Способ испытания на фреттинг-коррозию и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к испытательной технике для исследования фреттинг-коррозии элементов тепловыделяющих сборок ядерного реактора. Способ испытания на фреттинг-коррозию заключается в размещении в герметичной камере с испытательной средой коаксиально соединенных подвижного и неподвижного испытуемых образцов и моделировании вибрационного контактирования данных образцов между собой с заданной частотой. Моделирование вибрационного контактирования осуществляют вращением кулисы с размещенным на ней неподвижным образцом с эксцентриситетом без поворота относительно собственной оси, при этом ограничивают поворот подвижного образца относительно неподвижного, нагревают образцы и устанавливают определенную величину эксцентриситета в месте размещения образцов. Устройство для испытания на фреттинг-коррозию содержит корпус, подвижную кулису, на конце которой помещен неподвижный испытуемый образец, связанный с ней эксцентрик с регулируемым эксцентриситетом и герметичную камеру. Корпус снабжен присоединенным к нему беговой дорожкой и охватывающим кулису в ее средней части шарниром, имеющим ограничитель поворота. Первый конец кулисы снабжен шарнирно закрепленным на ней бегунком, взаимодействующим с беговой дорожкой и эксцентриком, а на втором конце кулисы закреплена находящаяся в нагревательной печи герметичная камера, внутри которой закреплены подвижный и неподвижный испытуемые образцы и ограничитель поворота подвижного образца относительно собственной оси. Данное изобретение позволяет приблизить условия испытания к реальным и при этом снизить стоимость испытаний. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике для исследования фреттинг-коррозии элементов тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерного реактора.

Известен способ испытания на фреттинг-коррозию в специальной неподвижной камере, заключающийся в возвратно-вращательном движении с заданной амплитудой и частотой цилиндрического подвижного образца соприкасающегося торцом при заданном давлении с неподвижным цилиндрическим образцом [1].

Недостатком данного способа является то, что параметры моделирования мало соответствуют реально существующим эксплуатационным условиям, что резко снижает достоверность получаемых результатов.

Известен также способ испытания, заключающийся в испытании полномасштабных ТВС или их уменьшенных в несколько раз моделей на специальных стендах, при этом вибрации контактирующих элементов ТВС возбуждаются потоком теплоносителя, их частота задается насосами - принято за прототип [2].

Недостатком данного способа является то, что проведение таких испытаний дорого, трудоемко, а в ряде случаев практически невозможно, сила вибрационного взаимодействия контактирующих деталей определяется очень сложным расчетом и крайне неточно.

Для оценки фреттинг-коррозии деталей ТВС в реальных условиях работы ядерного реактора, центральным вопросом является правильность выбора параметров моделирования, которая определяет достоверность получаемых результатов. При этом проведение испытаний в реальных условиях дорого, трудоемко и отнимает много времени.

Техническим результатом при осуществлении заявляемого способа является возможность прогнозирования на склонность к фреттинг-коррозии конструкторских решений отдельных узлов и элементов ТВС за счет максимального приближения условий испытаний к реальным, аналогичным по температуре, давлению, среде и вибронагрузкам условиям работы ТВС ядерных реакторов, значительное удешевление испытаний за счет максимального упрощения испытаний при сохранении их условий, возможность оперативно проверять многочисленные конструкторские решения отдельных узлов и элементов ТВС на склонность к фреттинг-коррозии.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе испытания на фреттинг-коррозию, заключающимся в размещении в герметичной камере с испытательной средой соединенных коаксиально подвижного и неподвижного испытуемых образцов, моделировании вибрационного контактирования испытуемых образцов между собой с заданной частотой, а моделирование вибрационного контактирования осуществляют вращением кулисы с размещенным на ней неподвижным образцом с эксцентриситетом без поворота относительно собственной оси, при этом ограничивают поворот подвижного образца относительно неподвижного, нагревают образцы и устанавливают величину эксцентриситета в месте размещения образцов, вследствие которого возникает сила вибрационного взаимодействия между образцами, максимальная величина которой определяется по формуле где r - величина эксцентриситета в месте размещения образцов; - угловая скорость кулисы с размещенным на ней неподвижным образцом; m - масса подвижного образца.

Таким образом, моделирование фреттинг-коррозии происходит путем создания вибрационного контакта со смещением все время в одном и том же месте на испытуемых образцах.

Пример осуществления изобретения.

Производят подготовку образцов к испытаниям. Неподвижный образец - часть направляющего канала (НК) тепловыделяющего элемента, подвижный образец - модель дистанционирующей решетки (ДР) тепловыделяющей сборки. Взвешивают образцы, вес образцов составил 75 г.

Собирают образцы в испытательной камере. Для этого обезжиривают и закрепляют в камере неподвижный образец - фрагмент НК и ограничитель поворота подвижного образца. Коаксиально соединяют подвижный образец - модель ДР с неподвижным образцом и фиксируют подвижный образец ограничителем поворота вокруг оси, после чего заполняют камеру испытательной средой - аргоном и дистилятором и герметизируют ее.

Включают печь, нагревают и выдерживают камеру при температуре 350^oC в течение 2 часов, таким образом, создают давление пара в камере 100 атм.

Устанавливают величину экцентриситета вращения камеры равную 1,5 мм и начинают вращать ее с частотой 45 Гц. Максимальная сила вибровзаимодействия образцов равна 1,2 кг.

Испытания проводят в течение 10⁶ циклов, после чего разгерметизируют испытательную камеру и извлекают образцы для исследования.

Известны устройства для испытаний полномасштабных ТВС или их уменьшенных в несколько раз копий [2]. Такие стенды чрезвычайно дорогостоящи, проведение испытаний на них очень трудоемко и не всегда выполнимо. Они не позволяют оперативно оценивать предлагаемые конструкторские решения отдельных узлов и деталей ТВС.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для испытания на фреттинг-коррозию, включающее шарнирно закрепленную кулису, на конце которой помещен испытуемый образец, связанный с ней эксцентрик с регулируемым эксцентриситетом, герметичную камеру - принято за прототип [1].

Недостатком такого устройства является то, что параметры моделирования не соответствуют реальным условиям работы ТВС, такое устройство не позволяет проводить испытания натурных фрагментов ТВС, что приводит к невозможности его применения для прогнозирования фреттинг-коррозии конкретных узлов и деталей ТВС, а также то, что устройство из-за конструктивных особенностей потребляет много энергии.

Технический результат при осуществлении предлагаемого изобретения - приближение параметров моделирования к реальным.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания на фреттинг-коррозию, содержащем корпус, подвижную кулису, на конце которой помещен неподвижный испытуемый образец, связанный с ней эксцентрик с регулируемым эксцентриситетом и герметичную камеру, корпус снабжен присоединенным к нему беговой дорожкой и охватывающим кулису в ее средней части шарниром, имеющим ограничитель поворота, причем первый конец кулисы снабжен шарнирно закрепленным на ней бегунком, взаимодействующим с беговой дорожкой и эксцентриком, а на втором конце кулисы закреплена находящаяся в нагревательной печи герметичная камера, внутри которой закреплены подвижный и неподвижный испытуемые образцы и ограничитель поворота подвижного образца относительно собственной оси.

На чертеже представлено устройство для испытания на фреттинг-коррозию, где изображено основание 1 с цилиндрическим корпусом 2, на котором укреплены: электродвигатель 3 с эксцентриком 5, кольцо с беговой дорожкой 4 и посредством шарнира 6 кулиса 7. Шарнир 6 имеет ограничитель поворота и находится в средней части кулисы. К верхнему концу кулисы 7 прикреплена герметичная камера 8, размещенная в печи 9. На нижнем конце кулисы с возможностью вращения вокруг нее прикреплен охватывающий ее бегунок 10. Плоскости вращения эксцентрика 5 и бегунка 10 совпадают с плоскостью симметрии кольца 4. Внутри герметичной камеры 8 закреплен испытываемый образец 11, на котором коаксиально расположены образцы в виде сборки 12. В торцевой части сборки образцов 12 выточен паз, в котором с зазором расположена прикрепленная к камере 8 шпонка 13.

Работа устройства осуществляются следующим образом.

На образце 11 коаксиально располагают сборку с образцами 12. Затем внутри камеры 8 закрепляют испытываемый образец 11 и шпонку 13 таким образом, чтобы шпонка размещалась в торцевом пазе сборки образцов 12, расположенных на образце 11. После этого камеру 8 заполняют испытательной средой и герметизируют. Затем камеру закрепляют на верхнем конце кулисы 7, который находится в печи 9. Печь включают. По достижении заданной температуры включают двигатель 3, который вращает эксцентрик 5. Эксцентрик обкатывается по внутренней цилиндрической поверхности нижнего конца трубчатой кулисы 7, отжимая его вместе с бегунком 10 к беговой дорожке на внутренней поверхности кольца 4. В результате бегунок 10 обкатывается по беговой дорожке 4 и нижний конец кулисы вращается с эксцентриситетом, равным разнице величин радиуса беговой дорожки 4 и наружного радиуса бегунка 10. Ограничитель поворота шарнира 6 препятствует вращению кулисы 7 вокруг собственной оси. Вследствие вышеперечисленного верхний конец кулисы с образцами вращается с эксцентриситетом без поворота вокруг собственной оси. Между образцом 11 и образцами в сборке 12 возникает сила взаимодействия, максимальная величина которой равна где m - масса образца из сборки 12; - скорость вращения; r - эксцентриситет в плоскости вращения сборки образцов 12.

Шпонка 13 предотвращает возможное вращение сборки с образцами 12 вокруг образца 11 вне зависимости от существования зазора между образцами. Наряду с существованием зазора между шпонкой и пазом в сборке образцов 12 это обеспечивает вибрационный контакт между образцами без заметного смещения истираемых поверхностей друг относительно друга.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить достоверность получаемых при испытаниях результатов при значительном их упрощении.

Источники информации 1. Метод испытаний материалов на изнашивание при фреттинге и фреттинг-коррозии. ГОСТ 23.211-80, стр. 1,5-6. - прототип на объект-устройство.

2. Федорович Е.Д., Фокин Б.С. и др. Вибрации элементов оборудования ЯЭУ. М. : Энергоатомиздат, 1989, стр. 30-31. прототип на объект изобретения - способ.

Формула изобретения

1. Способ испытания на фреттинг-коррозию, заключающийся в размещении в герметичной камере с испытательной средой коаксиально соединенных подвижного и неподвижного испытуемых образцов, моделировании вибрационного контактирования данных образцов между собой с заданной частотой, отличающийся тем, что моделирование вибрационного контактирования осуществляют вращением кулисы с размещенным на ней неподвижным образцом с эксцентриситетом без поворота относительно собственной оси, при этом ограничивают поворот подвижного образца относительно неподвижного, нагревают образцы и устанавливают величину эксцентриситета в месте размещения образцов, вследствие которого возникает сила вибрационного взаимодействия между образцами, максимальная величина которой определяется по формуле где r - величина эксцентриситета в месте размещения образцов; - угловая скорость кулисы с размещенным на ней неподвижным образцом; m - масса подвижного образца.

2. Устройство для испытания на фреттинг-коррозию, содержащее корпус, подвижную кулису, на конце которой помещен неподвижный испытуемый образец, связанный с ней эксцентрик с регулируемым эксцентриситетом, герметичную камеру, отличающееся тем, что корпус снабжен присоединенным к нему беговой дорожкой и охватывающим кулису в ее средней части шарниром, имеющим ограничитель поворота, первый конец кулисы снабжен шарнирно закрепленным на ней бегунком, взаимодействующим с беговой дорожкой и эксцентриком, а на втором конце кулисы закреплена находящаяся в нагревательной печи герметичная камера, внутри которой закреплены подвижный и неподвижный испытуемые образцы и ограничитель поворота подвижного образца относительно собственной оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1