[發明專利]渦輪盤/葉片榫接高溫復合疲勞加載方法及其裝置

無效

• 申請號: 200910076356.2
• 申請日: 2009-01-14
• 公開（公告）號: CN101464240A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 王榮橋;胡殿印;侯貴倉;申秀麗
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發明涉及航空發動機部件上一種加載方法及其裝置，特別是涉及一種渦輪盤/葉片榫接高溫復合疲勞加載方法及其裝置，屬于航空航天技術領域。

(二)背景技術

航空發動機渦輪盤和渦輪葉片通常采用樅樹型榫接，榫接結構的可靠性是限制飛機和發動機壽命和安全可靠性的瓶頸。其原因在于渦輪盤榫槽/葉片榫齒是應力集中部位，極易產生裂紋，輕者裂紋超過標準后報廢；重者導致葉片脫榫，造成重大事故。榫接部位的裂紋性質屬于高溫下的低頻大載荷(主要為離心力)疊加高頻小載荷(主要為高周葉片彎曲振動載荷)的復合疲勞。因此采用真實渦輪盤/葉片開展高溫高低周復合疲勞試驗是確保航空發動機渦輪部件安全可靠工作的必要手段。傳統方法對真實渦輪盤/葉片榫接部位施加高溫復合載荷的問題在于：在試驗器上施加低頻離心大載荷時，高頻振動小載荷不容易順利地傳到榫接處且沿各榫齒合理分布應力；同時存在高低周載荷的相互干擾，很難再現實際載荷狀態。

(三)發明內容

1、目的：本發明的目的是提供一種渦輪盤/葉片榫接高溫復合疲勞加載方法及其裝置，它克服了現有技術的不足，較好的解決了真實渦輪榫接部位高溫復合疲勞載荷施加的難點，從而，確保航空發動機渦輪部件高溫高低周復合疲勞試驗得以順利進行，為航空發動機安全可靠工作提供了技術基礎和安全保障。

2、技術方案：

本發明一種渦輪盤/葉片榫接高溫復合疲勞加載裝置，該裝置由低周載荷上加力機構、低周載荷下加力機構、上傳力銷釘、下傳力銷釘、傳力主拉力板、左傳力頂板、右傳力頂板、傳力圓棒、葉片夾具、滾動軸承1、滾動軸承2、壓緊螺栓1、壓緊螺栓2、高周載荷傳遞板、高頻感應加溫圈、激振器組成。低周載荷上加力機構與傳力主拉力板通過上傳力銷釘相連；傳力主拉力板與傳力圓棒通過一對滾動軸承1相連；左、右傳力頂板的下端套裝在傳力圓棒上，上端與葉片夾具的承力凸耳通過一對滾動軸承2連接；每個承力凸耳分成兩半，分別與葉片夾具上、下兩片鑄成一體；葉片夾具的上、下兩片內腔分別按試驗渦輪葉片的葉盆和葉背型面數據進行精確的數控加工，并通過四個壓緊螺栓1與渦輪葉片進行連接；渦輪盤通過下傳力銷釘與低周載荷下加力機構相連，低周載荷下加力機構固定在疲勞試驗機上；高周載荷傳遞板通過六個壓緊螺栓2與葉片夾具相連；激振器位于高周載荷傳遞板的上方一側。

本發明的原理及流程是：低周載荷施力點由上傳力銷釘通過傳力主拉力板后移至榫槽后方，然后通過傳力圓棒和左、右傳力頂板從后方推至葉片夾具上的承力凸耳上。并且，在左、右傳力頂板和承力凸耳上加一對滾動軸承2，這樣在保證低周載荷很好傳遞的同時，使承力凸耳上的滑動摩擦變為滾動摩擦，摩擦系數減少了兩個數量級，激振器產生的振動載荷可以很容易地克服承力凸耳面上的滾動摩擦力。如此可以在基本上不受損失的情況下高頻振動小載荷順利地傳到真實渦輪盤榫槽和葉片的榫齒上。為進一步減少高周激振力的傳遞阻力，在傳力主拉力板和傳力圓棒上套加另一對滾動軸承1，這樣對激振器的功率要求可以大幅度下降。

振動載荷由電磁激振器提供，用變頻器實現不同振動頻率的改變。通過控制激振器間隙的大小來調節激振點的振幅值，以提供準確的高頻振動載荷。高周載荷通過傳遞板施加到葉片夾具上，從而順利地傳到渦輪盤/葉片的榫接處。

由于采用真實葉片進行試驗，葉片夾具的上下兩片內腔分別按試驗渦輪葉片葉盆和葉背型面數據進行精確的數控加工。試驗時，葉片的大離心載荷主要靠四個螺栓壓緊兩片夾板從而夾緊葉片的方式施加，即對榫接的拉力通過這種摩擦夾持的方法加載。這種加載方式可以很好地模擬葉片離心力的受力形式，保持葉片上的低頻離心大載荷保真地向榫接傳遞。

采用高頻感應加熱器控制高溫感應加溫線圈，實現對渦輪盤的局部加溫。

本發明一種渦輪盤/葉片榫接高溫復合疲勞加載方法，通過改變低周載荷的傳遞路線，將低周載荷的施力點后移，這樣在保證高頻振動小載荷順利傳遞到榫接并沿各榫齒合理分布應力的同時，巧妙地解決了高低周載荷的相互干擾問題。高溫復合疲勞載荷是在低周載荷基礎上疊加高周載荷譜，高、低周載荷同時施加，且在試驗開始前先進行加溫并保持40分鐘。該方法具體步驟如下：

(1)高溫的施加：