CN114136594A - 一种涡轮叶片热震试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种涡轮叶片热震试验装置，所述装置包括：加热***；冷却***；检测***；试样传送***和处理***。本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，可进行热障涂层的热震疲劳性能、寿命考核试验及高温合金和复合材料制涡轮导向叶片、工作叶片、燃烧部件以及模拟试样在温度循环作用下的疲劳寿命试验。本试验装置结构简单，操作方便，具有加温速度快，使用成本低，环境污染小，试验效率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机零部件试验技术领域，具体涉及一种涡轮叶片热震试验装置。
背景技术
随着航空发动机涡轮前温度、推重比和燃气压力不断提高，对热端部件的耐高温性能有了更高的要求，特别是复合材料和陶瓷涂层。在对热端部件进行热疲劳模拟考核的各种方法中，热震试验方法可以实现对热障涂层和高温复合材料的强度性能评估、设计优化提供支持。热障涂层热震试验器是考核热障涂层在高温环境下强度和寿命的专用试验设备。
发明内容
为了解决上述问题，提供一种专用设备来考验热障涂层在高温环境下的强度和寿命。
本发明的目的在于提供一种涡轮叶片热震试验装置，所述装置包括：加热***，用于对试样进行加热；冷却***，用于对试样进行冷却；检测***，用于对试样进行检测；试样传送***，用于试样在所述加热***、所述冷却***和所述检测***中的传送；处理***，用于接收并处理所述加热***、所述冷却***、所述检测***和所述传送***的工作数据，并生成所述试验传送***的工作命令以控制所述试样传送***工作。
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，还具有这样的特征，所述加热***包括放置试样的试验舱和用于给试样加热的加热设备，所述试验舱外层设有保温层，所述试验舱上设有感应装置，所述感应装置用于在试样进入和移出试验舱时控制试验舱舱门的开闭，所述保温层从内到外依次为保温棉、真空隔热层以及氧化锆反光膜。
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，还具有这样的特征，所述加热设备中的发热源在不同高度上分别呈阵列式布置，所述不同高度的发热源用于实现试验舱内轴向梯度温度场，所述阵列式布置用于实现试验舱内周向梯度温度场。
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，还具有这样的特征，所述试验舱上设有观察窗及红外测温孔，所述红外测温孔用于通过红外热像仪对加热过程中的试样进行温度监测。
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，还具有这样的特征，所述冷却***包括风冷设备和水冷设备；所述风冷***的入风口一端为圆形结构，另一端为扁平结构，所述扁平结构上设有多个阵列分布的出风孔，所述出风孔的方向可调。
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，还具有这样的特征，所述检测***包括图像处理设备，所述图像处理设备用于采集试验的表面信息。
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，还具有这样的特征，所述图像处理设备所采集的表面信息处理过程如下步骤：S1：对图像处理设备分别采集到的第一次图像信息和第二次图像信息进行对比，若第一次图像信息和第二次图像信息相同，则试验继续，若第一次图像信息和第二次图形信息不同，则进行下一步；S2：对第二次图像信息与处理***中的数据库进行对比，若数据库中包括与第二次图像信息相同的试验裂纹图像信息，则判断为试样有裂纹，处理***发出停机命令并记录试验结果，所述试验结果包括裂纹的长度、出现裂纹的循环数以及裂纹的形貌。
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，还具有这样的特征，所述试样传送***包括用于固定试样的夹具、用于改变试样高度的升降机构和用于在所述装置内移动的滑轨，所述夹具内设有冷却通道，所述滑轨设置在所述加热***、所述冷却***和所述检测***的上方。
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，还具有这样的特征，所述试样传送***还包括用于检测试样质量的质量传感器和用于检测所述夹具温度的温度传感器。
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，还具有这样的特征，所述试样上设置有与所述温度传感器的测量端压紧的弹簧片，所述弹簧片通过设置在试样两端的螺栓固定在试样上。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
本发明所提供的涡轮叶片热震试验装置，可进行热障涂层的热震疲劳性能、寿命考核试验及高温合金和复合材料制涡轮导向叶片、工作叶片、燃烧部件以及模拟试样在温度循环作用下的疲劳寿命试验。本试验装置结构简单，操作方便，具有加温速度快，使用成本低，环境污染小，试验效率高的优点。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的涡轮叶片热震试验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的涡轮叶片热震试验装置中试验测温部分的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的涡轮叶片热震试验装置中试验夹具的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的试验装置作具体阐述。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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创造和简化描述，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创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
本发明实施例提供了一种涡轮叶片热震试验装置，所述装置包括：加热***，用于对试样3进行加热；冷却***，用于对试样3进行冷却；检测***，用于对试样3进行检测；试样传送***7，用于试样3在所述加热***、所述冷却***和所述检测***中的传送；处理***，用于接收并处理所述加热***、所述冷却***、所述检测***和所述传送***的工作数据，并生成所述试验传送***的工作命令以控制所述试样传送***工作。
在部分实施例中，所述加热***包括放置试样的试验舱和用于给试样3加热的加热设备1，所述试验舱外层设有保温层，所述试验舱上设有感应装置，所述感应装置用于在试样3进入和移出试验舱时控制试验舱舱门的开闭，所述保温层从内到外依次为保温棉、真空隔热层以及氧化锆反光膜。其中，真空隔热层阻碍了热传导、保温棉和氧化锆反光膜则用于阻碍热辐射。
在部分实施例中，所述加热设备1中的发热源在不同高度上分别呈阵列式布置，所述不同高度的发热源用于实现试验舱内轴向梯度温度场，所述阵列式布置用于实现试验舱内周向梯度温度场。
在部分实施例中，所述试验舱上设有观察窗2及红外测温孔，所述红外测温孔用于通过红外热像仪对加热过程中的试样进行温度监测。
在部分实施例中，所述冷却***包括风冷设备8和水冷设备10；所述风冷***8的入风口一端为圆形结构，另一端为扁平结构，所述扁平结构上设有多个阵列分布的出风孔，所述出风孔的方向可调。出风孔的方向根据冷却效果的实际需要调节，水冷设备10中设有超温和缺水告警设备，当水温超过阈值或水位低于阈值时，水冷设备10告警。水冷设备中的冷却介质还可以为盐水等其他介质。
在部分实施例中，所述检测***包括图像处理设备9，所述图像处理设备9用于采集试验的表面信息。
在部分实施例中，所述图像处理设备9所采集的表面信息处理过程如下步骤：
S1：对图像处理设备分别采集到的第一次图像信息和第二次图像信息进行对比，若第一次图像信息和第二次图像信息相同，则试验继续，若第一次图像信息和第二次图形信息不同，则进行下一步；
S2：对第二次图像信息与处理***中的数据库进行对比，若数据库中包括与第二次图像信息相同的试验裂纹图像信息，则判断为试样有裂纹，处理***发出停机命令并记录试验结果，所述试验结果包括裂纹的长度、出现裂纹的循环数以及裂纹的形貌。
在部分实施例中，所述试样传送***7包括用于固定试样3的夹具4、用于改变试样3高度的升降机构和用于在所述装置内移动的滑轨，所述夹具4内设有气体冷却通道41，所述滑轨设置在所述加热***、所述冷却***和所述检测***的上方。如图3所示，冷空气从夹具4的一侧的进气口42进入，穿过气体冷却通道41从设置在夹具4另一侧的出气口43排出，夹具4的一端设有用于连接试样3的试验连接法兰44，所述进气口42和所述出气口43设置在所述夹具4的另一端，气体冷却通道41用于冷却夹具4，防止夹具4过热。
在部分实施例中，所述试样传送***7还包括用于检测试样3质量的质量传感器5和用于检测所述夹具温度的温度传感器。
在部分实施例中，如图2所示，所述试样3上设置有与所述温度传感器的测量端16压紧的弹簧片15，所述弹簧片15通过设置在试样3两端的螺栓13固定在试样上，螺栓通过相适配的螺母拧紧。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述装置包括：
加热***，用于对试样进行加热；
冷却***，用于对试样进行冷却；
检测***，用于对试样进行检测；
试样传送***，用于试样在所述加热***、所述冷却***和所述检测***中的传送；
处理***，用于接收并处理所述加热***、所述冷却***、所述检测***和所述传送***的工作数据，并生成所述试验传送***的工作命令以控制所述试样传送***工作。
2.根据权利要求1所述的涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述加热***包括放置试样的试验舱和用于给试样加热的加热设备，所述试验舱外层设有保温层，所述试验舱上设有感应装置，所述感应装置用于在试样进入和移出试验舱时控制试验舱舱门的开闭，所述保温层从内到外依次为保温棉、真空隔热层以及氧化锆反光膜。
3.根据权利要求2所述的涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述加热设备中的发热源在不同高度上分别呈阵列式布置，所述不同高度的发热源用于实现试验舱内轴向梯度温度场，所述阵列式布置用于实现试验舱内周向梯度温度场。
4.根据权利要求2所述的涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述试验舱上设有观察窗及红外测温孔，所述红外测温孔用于通过红外热像仪对加热过程中的试样进行温度监测。
5.根据权利要求1所述的涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述冷却***包括风冷设备和水冷设备；所述风冷***的入风口一端为圆形结构，另一端为扁平结构，所述扁平结构上设有多个阵列分布的出风孔，所述出风孔的方向可调。
6.根据权利要求1所述的涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述检测***包括图像处理设备，所述图像处理设备用于采集试验的表面信息。
7.根据权利要求6所述的涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述图像处理设备所采集的表面信息处理过程如下步骤：
S1：对图像处理设备分别采集到的第一次图像信息和第二次图像信息进行对比，若第一次图像信息和第二次图像信息相同，则试验继续，若第一次图像信息和第二次图形信息不同，则进行下一步；
S2：对第二次图像信息与处理***中的数据库进行对比，若数据库中包括与第二次图像信息相同的试验裂纹图像信息，则判断为试样有裂纹，处理***发出停机命令并记录试验结果，所述试验结果包括裂纹的长度、出现裂纹的循环数以及裂纹的形貌。
8.根据权利要求1所述的涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述试样传送***包括用于固定试样的夹具、用于改变试样高度的升降机构和用于在所述装置内移动的滑轨，所述夹具内设有冷却通道，所述滑轨设置在所述加热***、所述冷却***和所述检测***的上方。
9.根据权利要求8所述的涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述试样传送***还包括用于检测试样质量的质量传感器和用于检测所述夹具温度的温度传感器。
10.根据权利要求9所述的涡轮叶片热震试验装置，其特征在于，所述试样上设置有与所述温度传感器的测量端压紧的弹簧片，所述弹簧片通过设置在试样两端的螺栓固定在试样上。
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