高温高压试验装置及试验方法与流程

本发明涉及对承压零部件高温高压试验技术领域，特别是涉及一种高温高压试验装置及试验方法。

背景技术：

对于在恶劣环境下的承压零部件需要进行高温高压的性能试验，以试验工件的承压能力。由于气体的高可压缩性，采用气体作为爆破试验介质存在较高的危险性，由于安全原因往往不能用于快速爆破的试验中。

常用的液体试验介质有油和水，当温度超过450℃绝大多数油都会碳化失去流动性，当温度超过374.2℃水就处于超临界状态，同样存在较高危险。因此有必要开发一种新的试验装置和试验方法，可以在高压高温下安全、完整地进行试验。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种高温高压试验装置及试验方法，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种高温高压试验装置，包括：恒温加热腔、压力源、液压缸、加压管道以及用于放置待测试工件的试验腔；

所述液压缸、所述加压管道以及所述试验腔均安装在所述恒温加热腔的内部；所述液压缸内设有活塞，所述活塞将所述液压缸分隔成两部分，第一部分连通所述压力源，第二部分连通所述加压管道；所述加压管道连通所述试验腔；所述液压缸的第二部份填充有低熔点金属。

其中，所述试验腔的内部设置有高温加热保温腔，所述待测试工件放置在所述高温加热保温腔的内部，所述加压管道连通所述高温加热保温腔。

其中，所述高温高压试验装置还包括储液箱以及用于向所述液压缸的第二部份充入低熔点金属的填充阀；所述填充阀与所述储液箱连通。

其中，所述高温高压试验装置还包括低熔点金属回路单元；所述低熔点金属回路单元的两端分别与所述储液箱以及所述高温加热保温腔连通。

其中，所述低熔点金属回路单元包括依次连接的第一控制阀、输送泵以及第二控制阀。

其中，所述压力源包括增压缸或者液压伺服作动器。

其中，所述低熔点金属包括单质金属和多元合金；

所述单质金属包括铟、锡、锌以及铋中的一种，所述多元合金包括铋铟、铋锡、铟锡、铟银、锡锌、锡金、锡银、锡铜、铋铟锡以及铋铟锡锌中的一种。

第二方面，本发明提供一种利用上述所述的高温高压试验装置的试验方法，包括：

通过恒温加热腔对液压缸的第二部份填充的低熔点金属进行预热，使其保持熔化状态；

开启压力源对所述液压缸的活塞加压，推动所述低熔点金属对试验腔内的待测试工件加压直至试验结束。

其中，所述开启压力源对所述液压缸的活塞加压，推动所述低熔点金属对试验腔内的待测试工件加压直至试验结束包括：

所述待测试工件放置在高温加热保温腔内部，开启压力源对所述液压缸的活塞加压，推动所述低熔点金属对所述高温加热保温腔内的待测试工件加压直至试验结束，并通过所述高温加热保温腔提高其内部的所述低熔点金属的温度至所需试验温度，并保温直至试验结束。

其中，所述试验方法还包括：试验结束后通过低熔点金属回路单元把所述高温加热保温腔内的所述低熔点金属回收至储液箱。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种高温高压试验装置及试验方法，首先将待试验工件放入试验腔内，开启恒温加热腔，将液压缸、加压管道和待测试工件预热到预定温度范围；将液压缸的第二部份的低熔点金属进行预热到温度30℃以上，使其保持熔化状态；开启压力源对液压缸的隔离活塞加压，推动低熔点金属对待测试工件加压直至试验结束。该高温高压试验装置能够有效的保证试验安全完整的进行。

附图说明

图1为本发明实施例一种高温高压试验装置的结构示意图；

图中：1-恒温加热腔；2-储液箱；3-低熔点金属；4-填充阀；5-加压管道；6-第三控制阀；7-试验腔；8-高温加热保温腔；9-第一控制阀；10-输送泵；11-低熔点金属回路单元；12-压力源；13-活塞；14-压力源输入端；15-高压输出端；16-液压缸；17-第二控制阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

低熔点金属具有熔点范围宽(38℃～300℃)以及沸点高(大于等于2000℃)的特点，并且低熔点金属具有超宽的液态温区，材料适应性范围广，液体状态下流动性好不易挥发，是液体中导热性能最好的一种材料，把其应用于高温高压试验平台作为流体介质能够有效的保证试验安全完整的进行。

图1为本发明实施例一种高温高压试验装置的结构示意图，如图1所示，包括：恒温加热腔1、压力源12、液压缸16、加压管道5以及用于放置待测试工件的试验腔7；

液压缸16、加压管道5以及试验腔7均安装在恒温加热腔1的内部；液压缸16内设有活塞13，活塞13将液压缸16分隔成两部分，第一部分连通压力源12，第二部分连通加压管道5；加压管道5连通试验腔7；液压缸16的第二部份填充有低熔点金属3。

其中，恒温加热腔1的形状可以为矩形，其内部空间满足试验需要即可，在本实施例中不进行具体限定。恒温加热腔1使得其额定温度达到预设温度，用于对液压缸16的第二部份填充的低熔点金属进行预热，使其保持熔化状态；在压力源12的作用下，液压缸16的第二部份填充的低熔点金属3经过加压管道5流入试验腔7；加压管道5以及试验腔7均安装在恒温加热腔1的内部，恒温加热腔1还用于使得加压管道5以及试验腔7保持一定温度，以使得低熔点金属流经加压管道5以及试验腔7时能够保持熔化状态，同时使得试验腔7内的待测试工件的温度满足试验温度。

需要说明的是，液压缸16的第一部分为压力源输入端14，液压缸16的第二部分为高压输出端15，压力源输入端14与压力源12连接，高压输出端15与加压管道5的第一端连通，加压管道5的第二端与试验腔7连通，加压管道5上安装有第三控制阀6，高压输出端15填充有低熔点金属3。

其中，低熔点金属3是熔点为38℃～300℃的低熔点金属，低熔点金属在液体状态下，是液体中导热性能最好的一种材料，高温下稳定且传热性能好，能够保证试验过程中的稳定性；低熔点金属采用不含镓的铋基、铟基或锡基低熔点金属合金，材料适应性功能范围广，能够降低由于工作介质与工件之间的化学反应所引起的实验误差。

在本实施例中，首先将待试验工件放入试验腔内，开启恒温加热腔，将液压缸、加压管道和待测试工件预热到预定温度范围；将液压缸的第二部份的低熔点金属进行预热到温度30℃以上，使其保持熔化状态；开启压力源对液压缸的隔离活塞加压，推动低熔点金属对待测试工件加压直至试验结束。该高温高压试验装置能够有效的保证试验安全完整的进行。

另外，根据本发明的实施例，试验腔7的内部设置有高温加热保温腔8，待测试工件放置在高温加热保温腔8的内部，加压管道5连通高温加热保温腔8。

在本实施例中，试验腔7的内部设置有高温加热保温腔8，高温加热保温腔8可以贴合试验腔7的内壁设置，试验腔7的进口端与高温加热保温腔8的进口端同轴布置，加压管道的第二端穿过试验腔7的进口端后与高温加热保温腔8的进口端连通。

其中，通过设置该高温加热保温腔8，用于试验中对待测试工件提供高温环境；若试验高温达到1000℃，部分零件受不了长期高温，因此，采用高温加热保温腔8和恒温加热腔1两个不同温度调节腔。

另外，根据本发明的实施例，高温高压试验装置还包括储液箱2以及用于向液压缸16的第二部份充入低熔点金属的填充阀4；填充阀4与储液箱2连通。

在本实施例中，储液箱2用于储存低熔点金属3。储液箱2安装于恒温加热腔1内部，通过恒温加热腔1的作用可以使得其内部的低熔点金属保持熔化状态。

另外，根据本发明的实施例，高温高压试验装置还包括低熔点金属回路单元11；低熔点金属回路单元11的两端分别与储液箱2以及高温加热保温腔8连通。

在本实施例中，高温高压试验结束后，把高温加热保温腔内低熔点金属通过低熔点金属回路单元11输送至储液罐，完成低熔点金属的回收，可以实现低熔点金属的循环使用，节约资源。

可以理解的是，低熔点金属回路单元11安装在恒温加热腔1的内部。使得流经低熔点金属回路单元11的低熔点金属始终保持熔化状态。

另外，根据本发明的实施例，低熔点金属回路单元11包括依次连接的第一控制阀9、输送泵10以及第二控制阀17。

可以理解的是，第一控制阀9、输送泵10以及第二控制阀17均安装在恒温加热腔1的内部。使得流经第一控制阀9、输送泵10以及第二控制阀17的低熔点金属始终保持熔化状态。

在本实施例中，第一控制阀9设在输送泵10的输入端，用于封闭试验过程中试验腔7内或者高温加热保温腔8内的低熔点金属，第二控制阀17设置在输送泵10的输出端用于封闭试验过程中储液箱2内的低熔点金属。

需要说明的是，输送泵10为磁力泵，用于抽取高温高压试验过后试验腔7内或者高温加热保温腔8内的低熔点金属的低熔点金属，通过低熔点金属回路单元11回到储液箱2。

另外，根据本发明的实施例，压力源12包括增压缸或者液压伺服作动器。

在本实施例中，以液压伺服作动器为例进行说明，通过液压伺服作动器的工作以使得活塞13能够在液压缸中上下往复运动，从而驱动低熔点金属的流动，为试验中的待测试工件提供足够的试验压力。

另外，根据本发明的实施例，低熔点金属3包括单质金属和多元合金；单质金属包括铟、锡、锌以及铋中的一种，多元合金包括铋铟、铋锡、铟锡、铟银、锡锌、锡金、锡银、锡铜、铋铟锡以及铋铟锡锌中的一种。

在本实施例中，低熔点金属3或者为由铋、铟、锡、锌、镉、铅、铝、金、银、铜中的一种或多种与上述多元合金中的一种配制而成。

进一步地，本发明的实施例提供一种利用上述高温高压试验装置的试验方法，该试验方法包括：

通过恒温加热腔对液压缸的第二部份填充的低熔点金属进行预热，使其保持熔化状态；

开启压力源对液压缸的活塞加压，推动低熔点金属对试验腔内的待测试工件加压直至试验结束。

需要说明的是，若待测试工件的材质为金属时，可在试件与低熔点金属接触的部件表面上涂上保护涂层，避免在高温时低熔点金属迅速扩散到某些金属的晶格内并与许多金属生成合金。

在本实施例中，将待测试工件放入试验腔内，开启恒温加热腔，使腔体内部的温度预热到低熔点金属熔点之上，直至储液箱中的低熔点金属完全熔化呈液体流动状态；打开填充阀，向液压缸的高压输出端充入液态的低熔点金属工质；开启液压伺服作动器对液压缸的活塞加压，推动液态的低熔点金属工质对待试验工件进行加压直至试验结束。

另外，根据本发明的实施例，所述开启压力源对所述液压缸的活塞加压，推动所述低熔点金属对试验腔内的待测试工件加压直至试验结束包括：

待测试工件放置在高温加热保温腔内部，开启压力源对液压缸的活塞加压，推动低熔点金属对高温加热保温腔内的待测试工件加压直至试验结束，并通过高温加热保温腔提高其内部的低熔点金属的温度至所需试验温度，并保温直至试验结束。

其中，通过设置该高温加热保温腔用于试验中对待测试工件提供高温环境；若试验高温达到1000℃，部分零件受不了长期高温。因此，采用高温加热保温腔和恒温加热腔两个不同温度调节腔。

另外，根据本发明的实施例，试验方法还包括：试验结束后通过低熔点金属回路单元把高温加热保温腔内的低熔点金属回收至储液箱。

在本实施例中，试验结束后，关闭填充阀，关闭高温加热保温腔的加热程序，以停止加热，打开第一控制阀、第二控制阀和输送泵，把高温加热保温腔内液态的低熔点金属抽回储液箱，完成低熔点金属回收，并且关闭液压伺服作动器。

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。