CN111721810A - 一种融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测*** - Google Patents

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Abstract

一种融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***。其包括底盘、承重万向轮、恒温加热箱、恒温加热箱电动滑块、恒温加热箱滑轨、空气压缩机、空气压缩机管道、步进电机、底部导轨、垂直导轨、电动精密旋转台、电动精密旋转台固定支座、转动平台、温度传感器、温度控制器、涡轮叶片夹持装置、红外热像仪、红外热像仪安装支架、电动导轨滑块、电气控制柜和数字温度传感器；本发明在恒温加热箱内将热激励均匀作用于涡轮叶片本体，保证涡轮叶片均匀受热，从而可以大大提高涡轮叶片的加热效率；提升在制造和维修过程中的检测效率和自动化程度，降低人为和经验等不确定因素对检测结果的影响；根据检测获取的数据进行跟踪、分析以及安全评估。

Description

一种融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***
技术领域
本发明属于民用航空器维修和检测技术领域，尤其是涉及一种融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***。
背景技术
随着航空技术的不断发展，加快了民用航空器更新换代的速度。航空发动机可为飞机提供动力，被誉为“现代工业皇冠上的明珠”，航空发动机中涡轮叶片的数量最多，所以涡轮叶片是航空发动机的重要动力元件。在航空发动机高速运转状态下，涡轮叶片的服役环境十分恶劣，除高强度热冲击外，还要在极高温度下承受高速冲击、气流激振力、交变应力等复杂载荷，因此涡轮叶片会受到热腐蚀、高温氧化、磨损等作用，所以很容易萌生细微裂纹、应力集中和腐蚀疲劳等缺陷，同时由于涡轮叶片复杂的曲型结构和繁琐的制造工艺，很难通过常规检查进行诊断和监测，这种潜在性的危害严重时会导致航空发动机出现故障，从而危及飞行安全，所以对涡轮叶片进行高效检测，对提高涡轮叶片的制造质量和生产效率具有重要的意义。
目前，针对复杂曲型涡轮叶片的快速检测方法研究较少，现有的检测方法都只针对某种特定的应用领域，因此会存在检测员工作量大、检测效率低、主要依靠检测员的主观判断等人为因素的问题，容易造成误检和漏检以及降低了检测置信度。显见，涡轮叶片的高效检测方法对提高涡轮叶片的制造和维修尤其重要，现阶段涡轮叶片损伤的高效检测***仍属于空白，亟需采用有效的方法进行高效检测。红外热成像无损检测技术作为一种新型的无损检测方法，其过程是通过热激励后使用性能较好的红外热像仪采集红外细节特征图像，然后进行检测分析，能够高效快速地监控涡轮叶片的健康状态和内部的完整程度。
涡轮叶片红外检测的热激励加载是通过外部热辐射或热传导方式实现。由于涡轮叶片的材料、涂层和结构特性，会造成涡轮叶片近表面存在的热量分布不均匀问题，这样会直接影响红外热像***对涡轮叶片的特征图像采集和分析评估，最终降低涡轮叶片检测效率和质量。因此，通过研制一种融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***，采用恒温加热箱建立均匀的温度场对涡轮叶片进行热激励，可大大提高涡轮叶片均匀受热和加热效率；提升在制造和维修过程中的检测效率和自动化程度，降低人为和经验等不确定因素对检测结果的影响；根据检测获取的数据进行跟踪、分析以及安全评估，进而提高航空发动机的适航性和保证发动机安全运转。但目前尚缺少这样的装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供的一种融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***。
为了达到上述目的，本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***包括底盘、承重万向轮、恒温加热箱、恒温加热箱电动滑块、恒温加热箱滑轨、空气压缩机、空气压缩机管道、步进电机、底部导轨、垂直导轨、电动精密旋转台、电动精密旋转台固定支座、转动平台、温度传感器、温度控制器、涡轮叶片夹持装置、红外热像仪、红外热像仪安装支架、电动导轨滑块、电气控制柜和数字温度传感器；其中，所述的底盘水平放置，底面四角处分别安装一个承重万向轮；两根恒温加热箱滑轨以平行的方式设置在底盘的左侧表面中部，且每根恒温加热箱滑轨上至少安装一个恒温加热箱电动滑块；恒温加热箱的底面固定在上述恒温加热箱电动滑块上，内部前后侧分别安装有电加热元件，左侧板的内表面四角处分别安装一个温度传感器，右侧面为能够上下移动的电动挡板门；空气压缩机安装在恒温加热箱的顶面上，并通过空气压缩机管道与恒温加热箱的内部相连通；温度控制器安装在空气压缩机管道上；转动平台固定安装在底盘的表面中心部位，其上的转动中心轴朝上设置；步进电机的输出轴与转动平台的输入端相连接，构成电动转动平台；电动精密旋转台固定支座安装在转动平台的转动中心轴上，能够绕转动中心轴进行旋转；电动精密旋转台的下端固定在电动精密旋转台固定支座的表面，上部设有叶片夹板；涡轮叶片夹持装置安装在任一叶片夹板上，并且通过电动精密旋转台实现绕轴心360°的旋转；底部导轨沿左右方向设置在底盘的右侧表面中部，上部安装有底部电动滑块；垂直导轨的下端固定在底部电动滑块上，左侧面上安装有电动导轨滑块；红外热像仪安装支架以能够前后移动的方式固定在电动导轨滑块的左侧面上；红外热像仪固定在红外热像仪安装支架的左侧面上；数字温度传感器则安装在电动导轨滑块上位于红外热像仪安装支架的外侧部位；电气控制柜安装在底盘的表面边缘部位，并且分别与恒温加热箱、温度控制器、空气压缩机、温度传感器、数字温度传感器、步进电机、电动精密旋转平台、底部电动滑块、电动导轨滑块、电动挡板门和恒温加热箱电动滑块电连接。
所述的恒温加热箱为长方体形结构，前后侧面为两块能够拆卸的钣金盖板29，便于电加热元件的维修及更换。
所述的红外热像仪采用德国Infratec VarioCAM head 680型热像仪。
所述的电气控制柜上安装有工业触摸屏、电气控制柜门锁、电源按钮和急停按钮。
所述的工业触摸屏采用SIEMENS 6AV6 648-0CE11-3AX0工业触摸屏。
本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***在恒温加热箱内将热激励均匀作用于涡轮叶片本体，保证涡轮叶片均匀受热，从而可以大大提高涡轮叶片的加热效率；提升在制造和维修过程中的检测效率和自动化程度，降低人为和经验等不确定因素对检测结果的影响；根据检测获取的数据进行跟踪、分析以及安全评估，进而可提高航空发动机的适航性和保证发动机安全运转。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***结构立体图。
图2为从背面观察时本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***结构立体图。
图3为安装有钣金盖板的本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***结构立体图。
图4为本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***中恒温加热箱结构立体图。
图5为本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***中空气压缩机和温度控制器结构立体图。
图6为本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***中转动平台和电动精密旋转台装置结构立体图。
图7为本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***中涡轮叶片夹持装置结构立体图。
图8为本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***中热像仪采集装置结构立体图。
具体实施方式
下面根据结合附图和具体实施方式对本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***结构进行详细说明。
如图1-图8所示，本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***包括底盘11、承重万向轮10、恒温加热箱13、恒温加热箱电动滑块12、恒温加热箱滑轨26、空气压缩机15、空气压缩机管道16、步进电机27、底部导轨6、垂直导轨22、电动精密旋转台8、电动精密旋转台固定支座24、转动平台7、温度传感器25、温度控制器14、涡轮叶片夹持装置9、红外热像仪21、红外热像仪安装支架23、电动导轨滑块20、电气控制柜5和数字温度传感器30；其中，所述的底盘11水平放置，底面四角处分别安装一个承重万向轮10；两根恒温加热箱滑轨26以平行的方式设置在底盘11的左侧表面中部，且每根恒温加热箱滑轨26上至少安装一个恒温加热箱电动滑块12；恒温加热箱13的底面固定在上述恒温加热箱电动滑块12上，内部前后侧分别安装有电加热元件18，左侧板的内表面四角处分别安装一个温度传感器25，右侧面为能够上下移动的电动挡板门17；空气压缩机15安装在恒温加热箱13的顶面上，并通过空气压缩机管道16与恒温加热箱13的内部相连通；温度控制器14安装在空气压缩机管道16上；转动平台7固定安装在底盘11的表面中心部位，其上的转动中心轴朝上设置；步进电机27的输出轴与转动平台7的输入端相连接，构成电动转动平台；电动精密旋转台固定支座24安装在转动平台7的转动中心轴上，能够绕转动中心轴进行旋转；电动精密旋转台8的下端固定在电动精密旋转台固定支座24的表面，上部设有叶片夹板；涡轮叶片夹持装置9安装在任一叶片夹板上，并且通过电动精密旋转台8实现绕轴心360°的旋转；底部导轨6沿左右方向设置在底盘11的右侧表面中部，上部安装有底部电动滑块；垂直导轨22的下端固定在底部电动滑块上，左侧面上安装有电动导轨滑块20；红外热像仪安装支架23以能够前后移动的方式固定在电动导轨滑块20的左侧面上；红外热像仪21固定在红外热像仪安装支架23的左侧面上；数字温度传感器30则安装在电动导轨滑块20上位于红外热像仪安装支架23的外侧部位；电气控制柜5安装在底盘11的表面边缘部位，并且分别与恒温加热箱13、温度控制器14、空气压缩机15、温度传感器25、数字温度传感器30、步进电机27、电动精密旋转平台8、底部电动滑块、电动导轨滑块20、电动挡板门17和恒温加热箱电动滑块12电连接。
所述的恒温加热箱13为长方体形结构，前后侧面为两块能够拆卸的钣金盖板29，便于电加热元件18的维修及更换。
所述的红外热像仪21采用德国Infratec VarioCAM head 680型热像仪。
所述的电气控制柜5上安装有工业触摸屏1、电气控制柜门锁4、电源按钮2和急停按钮3。
所述的工业触摸屏1采用SIEMENS 6AV6 648-0CE11-3AX0工业触摸屏。
现将本发明提供的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***的使用方法阐述如下：
(1)人工检查本检测***外观和状态，按下电源按钮2，对整个***进行通电自检，如果工业触摸屏1没有显示任何异常提示，方可正常使用。
(2)操作人员将涡轮叶片19的下端通过涡轮叶片夹持装置9固定在电动精密旋转台8上；
(3)涡轮叶片19安装完成后，禁止操作人员进入涡轮叶片19检测区域附近。
(4)操作人员通过操作电气控制柜5上的工业触摸屏1，使底部导轨6上的底部电动滑块缓缓左右移动，垂直导轨22上的电动导轨滑块20缓缓上下移动，使红外热像仪21移动到涡轮叶片19待检测区域的最佳观测位置，启动红外热像仪21，从而获得涡轮叶片19在可见光下的图像特征信息。
(5)操作人员通过操作工业触摸屏1控制恒温加热箱13上的电动挡板门17缓缓向上提升，然后控制恒温加热箱电动滑块12及恒温加热箱13沿恒温加热箱滑轨26向右移动，直至转动平台7及其上的部件和涡轮叶片19进入恒温加热箱13的内部，向下缓缓关闭电动挡板门17，控制电加热元件18快速加热，同时通过温度传感器25实时监测恒温加热箱13内部的温度值。若恒温加热箱13内部的热量分布不均匀，启动空气压缩机15，并调节温度控制器14，使适宜温度的压缩空气通过空气压缩机管道16进入到恒温加热箱13的内部，在较短的时间内使热量充满恒温加热箱13以达到理想状态，在此过程中，利用工业触摸屏1控制步进电机27的旋转，进而调整涡轮叶片19的旋转角度，保证涡轮叶片19在加热过程中拥有合适角度和受热均匀，为后期检测过程提供方便。
(6)操作人员通过操作工业触摸屏1控制数字温度传感器30实时显示室温环境下的温度，观察恒温加热箱13加热完成后恒温加热箱电动挡板门17打开时的温度变化，可用作温度补偿。
(6)开始进行测试，操作人员操作工业触摸屏1，设定恒温加热箱13内的某一温度，比如60℃、80℃或其它不同的温度，启动恒温加热箱13内的加热元件18进行加热，同时监控恒温加热箱13内四个温度传感器25实时反馈的温度值，当检测温度达到上述所设定的温度时，停止加热；若监控到四个温度传感器25实时反馈的温度值不同并且没有达到设定的温度，启动空气压缩机15和温度控制器14使得恒温加热箱13内温度均匀。
(7)将恒温加热箱电动挡板门17打开，将恒温加热箱13向左移动至初始位置，3分钟后操作人员操作工业触摸屏1，控制底部导轨6上的底部电动滑块缓缓左右移动，垂直导轨22上的电动导轨滑块20缓缓上下移动，调整红外热像仪21使其能够清晰采集到涡轮叶片19图像的位置，通过红外热像仪21记录下涡轮叶片19的红外、可见光图像。
(8)在工业触摸屏1上再次设定恒温加热箱13内的另一个温度，重复步骤(6)-(7)。收集充足可靠的可见光和红外图像，便于开展进一步的分析评估。
(9)监测工作完成后，关闭红外热像仪21，空气压缩机15和温度控制器14以及两个电加热元件18，最后关闭电源按钮2，检查此***是否断电完毕，操作人员佩戴隔热手套取下测试的涡轮叶片19，并且放置到指定的位置保存。如果在涡轮叶片19检测过程中发生紧急情况，及时按下急停按钮3。
在这里需要强调的是，本发明专利所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明专利并不限于具体实施方式中所述的实施例。在不脱离本实用的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，或由本领域技术人员根据本发明专利的技术方案及其他相似的此原理得出的其他实施方式，同样属于本发明专利保护的范围。

Claims (5)

1.一种融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***，其特征在于：所述的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***包括底盘(11)、承重万向轮(10)、恒温加热箱(13)、恒温加热箱电动滑块(12)、恒温加热箱滑轨(26)、空气压缩机(15)、空气压缩机管道(16)、步进电机(27)、底部导轨(6)、垂直导轨(22)、电动精密旋转台(8)、电动精密旋转台固定支座(24)、转动平台(7)、温度传感器(25)、温度控制器(14)、涡轮叶片夹持装置(9)、红外热像仪(21)、红外热像仪安装支架(23)、电动导轨滑块(20)、电气控制柜(5)和数字温度传感器(30)；其中，所述的底盘(11)水平放置，底面四角处分别安装一个承重万向轮(10)；两根恒温加热箱滑轨(26)以平行的方式设置在底盘(11)的左侧表面中部，且每根恒温加热箱滑轨(26)上至少安装一个恒温加热箱电动滑块(12)；恒温加热箱(13)的底面固定在上述恒温加热箱电动滑块(12)上，内部前后侧分别安装有电加热元件(18)，左侧板的内表面四角处分别安装一个温度传感器(25)，右侧面为能够上下移动的电动挡板门(17)；空气压缩机(15)安装在恒温加热箱(13)的顶面上，并通过空气压缩机管道(16)与恒温加热箱(13)的内部相连通；温度控制器(14)安装在空气压缩机管道(16)上；转动平台(7)固定安装在底盘(11)的表面中心部位，其上的转动中心轴朝上设置；步进电机(27)的输出轴与转动平台(7)的输入端相连接，构成电动转动平台；电动精密旋转台固定支座(24)安装在转动平台(7)的转动中心轴上，能够绕转动中心轴进行旋转；电动精密旋转台(8)的下端固定在电动精密旋转台固定支座(24)的表面，上部设有叶片夹板；涡轮叶片夹持装置(9)安装在任一叶片夹板上，并且通过电动精密旋转台(8)实现绕轴心360°的旋转；底部导轨(6)沿左右方向设置在底盘(11)的右侧表面中部，上部安装有底部电动滑块；垂直导轨(22)的下端固定在底部电动滑块上，左侧面上安装有电动导轨滑块(20)；红外热像仪安装支架(23)以能够前后移动的方式固定在电动导轨滑块(20)的左侧面上；红外热像仪(21)固定在红外热像仪安装支架(23)的左侧面上；数字温度传感器(30)则安装在电动导轨滑块(20)上位于红外热像仪安装支架(23)的外侧部位；电气控制柜(5)安装在底盘(11)的表面边缘部位，并且分别与恒温加热箱(13)、温度控制器(14)、空气压缩机(15)、温度传感器(25)、数字温度传感器(30)、步进电机(27)、电动精密旋转平台(8)、底部电动滑块、电动导轨滑块(20)、电动挡板门(17)和恒温加热箱电动滑块(12)电连接。
2.根据权利要求1所述的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***，其特征在于：所述的恒温加热箱(13)为长方体形结构，前后侧面为两块能够拆卸的钣金盖板(29)，便于电加热元件(18)的维修及更换。
3.根据权利要求1所述的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***，其特征在于：所述的红外热像仪(21)采用德国Infratec VarioCAM head 680型热像仪。
4.根据权利要求1所述的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***，其特征在于：所述的电气控制柜(5)上安装有工业触摸屏(1)、电气控制柜门锁(4)、电源按钮(2)和急停按钮(3)。
5.根据权利要求1所述的融合恒温加热箱的涡轮叶片缺陷红外检测***，其特征在于：所述的工业触摸屏(1)采用SIEMENS 6AV6 648-0CE11-3AX0工业触摸屏。
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Application publication date: 20200929

Assignee: HANGCHENG (TIANJIN) TECHNOLOGY CO.,LTD.

Assignor: CIVIL AVIATION University OF CHINA

Contract record no.: X2024980002335

Denomination of invention: An infrared detection system for turbine blade defects integrating a constant temperature heating box

Granted publication date: 20230509

License type: Common License

Record date: 20240228