一種熱障涂層渦輪葉片動(dòng)靜態(tài)服役環(huán)境一體化的試驗(yàn)平臺(tái)，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層渦輪葉片服役環(huán)境模擬裝置技術(shù)領(lǐng)域。試驗(yàn)平臺(tái)包括動(dòng)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(1)、底板(2)、旋轉(zhuǎn)軸(3)，動(dòng)態(tài)試樣夾具、圓盤狀靜態(tài)試樣夾具等；旋轉(zhuǎn)軸(3)一端固定在底板(2)上的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(1)上，另一端穿過底板上帶孔的旋轉(zhuǎn)軸支撐端(5)；動(dòng)、靜態(tài)試樣夾具分別安裝在旋轉(zhuǎn)軸(3)和支撐板(16)上。本發(fā)明專利技術(shù)的靜態(tài)試樣夾具設(shè)置了多種形狀試樣的連接口，動(dòng)態(tài)模塊能模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片強(qiáng)離心力的作用，而且動(dòng)態(tài)和靜態(tài)模塊可以在一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)了熱障涂層渦輪葉片動(dòng)靜態(tài)環(huán)境一體化的模擬，為正確理解熱障涂層失效機(jī)理提供重要的試驗(yàn)平臺(tái)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種熱障涂層渦輪葉片動(dòng)靜態(tài)服役環(huán)境一體化的試驗(yàn)平臺(tái)，尤其涉及的是一種用于模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層作為導(dǎo)向葉片靜止即靜態(tài)、工作葉片即高速旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的試驗(yàn)平臺(tái)，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層服役環(huán)境模擬裝置
技術(shù)介紹
航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的動(dòng)力裝置，被譽(yù)為飛機(jī)的“心臟”。近年來，隨著航空事業(yè)的發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求不斷提高，航空發(fā)動(dòng)機(jī)不斷向高涵道比、高推重比、高渦輪進(jìn)口溫度方向發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件的工作溫度越來越高，發(fā)展到第四代戰(zhàn)斗機(jī)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)口溫度已經(jīng)達(dá)到了 1700 ° C左右，而目前最先進(jìn)的鎳基高溫合金的極限服役溫度小于1150 ° C。僅僅依靠冷卻技術(shù)和高溫合金技術(shù)已經(jīng)無法滿足燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)迅速發(fā)展的技術(shù)要求，由此人們提出了熱障涂層的概念，即將耐高溫、高隔熱的陶瓷材料涂覆在基體合金表面，以降低合金表面工作溫度從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。經(jīng)歷了幾十年的高速發(fā)展，先進(jìn)的熱障涂層材料可以有效提高渦輪葉片使用溫度20(T300 ° C左右。熱障涂層的應(yīng)用在提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的同時(shí)，不僅能提高部件的抗腐蝕能力，而且可以減少燃油消耗，延長熱端部件的使用壽命。因此，熱障涂層技術(shù)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件熱防護(hù)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。然而，在實(shí)際服役中，航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)渦輪導(dǎo)向葉片、燃燒室內(nèi)壁、噴嘴等靜態(tài)高溫部件長期處于高溫、高燃?xì)鉀_蝕、腐蝕、高次熱疲勞的惡劣服役環(huán)境，此外渦輪動(dòng)葉片則需要承受很大的離心力。這些復(fù)雜的服役環(huán)境使得熱障涂層發(fā)生開裂、脫落、界面分離等失效，并最終導(dǎo)致涂層的脫落，從而對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行造成致命威脅。因此，發(fā)展熱障涂層服役環(huán)境的試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)，研究其失效的規(guī)律和機(jī)理，是熱障涂層優(yōu)化設(shè)計(jì)與安全應(yīng)用的重要手段。熱障涂層材料主要應(yīng)用在靜止的導(dǎo)向葉片以及高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片上，離心力的作用對(duì)熱障涂層的失效性能有重要的影響。因此，要正確的理解熱障涂層的破壞機(jī)理，必須對(duì)熱障涂層導(dǎo)向葉片的靜止?fàn)顟B(tài)、工作葉片高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)同時(shí)進(jìn)行模擬。目前國內(nèi)外航天工作者主要通過高溫風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、單管燃燒器、熱沖擊試驗(yàn)、紅外加熱結(jié)合材料力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)整機(jī)實(shí)驗(yàn)等。如成來飛等人公開了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料熱端環(huán)境實(shí)驗(yàn)?zāi)M方法與裝置(專利公開號(hào):CN1546974A)，裝置將常壓亞音速風(fēng)洞和材料性能試驗(yàn)機(jī)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)平板熱障涂層試樣的熱震實(shí)驗(yàn)。宮聲凱等人公開了一種熱障涂層服役環(huán)境模擬裝置及模擬環(huán)境控制方法(專利公開號(hào):CN1699994)，利用紅外加熱和材料性能試驗(yàn)機(jī)相結(jié)合對(duì)空心圓柱形熱障涂層試樣進(jìn)行熱-力耦合實(shí)驗(yàn)。盡管這些方法能夠模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫以及機(jī)械載荷的服役環(huán)境，但這些設(shè)備大多都只針對(duì)某一特定形狀(如平板狀、圓盤狀和圓筒狀等)的試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，不能在同一裝置上對(duì)這幾種試樣都進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)以分析幾何形狀對(duì)熱障涂層失效的影響。同時(shí)，目前還沒有一臺(tái)裝置能夠模擬實(shí)際動(dòng)態(tài)葉片高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生強(qiáng)離心力的服役環(huán)境。因此，設(shè)計(jì)既能實(shí)現(xiàn)熱障涂層應(yīng)用的靜態(tài)部件各種復(fù)雜形狀的模擬、又能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)葉片高速旋轉(zhuǎn)服役環(huán)境的模擬是熱障涂層服役環(huán)境試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)發(fā)展的必然需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有熱障涂層試驗(yàn)?zāi)M裝置中試樣形狀單一、試樣角度固定、缺少離心力作用等棘手難題，本專利技術(shù)提供了一種熱障涂層渦輪葉片動(dòng)靜態(tài)服役環(huán)境一體化的試驗(yàn)平臺(tái)，為正確理解熱障涂層的失效機(jī)理提供幫助。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為:測試平臺(tái)包括動(dòng)態(tài)模塊和靜態(tài)模塊。其中動(dòng)態(tài)模塊包括旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、底板、旋轉(zhuǎn)軸、動(dòng)態(tài)試樣夾具、帶孔的旋轉(zhuǎn)軸支撐端、石英密封室、導(dǎo)軌、傳動(dòng)電機(jī)、動(dòng)態(tài)模塊冷卻氣體入口、支座。渦輪葉片強(qiáng)離心力的動(dòng)態(tài)服役環(huán)境模擬通過高速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)固定在空心旋轉(zhuǎn)軸的試樣高速旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。靜態(tài)模塊包括靜態(tài)試樣夾具固定孔、圓盤狀靜態(tài)試樣夾具、石英密封室、支撐板。圓盤狀靜態(tài)試樣夾具由中心軸、旋轉(zhuǎn)圓盤和刻有角度的刻度盤組成，旋轉(zhuǎn)圓盤上有四個(gè)不同形狀的試樣接口，可安裝條狀，盤狀，圓柱和真實(shí)渦輪葉片形狀四種不同形狀的試樣，中心軸前端為空心結(jié)構(gòu)，冷卻氣體可經(jīng)空心軸再由管道可進(jìn)入試樣接口對(duì)試樣進(jìn)行冷卻，旋轉(zhuǎn)圓盤上有角度指示線并可繞中心軸旋轉(zhuǎn)，由指示線所指刻度盤的角度即可知試樣與水平線或豎直線之間的夾角，實(shí)現(xiàn)試樣與水平方向角度的調(diào)節(jié)。動(dòng)、靜態(tài)模塊之間可進(jìn)行更換，完成熱障涂層分別應(yīng)用在燃燒室、導(dǎo)向葉片等靜態(tài)服役以及渦輪葉片等動(dòng)態(tài)服役的模擬。耐高溫、耐腐蝕、可以自由拆卸的石英室，將噴槍噴嘴前端、試樣夾具及試樣封閉，可以防止實(shí)驗(yàn)中顆粒的濺射、腐蝕氣體對(duì)試驗(yàn)裝置以及操作人員的傷害。所述高速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)可由變頻器直接控制，也可以通過上位機(jī)軟件操作控制變頻器調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)參數(shù)。最高旋轉(zhuǎn)速度可達(dá)15000 r/min。所述石英密封室可固定在支座上也可以安裝在支撐板上，左右兩邊各留有一孔，用以連接試樣加載裝置如高溫燃?xì)鈬姌尅４藭r(shí)，由高溫燃?xì)鈬姌屗虞d的高溫燃?xì)獾容d荷可以進(jìn)入石英密封室沖擊到試樣上。密封室上端有廢氣出口和各種檢測設(shè)備連接孔。所述旋轉(zhuǎn)軸一端連接在固定在底板的電動(dòng)機(jī)上，另一端穿過支座與帶孔的旋轉(zhuǎn)軸支撐端連接，以保證旋轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生偏移。旋轉(zhuǎn)軸為空心結(jié)構(gòu)，冷卻氣體可通入其中進(jìn)入動(dòng)態(tài)試樣架，再進(jìn)入試樣冷卻通道。底板安裝在導(dǎo)軌上，可由電機(jī)控制前后移動(dòng)。所述靜態(tài)圓盤狀試樣夾具由中心軸、可圍繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)圓盤和固定在中心軸上并標(biāo)有角刻度的刻度盤組成，夾具可通過靜態(tài)圓盤狀試樣夾具固定孔自由的裝卸在試驗(yàn)臺(tái)上，夾具上設(shè)置有四個(gè)不同形狀試樣的試樣接口，可安裝條狀，盤狀，圓柱狀和真實(shí)渦輪葉片形狀的試樣。旋轉(zhuǎn)圓盤可繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由旋轉(zhuǎn)圓盤指示線所指刻度盤的角度值即可知試樣與水平或豎直方向的夾角。本專利技術(shù)能夠模擬高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片強(qiáng)離心力的作用，同時(shí)可以模擬燃燒室、導(dǎo)向葉片靜止的靜態(tài)服役環(huán)境，通過與試樣加載裝置的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)渦輪葉片熱障涂層在極端服役條件下的動(dòng)、靜態(tài)環(huán)境一體化模擬。本專利技術(shù)解決了現(xiàn)有熱障涂層試驗(yàn)?zāi)M裝置中試樣形狀單一、試樣角度固定、缺少離心力作用等棘手難題，提供了熱障涂層渦輪葉片動(dòng)靜態(tài)服役環(huán)境一體化的試驗(yàn)平臺(tái)，為正確理解熱障涂層的失效機(jī)理提供重要的試驗(yàn)平臺(tái)。附圖說明圖1是本專利技術(shù)整體示意圖；圖2是本專利技術(shù)動(dòng)態(tài)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本專利技術(shù)圓盤狀靜態(tài)試樣夾具結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本專利技術(shù)石英密封室結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào):1 一聞速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)；2—底板；3—旋轉(zhuǎn)軸；4一動(dòng)態(tài)試樣夾具；5—帶孔的旋轉(zhuǎn)軸支撐端；6—石英密封室；7—導(dǎo)軌；8—傳動(dòng)電機(jī)；9一靜態(tài)夾具固定孔；10—旋轉(zhuǎn)圓盤；11—靜態(tài)試樣；12—噴槍導(dǎo)軌；13—噴槍；14一動(dòng)態(tài)模塊冷卻氣體入口 ；15—支座、16一支撐板、17—中心軸、18—旋轉(zhuǎn)圓盤、21—指不線；22—靜態(tài)試樣接口 ；23—刻度盤；31—石英室廢氣出口 ；32—檢測設(shè)備連接端；33—與試樣加載裝置如噴槍的連接孔；34—旋轉(zhuǎn)軸孔。具體實(shí)施例方式下面通過附圖說明和具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步說明。專利技術(shù)通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)試樣高速旋轉(zhuǎn)模擬渦輪葉片的強(qiáng)離心力。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)M要求調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速；并在試樣內(nèi)部通冷卻氣體,模擬動(dòng)葉片熱梯度環(huán)境,試樣外部通過試樣加載裝置——噴槍添加沖蝕顆粒和腐蝕氣體模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)葉片的沖擊和化學(xué)腐蝕氛圍；同時(shí)動(dòng)、靜態(tài)模塊之間可進(jìn)行更換。如要進(jìn)行靜態(tài)模擬，移開動(dòng)態(tài)模本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種熱障涂層渦輪葉片動(dòng)靜態(tài)服役環(huán)境一體化的試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，該試驗(yàn)平臺(tái)包括動(dòng)態(tài)模塊和靜態(tài)模塊兩部分：動(dòng)態(tài)模塊：包括旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(1)、底板(2)、旋轉(zhuǎn)軸(3)、動(dòng)態(tài)試樣夾具(4)、帶孔的旋轉(zhuǎn)軸支撐端(5)、石英密封室(6)、導(dǎo)軌(7)、傳動(dòng)電機(jī)(8)、動(dòng)態(tài)模塊冷卻氣體入口(14)、支座(15)；靜態(tài)模塊：包括靜態(tài)試樣夾具固定孔(9)、圓盤狀靜態(tài)試樣夾具(10)、石英密封室(6)、支撐板(16)；動(dòng)態(tài)模塊的結(jié)構(gòu)：整個(gè)模塊通過底板(2)安裝在導(dǎo)軌(7)上，在傳動(dòng)電機(jī)(8)的推動(dòng)下可沿著導(dǎo)軌前后移動(dòng)；底板上固定有高速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(1)，支座(15)，帶孔的旋轉(zhuǎn)軸支撐端(5)，旋轉(zhuǎn)軸穿過支座(15)中所預(yù)留的孔分別連接在高速電機(jī)和支撐端(5)上，在支座(15)內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸的中間安裝有動(dòng)態(tài)試樣夾具(4)，石英密封室(6)可固定在支座上也可自由拆卸，石英密封室上端開有廢氣出口(31)和檢測設(shè)備連接孔(32)；試驗(yàn)臺(tái)可以通過傳動(dòng)電機(jī)(8)和導(dǎo)軌(7)以及支撐座(15)的移動(dòng)來調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)試樣夾具的位置，保證與試樣加載裝置如高溫燃?xì)鈬姌?13)呈現(xiàn)所需要的角度、高度和距離；利用傳動(dòng)電機(jī)(8)將動(dòng)態(tài)模塊向后移動(dòng)之后，可以安裝或拆卸靜態(tài)模塊；所述靜態(tài)模塊的結(jié)構(gòu)為：在試驗(yàn)臺(tái)上安裝上可拆卸并可以沿各個(gè)方向移動(dòng)的支撐板(16)，然后將可自由拆卸的圓盤狀靜態(tài)試樣夾具(10)安裝在靜態(tài)試樣夾具固定孔(9)，石英密封室(6)固定在支撐板(16)上也可自由拆卸；此時(shí)，通過調(diào)節(jié)支撐板的位置可以調(diào)節(jié)靜態(tài)試樣圓盤夾具(10)的位置。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種熱障涂層渦輪葉片動(dòng)靜態(tài)服役環(huán)境一體化的試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，該試驗(yàn)平臺(tái)包括動(dòng)態(tài)模塊和靜態(tài)模塊兩部分: 動(dòng)態(tài)模塊:包括旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(1)、底板(2)、旋轉(zhuǎn)軸(3)、動(dòng)態(tài)試樣夾具(4)、帶孔的旋轉(zhuǎn)軸支撐端(5)、石英密封室(6)、導(dǎo)軌(7)、傳動(dòng)電機(jī)(8)、動(dòng)態(tài)模塊冷卻氣體入口(14)、支座(15)； 靜態(tài)模塊:包括靜態(tài)試樣夾具固定孔(9)、圓盤狀靜態(tài)試樣夾具(10)、石英密封室(6)、支撐板(16)； 動(dòng)態(tài)模塊的結(jié)構(gòu):整個(gè)模塊通過底板(2)安裝在導(dǎo)軌(7)上，在傳動(dòng)電機(jī)(8)的推動(dòng)下可沿著導(dǎo)軌前后移動(dòng)；底板上固定有高速旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(1)，支座(15)，帶孔的旋轉(zhuǎn)軸支撐端(5)，旋轉(zhuǎn)軸穿過支座(15)中所預(yù)留的孔分別連接在高速電機(jī)和支撐端(5)上，在支座(15)內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸的中間安裝有動(dòng)態(tài)試樣夾具(4)，石英密封室(6)可固定在支座上也可自由拆卸，石英密封室上端開有廢氣出口(31)和檢測設(shè)備連接孔(32);試驗(yàn)臺(tái)可以通過傳動(dòng)電機(jī)(8)和導(dǎo)軌(7)以及支撐座(15)的移動(dòng)來調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)試樣夾具的位置，保證與試樣加載裝置如高溫燃?xì)鈬姌?13)呈現(xiàn)所需要的角度、高度和距離； 利用傳動(dòng)電機(jī)(8)將動(dòng)態(tài)模塊向后移動(dòng)之后，可以安裝或拆卸靜態(tài)模塊；所述靜態(tài)模塊的結(jié)構(gòu)為:在試驗(yàn)臺(tái)上安裝上可拆卸并可以沿各個(gè)方向移動(dòng)的支撐板(16)，然后將可自由拆卸的圓盤狀靜態(tài)試樣夾具(10)安裝在靜態(tài)試樣夾具固定孔(9)，石英密封室￠)固定在支撐板(16)上也可自由拆卸；此時(shí)，通過調(diào)節(jié)支撐板的位置可以調(diào)節(jié)靜態(tài)試樣圓盤夾具(10)的位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的。一種熱障涂層渦輪葉片動(dòng)靜態(tài)服役環(huán)境一體化的試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)軸(3)為一空心軸，一端連接在固定在...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊麗，周長春，周益春，蔡燦英，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湘潭大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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