上。

如图3所示，根据本发明，所述支架主体11的顶部开设开口17，所述恒力加载块46从所述开口17放入所述支架主体11内的第一单面斜块44和第二单面斜块45之间。

如图7所示，根据本发明，所述第一单面斜块44的斜面与水平面的夹角θ₁大于45度，所述第二单面斜块45的斜面与水平面的夹角θ₂大于45度，优选为60度。大于45度有利于恒力加载块46及其底部加载的垂直荷载较多地转换为水平力，可减少的垂直荷载的加载量，简化加载步骤。

上述发明的工作原理：传热管231和支承板42相切，组成摩擦副，以测试传热管的磨损性能；传热管231通过传热管固定机构2安装在试验机的下夹头5上，实现上下微震，支承板42、支承块41、测力传感器43、第一单面斜块44组成一体，通过分别安装在支承块41和第一单面斜块45上的第一滚珠轴承412和第二滚珠轴承442使其在轴承滑槽12中左右运动；另外恒力加载块46的重力及其底部加载的垂直荷载之和通过斜面产生所要求的水平力，使支承板能够紧帖在传热管上，从而同步补偿磨损而生产的位移量，使传热管231和支承板42组成的摩擦副的接触状态符合试验要求。

基于上述装置的具体结构，采用上述装置进行传热管微震磨损试验时，包括如下步骤：

(1)、将加载支架机构1定位固定在试压机的上夹头3上，斜面加载机构4安装在支架主体11内；

(2)、传热管固定机构2定位固定在试验机的下夹头5上，调整试验机的上、下夹头使传热管231和支承板42相切，组成摩擦副；

(3)、恒力加载块46的底部加载荷载，恒力加载块46的重力及其底部加载的垂直荷载之和通过斜面产生所要求的水平力，并使支承板能够紧帖在传热管上，实现同步补偿磨损而生产的位移量，使传热管231和支承板42组成的摩擦副的接触状态符合试验要求。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。