CN110057558A - 一种涡轮叶片热冲击试验装置 - Google Patents

一种涡轮叶片热冲击试验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110057558A
CN110057558A CN201910275522.5A CN201910275522A CN110057558A CN 110057558 A CN110057558 A CN 110057558A CN 201910275522 A CN201910275522 A CN 201910275522A CN 110057558 A CN110057558 A CN 110057558A
Authority
CN
China
Prior art keywords
measured
pharoid
quartz lamp
experimental rig
turbo blade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910275522.5A
Other languages
English (en)
Inventor
邱恒斌
宫永辉
武小峰
肖乃风
张凯
王伟
何西波
何振威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Institute of Structure and Environment Engineering
Original Assignee
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Institute of Structure and Environment Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Launch Vehicle Technology CALT, Beijing Institute of Structure and Environment Engineering filed Critical China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Priority to CN201910275522.5A priority Critical patent/CN110057558A/zh
Publication of CN110057558A publication Critical patent/CN110057558A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

本发明的一种涡轮叶片热冲击试验，采用石英灯辐射加热器作为热源，由底壁、侧壁和顶壁构成试验空间；伺服作动器固定在顶壁，伺服作动器下方通过陶瓷连接杆固定连接待测涡轮叶片；气管内置于陶瓷连接杆内部并连通至待测涡轮叶片；相对的侧壁上均通过相应支架固定连接相应的石英灯辐射加热器；各石英灯辐射加热器的上下两侧均水平设置反光板；待测涡轮叶片下方还设置冷却室；伺服作动器带动待测涡轮叶片达到石英灯辐射加热器之间的中心位置进行辐射加热试验，进而，继续向下快速运动至冷却室进行快速冷却试验。其采用石英灯辐射加热器作为热源，还具有冷却室，能实现待测涡轮叶片的快速升温和降温的循环，模拟涡轮叶片的热冲击过程。

Description

一种涡轮叶片热冲击试验装置
技术领域
本发明涉及一种涡轮叶片热冲击试验装置，属于热试验领域。
背景技术
随着现代航空工业的迅猛发展和国防的迫切需要，对航空发动机的性能提出了越来越高的要求。在航空燃气涡轮发动机工程设计中，要提高推重比和热效率必须提高涡轮的入口温度，这给涡轮叶片的安全稳定运行带来了严峻的挑战。航空发动机涡轮叶片在启动时承受了高温燃气的快速冲刷及停车时快速冷却，叶片在启动-停车的循环过程中，由于叶片的温度梯度大会产生很大的热应力，导致叶片热疲劳，因此需要进行涡轮叶片的热冲击试验，考核叶片的抗热冲击的能力。
目前，航空发动机涡轮叶片热冲击试验通常采用燃气加热和喷水冷却的方法，但是，该方法在试验调试过程中需要不断调节叶片进口燃气和冷气的比例、温度、流量、压力、叶片攻角等参数，试验***复杂，调试成本较高，调试周期长，且无法实现对叶片温度场的精确模拟。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中的上述不足和需求，本发明提出一种基于石英灯辐射加热的涡轮叶片热冲击试验***，其采用石英灯辐射加热器作为热源，还具有气雾结合功能的冷却室，能实现待测涡轮叶片的快速升温和降温的循环，模拟涡轮叶片的热冲击过程。
(二)技术方案
一种涡轮叶片热冲击试验装置，采用石英灯辐射加热器作为热源，由底壁、侧壁和顶壁构成试验空间，该试验装置还包括陶瓷连接杆、气管、伺服作动器、冷却室、反光板；伺服作动器固定在顶壁，伺服作动器下方通过陶瓷连接杆固定连接待测涡轮叶片；气管内置于陶瓷连接杆内部并连通至待测涡轮叶片；相对的侧壁上均通过相应支架固定连接相应的石英灯辐射加热器，各石英灯辐射加热器均竖直设置；各石英灯辐射加热器的上下两侧均水平设置反光板，反光板均固定连接至相应的侧壁；待测涡轮叶片下方还设置冷却室；伺服作动器带动待测涡轮叶片达到石英灯辐射加热器之间的中心位置进行辐射加热试验，进而，继续向下快速运动至冷却室进行快速冷却试验。
石英灯辐射加热器为高功率型，包括双排石英灯、高反射率水冷反射器和汇流排。
石英灯的灯管间距小于1mm。
高反射率水冷反射器和汇流排外形根据叶片外形及热场仿真计算结果设计而成。
陶瓷连接杆一端的螺纹段与伺服作动器螺纹连接，另一端采用接口与待测涡轮叶片连接。
陶瓷连接杆的材质为耐高温陶瓷。
气管的材质为不锈钢，其出气口位于待测涡轮叶片的内腔；气管对待测涡轮叶片的内腔施加一定温度和一定压力的压缩空气。
伺服作动器具有编程控制功能。
冷却室为气雾冷却室，采用电磁阀控制气雾生成的时刻，通过调节气雾的比例实现不同速率的降温。
(三)有益效果
本发明的一种涡轮叶片热冲击试验装置，能实现待测涡轮叶片的快速升温和降温的循环，模拟涡轮叶片的热冲击过程，可实现对涡轮叶片最高80℃/s的快速升温和200℃/s的快速冷却，通过调整灯阵密度，安装角度，加热分区，可模拟叶片的不同温度场分布，具有控制精确，成本低，调试周期短，安装方便，适用性强等优点。
其中，石英灯热惯性小，便于电控，可以实现试件局部点位的闭环温度控制，非常适合模拟气动加热的温度瞬变，可实现快速升温和保温的精确控制；气管对叶片内腔，施加一定温度和一定压力的压缩空气，模拟叶片的气膜冷却；气雾冷却或水冷，实现对叶片的快速降温；伺服作动器带动待测涡轮叶片进出反复与加热区和冷却区，实现叶片快速升温和降温的循环过程。
附图说明
图1本发明的一种涡轮叶片热冲击试验装置结构示意图。
图中，1-石英灯辐射加热器，2-陶瓷连接杆，3-气管，4-伺服作动器，5-冷却室，6-反光板。
具体实施方式
本发明提出一种涡轮叶片热冲击试验装置，采用石英灯辐射加热器1作为热源，由底壁、侧壁和顶壁构成试验空间，该试验装置还包括陶瓷连接杆2、气管3、伺服作动器4、冷却室5、反光板6；伺服作动器4固定在顶壁，伺服作动器4下方通过陶瓷连接杆2固定连接待测涡轮叶片；气管3内置于陶瓷连接杆2内部并连通至待测涡轮叶片；相对的侧壁上均通过相应支架固定连接相应的石英灯辐射加热器1，各石英灯辐射加热器1均竖直设置；各石英灯辐射加热器1的上下两侧均水平设置反光板6，反光板6均固定连接至相应的侧壁；待测涡轮叶片下方还设置冷却室5；伺服作动器4带动待测涡轮叶片达到石英灯辐射加热器1之间的中心位置进行辐射加热试验，进而，继续向下快速运动至冷却室5进行快速冷却试验。
石英灯辐射加热器1为高功率型，包括双排石英灯、高反射率水冷反射器和汇流排，具有四个加热区，石英灯的灯管间距小于1mm，高反射率水冷反射器和汇流排外形根据叶片外形及热场仿真计算结果设计而成。具体试验中，石英灯辐射加热器1长300mm，具有3.6kW的高功率，满足待测涡轮叶片快速升温的要求，可对待测涡轮叶片整个温度场的精确控制。辐射加热器1热惯性小，便于电控，可以实现试件局部点位的闭环温度控制，适合模拟气动加热的温度瞬变。
陶瓷连接杆2一端的螺纹段与伺服作动器4螺纹连接，另一端采用接口与待测涡轮叶片连接；陶瓷连接杆2的材质为耐高温陶瓷。陶瓷连接杆2能保证叶片的温度边界，叶片的热量不会被连接杆导走。
气管3的材质为不锈钢，其出气口位于待测涡轮叶片的内腔；气管3对待测涡轮叶片的内腔施加一定温度和一定压力的压缩空气。实现模拟待测涡轮叶片的气膜冷却效果。
伺服作动器4具有编程控制功能。伺服作动器4带动待测涡轮叶片往返于加热区与水槽冷却区，实现叶片快速升温和快速冷却的循环过程。
冷却室5为气雾冷却室，采用电磁阀控制气雾生成的时刻，通过调节气雾的比例实现不同速率的降温。
反光板6是具有高反射率的钢板。反光板6即可以提高石英灯辐射加热器1的加热效率，又可以实现对附近试验设备的热防护。

Claims (9)

1.一种涡轮叶片热冲击试验装置，其特征在于，采用石英灯辐射加热器作为热源，由底壁、侧壁和顶壁构成试验空间，该试验装置还包括陶瓷连接杆、气管、伺服作动器、冷却室、反光板；伺服作动器固定在顶壁，伺服作动器下方通过陶瓷连接杆固定连接待测涡轮叶片；气管内置于陶瓷连接杆内部并连通至待测涡轮叶片；相对的侧壁上均通过相应支架固定连接相应的石英灯辐射加热器，各石英灯辐射加热器均竖直设置；各石英灯辐射加热器的上下两侧均水平设置反光板，反光板均固定连接至相应的侧壁；待测涡轮叶片下方还设置冷却室；伺服作动器带动待测涡轮叶片达到石英灯辐射加热器之间的中心位置进行辐射加热试验，进而，继续向下快速运动至冷却室进行快速冷却试验。
2.如权利要求1所述的一种涡轮叶片热冲击试验装置，其特征在于，石英灯辐射加热器为高功率型，包括双排石英灯、高反射率水冷反射器和汇流排。
3.如权利要求2所述的一种涡轮叶片热冲击试验装置，其特征在于，石英灯的灯间距小于1mm。
4.如权利要求2所述的一种涡轮叶片热冲击试验装置，其特征在于，高反射率水冷反射器和汇流排外形根据叶片外形及热场仿真计算结果设计而成。
5.如权利要求1所述的一种涡轮叶片热冲击试验装置，其特征在于，陶瓷连接杆一端的螺纹段与伺服作动器螺纹连接，另一端采用接口与待测涡轮叶片连接。
6.如权利要求5所述的一种涡轮叶片热冲击试验装置，其特征在于，陶瓷连接杆的材质为耐高温陶瓷。
7.如权利要求1所述的一种涡轮叶片热冲击试验装置，其特征在于，气管的材质为不锈钢，其出气口位于待测涡轮叶片的内腔；气管对待测涡轮叶片的内腔施加一定温度和一定压力的压缩空气。
8.如权利要求1所述的一种涡轮叶片热冲击试验装置，其特征在于，伺服作动器具有编程控制功能。
9.如权利要求1所述的一种涡轮叶片热冲击试验装置，其特征在于，冷却室为气雾冷却室，采用电磁阀控制气雾生成的时刻，通过调节气雾的比例实现不同速率的降温。
CN201910275522.5A 2019-04-08 2019-04-08 一种涡轮叶片热冲击试验装置 Pending CN110057558A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910275522.5A CN110057558A (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种涡轮叶片热冲击试验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910275522.5A CN110057558A (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种涡轮叶片热冲击试验装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110057558A true CN110057558A (zh) 2019-07-26

Family

ID=67318488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910275522.5A Pending CN110057558A (zh) 2019-04-08 2019-04-08 一种涡轮叶片热冲击试验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110057558A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111272800A (zh) * 2020-02-20 2020-06-12 上海航天精密机械研究所 模块化的高热流静加热试验装置
CN112098255A (zh) * 2020-11-11 2020-12-18 广东电网有限责任公司东莞供电局 一种玻璃绝缘子热震试验设备
CN112665864A (zh) * 2020-11-12 2021-04-16 南京航空航天大学 一种航空发动机随机热冲击载荷模拟装置及方法
CN112903274A (zh) * 2021-02-02 2021-06-04 沈阳航空航天大学 一种涡轮叶片温度循环载荷试验设备
CN114062415A (zh) * 2021-10-14 2022-02-18 首钢集团有限公司 一种热疲劳试验机控制方法及热疲劳试验机
CN114136594A (zh) * 2021-10-20 2022-03-04 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种涡轮叶片热震试验装置
CN114942146A (zh) * 2022-07-22 2022-08-26 西安交通大学 一种带有红外辐射加热调节的结构热考核装置及方法

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU888011A1 (ru) * 1980-04-16 1981-12-07 Институт Проблем Прочности Ан Усср Установка дл испытаний лопаток турбин на термоусталость
US20030127602A1 (en) * 2001-10-01 2003-07-10 Siemens Westinghouse Power Corporation Ultraviolet sensing of the condition of the vanes and blades of gas turbines in service
KR20080062377A (ko) * 2006-12-29 2008-07-03 성균관대학교산학협력단 열피로 시험장치
CN101776645A (zh) * 2010-01-06 2010-07-14 湘潭大学 一种带热障涂层的叶片热疲劳失效的模拟测试方法
US8262284B2 (en) * 2008-09-29 2012-09-11 Korea Electric Power Corporation Simulation test system for thermal impact ageing of power transmission insulator
CN103245584A (zh) * 2013-05-08 2013-08-14 浙江大学 飞轮热疲劳试验机及测试飞轮热疲劳性能的方法
CN103439133A (zh) * 2013-08-27 2013-12-11 北京航空航天大学 高超声速飞行器250℃/秒高速热冲击试验装置及方法
CN103487345A (zh) * 2013-10-12 2014-01-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 用于动态循环测试热障涂层抗热冲击性能的高温焰流装置
CN104237120A (zh) * 2014-09-18 2014-12-24 北京科技大学 一种热震性能及热循环氧化性能自动测试装置
CN104807713A (zh) * 2015-04-29 2015-07-29 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种燃机叶片涂层高效热冲击联合性能测试装置
CN105376876A (zh) * 2014-09-02 2016-03-02 北京强度环境研究所 一种石英灯辐射加热器及其设计方法
CN107421984A (zh) * 2017-08-31 2017-12-01 北京航空航天大学 一种空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验***及方法
CN108362600A (zh) * 2018-01-31 2018-08-03 天津伟思实验仪器科技有限公司 一种极限冷热冲击试验箱
CN108458860A (zh) * 2018-01-23 2018-08-28 沈阳航空航天大学 一种涡轮叶片热机械疲劳试验***
CN109000911A (zh) * 2018-06-26 2018-12-14 哈尔滨电气股份有限公司 一种用于叶片热机械疲劳-蠕变的试验装置
CN109100250A (zh) * 2018-07-11 2018-12-28 中国航发沈阳发动机研究所 一种陶瓷基复合材料构件热疲劳试验装置及试验方法
CN109253940A (zh) * 2018-10-12 2019-01-22 南昌航空大学 一种用于涡轮叶片材料热疲劳的实验装置

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU888011A1 (ru) * 1980-04-16 1981-12-07 Институт Проблем Прочности Ан Усср Установка дл испытаний лопаток турбин на термоусталость
US20030127602A1 (en) * 2001-10-01 2003-07-10 Siemens Westinghouse Power Corporation Ultraviolet sensing of the condition of the vanes and blades of gas turbines in service
KR20080062377A (ko) * 2006-12-29 2008-07-03 성균관대학교산학협력단 열피로 시험장치
US8262284B2 (en) * 2008-09-29 2012-09-11 Korea Electric Power Corporation Simulation test system for thermal impact ageing of power transmission insulator
CN101776645A (zh) * 2010-01-06 2010-07-14 湘潭大学 一种带热障涂层的叶片热疲劳失效的模拟测试方法
CN103245584A (zh) * 2013-05-08 2013-08-14 浙江大学 飞轮热疲劳试验机及测试飞轮热疲劳性能的方法
CN103439133A (zh) * 2013-08-27 2013-12-11 北京航空航天大学 高超声速飞行器250℃/秒高速热冲击试验装置及方法
CN103487345A (zh) * 2013-10-12 2014-01-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 用于动态循环测试热障涂层抗热冲击性能的高温焰流装置
CN105376876A (zh) * 2014-09-02 2016-03-02 北京强度环境研究所 一种石英灯辐射加热器及其设计方法
CN104237120A (zh) * 2014-09-18 2014-12-24 北京科技大学 一种热震性能及热循环氧化性能自动测试装置
CN104807713A (zh) * 2015-04-29 2015-07-29 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种燃机叶片涂层高效热冲击联合性能测试装置
CN107421984A (zh) * 2017-08-31 2017-12-01 北京航空航天大学 一种空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验***及方法
CN108458860A (zh) * 2018-01-23 2018-08-28 沈阳航空航天大学 一种涡轮叶片热机械疲劳试验***
CN108362600A (zh) * 2018-01-31 2018-08-03 天津伟思实验仪器科技有限公司 一种极限冷热冲击试验箱
CN109000911A (zh) * 2018-06-26 2018-12-14 哈尔滨电气股份有限公司 一种用于叶片热机械疲劳-蠕变的试验装置
CN109100250A (zh) * 2018-07-11 2018-12-28 中国航发沈阳发动机研究所 一种陶瓷基复合材料构件热疲劳试验装置及试验方法
CN109253940A (zh) * 2018-10-12 2019-01-22 南昌航空大学 一种用于涡轮叶片材料热疲劳的实验装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王小蒙 等: "某型航空发动机单晶涡轮叶片热冲击疲劳行为研究", 《铸造》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111272800A (zh) * 2020-02-20 2020-06-12 上海航天精密机械研究所 模块化的高热流静加热试验装置
CN112098255A (zh) * 2020-11-11 2020-12-18 广东电网有限责任公司东莞供电局 一种玻璃绝缘子热震试验设备
CN112665864A (zh) * 2020-11-12 2021-04-16 南京航空航天大学 一种航空发动机随机热冲击载荷模拟装置及方法
CN112665864B (zh) * 2020-11-12 2022-05-03 南京航空航天大学 一种航空发动机随机热冲击载荷模拟装置及方法
CN112903274A (zh) * 2021-02-02 2021-06-04 沈阳航空航天大学 一种涡轮叶片温度循环载荷试验设备
CN114062415A (zh) * 2021-10-14 2022-02-18 首钢集团有限公司 一种热疲劳试验机控制方法及热疲劳试验机
CN114136594A (zh) * 2021-10-20 2022-03-04 中国航发四川燃气涡轮研究院 一种涡轮叶片热震试验装置
CN114942146A (zh) * 2022-07-22 2022-08-26 西安交通大学 一种带有红外辐射加热调节的结构热考核装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110057558A (zh) 一种涡轮叶片热冲击试验装置
CN108037035B (zh) 模拟涡轮叶片气膜孔的薄壁管件近服役环境性能测试装置
CN104330519B (zh) 一种粒子气流悬浮激光点火实验装置
US7254950B2 (en) Methods and apparatus for operating gas turbine engines
CN104460790A (zh) 一种动态航空热动力试验***和温度、压力快速控制方法
CN106403661B (zh) 一种低速冷却水热防护装置
CN112665864B (zh) 一种航空发动机随机热冲击载荷模拟装置及方法
KR102580414B1 (ko) 고온부품의 열내구성 시험용 테스트리그와 이를 이용한 시험 시스템 및 방법
CN103091237B (zh) 一种模拟热障涂层高温、冲蚀、腐蚀服役环境的喷枪装置
CN110836827A (zh) 一种非接触热冲击高温力学测试装置
CN109357956B (zh) 一种高温燃气腐蚀疲劳试验***
CN101694432B (zh) 评价热障涂层体系可靠性的方法和装置
CN210269493U (zh) 一种热障涂层热循环寿命测试***
CN105784462A (zh) 一种可模拟高温状态下试件力学性能的试验箱及***
Liu et al. Comparison of 3D unsteady transient conjugate heat transfer analysis on a high pressure cooled turbine stage with experimental data
CN110444302A (zh) 冷却剂装量减少事件下堆芯热工实验装置与实验方法
CN112857058B (zh) 用于宽温区的可调控循环升降温多用途炉及升降温方法
CN104792819A (zh) 一种燃机热障涂层隔热效果测试装置
Richardson et al. Experimental and Computational Heat Transfer Study of sCO2 Single-Jet Impingement
CN214793798U (zh) 超燃及rbcc发动机连续变来流直连试验***
CN112414739B (zh) 可进行瞬态和稳态测量试验的燃气涡轮实验台与试验方法
CN211718023U (zh) 一种非接触热冲击高温力学测试装置
CN115468905B (zh) 一种简易模拟航空发动机涂层耐海洋大气热循环腐蚀氧化的实验装置
CN111487074B (zh) 面向重型燃机燃烧室衬套冲击冷却的高热流量换热试验装置
Witz et al. Burner rig testing of thermal barrier coatings for lifetime prediction

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190726

RJ01 Rejection of invention patent application after publication