高温高压循环水环境疲劳试验装置总体设计

高温高压循环水环境疲劳试验装置首先基于商用的液压伺服疲劳试验机，如美国MTS、英国INSTRON、日本SHIMADZU或我国西安力创等疲劳试验机。在此基础上配备一套水化学精确可控的高温高压循环水系统、高压釜及控制系统。根据LWR模拟环境和试验的要求，在系统设计上应尽量满足以下条件。

1）可以模拟典型核电站服役循环水环境，温度在室温至360℃可调控，压力在常压至20MPa范围内可调控。

2）系统内的水介质是循环的，并且温度、压力、流速、DO、DH、电导率等水化学参数可以精确控制。

3）可以模拟高纯水环境，试验过程中会有腐蚀产物进入回路，需要及时纯化去除杂质离子。

4）功能可以扩展，除高纯水外还可以模拟特殊的水化学环境，加入了一些离子，如Li⁺、B⁺等，设备长期运行时有足够的耐蚀性。

5）高压釜体积要足够大，可以容纳各种夹具、疲劳测试试样、原位测量系统等。

6）夹具的设计需要尽可能减小间隙，便于加载对中。

7）可以长期稳定运行，且各类接口的密封性好。

8）高温高压循环水具有一定危险性，设计系统需要有足够的安全自我保护措施，如异常情况可以报警，且可以急停、快速降温、降压等。

9）结构简单，使用、维护和维修方便，且成本较低。

根据以上要求，典型设计的技术指标如下：

1）高压釜。

材质：316L不锈钢或其他耐蚀合金；

体积：10L以上；

设计温度：360℃；

设计压力：20MPa。

2）高温高压循环水。

温度：25～360℃；

压力：常压至20MPa；(www.xing528.com)

DO：0.005～1mg/kg；

DH：0～5mg/kg；

电阻率：0～18MΩ/cm；

流速：0～30L/h。

以上参数可以精确控制。

3）疲劳试验机（商用液压伺服疲劳试验机）。

载荷范围：±50kN；

位移：±20mm；

频率：0～50Hz，任意波形加载。

4）原位应变测量系统。

高温高压水中疲劳试样标距段位移原位测量精度：＜5μm。

5）其他原位测量探头或夹具。

根据需求可以附加高温高压水电化学或声发射等原位测量系统。

6）控制系统。

计算机自动控制，可以实时采集和保存数据，并有安全报警和保护功能。

图7-1所示为一种典型的高温高压循环水环境疲劳试验装置的总体设计图。该装置主要由高压釜、疲劳试验机（商用）、高温高压循环水系统、原位应变测量系统和控制系统五部分组成。其中高温高压循环水系统与高压釜连通，提供模拟LWR环境试验所需的高温高压循环水；环境疲劳试验样品置于高压釜内，并与疲劳试验机的加载轴连接，疲劳试验机对高压釜内的试验样品进行疲劳加载，控制系统控制整个循环水系统和疲劳试验机，从而实现高温高压循环水条件下的环境疲劳试验；原位应变测量系统与疲劳加载轴上的夹具相连接，实时监测疲劳试样标距段的位移；整个系统的温度、压力、水化学参数等由控制系统反馈控制和调节，并实时采集和记录试验过程数据。

图7-1 一种典型的高温高压循环水环境疲劳试验装置的总体设计图