[實(shí)用新型]渦輪盤/葉片榫接高溫復(fù)合疲勞加載裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920105201.2
• 申請(qǐng)日: 2009-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN201382883Y
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王榮橋;胡殿印;侯貴倉;申秀麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/38
• 分類號(hào): G01N3/38
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王順榮

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件上的一種加載裝置，特別是涉及一種渦輪盤/葉片榫接高溫復(fù)合疲勞加載裝置，屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域。

(二)背景技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤和渦輪葉片通常采用樅樹型榫接，榫接結(jié)構(gòu)的可靠性是限制飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)力集中部位，極易產(chǎn)生裂紋，輕者裂紋超過標(biāo)準(zhǔn)后報(bào)廢；重者導(dǎo)致葉片脫榫，造成重大事故。榫接部位的裂紋性質(zhì)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(dòng)載荷)的復(fù)合疲勞。因此采用真實(shí)渦輪盤/葉片開展高溫高低周復(fù)合疲勞試驗(yàn)是確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件安全可靠工作的必要手段。傳統(tǒng)方法對(duì)真實(shí)渦輪盤/葉片榫接部位施加高溫復(fù)合載荷的問題在于：在試驗(yàn)器上施加低頻離心大載荷時(shí)，高頻振動(dòng)小載荷不容易順利地傳到榫接處且沿各榫齒合理分布應(yīng)力；同時(shí)存在高低周載荷的相互干擾，很難再現(xiàn)實(shí)際載荷狀態(tài)。

(三)發(fā)明內(nèi)容

1、目的：本實(shí)用新型的目的是提供一種渦輪盤/葉片榫接高溫復(fù)合疲勞加載裝置，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，較好的解決了真實(shí)渦輪榫接部位高溫復(fù)合疲勞載荷施加的難點(diǎn)，從而，確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件高溫高低周復(fù)合疲勞試驗(yàn)得以順利進(jìn)行，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠工作提供了技術(shù)基礎(chǔ)和安全保障。

2、技術(shù)方案：

本實(shí)用新型一種渦輪盤/葉片榫接高溫復(fù)合疲勞加載裝置，該裝置由低周載荷上加力機(jī)構(gòu)、低周載荷下加力機(jī)構(gòu)、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(dòng)軸承1、滾動(dòng)軸承2、壓緊螺栓1、壓緊螺栓2、高周載荷傳遞板、高頻感應(yīng)加溫圈、激振器組成。低周載荷上加力機(jī)構(gòu)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(duì)滾動(dòng)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(duì)滾動(dòng)軸承2連接；每個(gè)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(nèi)腔分別按試驗(yàn)渦輪葉片的葉盆和葉背型面數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的數(shù)控加工，并通過四個(gè)壓緊螺栓1與渦輪葉片進(jìn)行連接；渦輪盤通過下傳力銷釘與低周載荷下加力機(jī)構(gòu)相連，低周載荷下加力機(jī)構(gòu)固定在疲勞試驗(yàn)機(jī)上；高周載荷傳遞板通過六個(gè)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(cè)。

本實(shí)用新型的原理及流程是：低周載荷施力點(diǎn)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(duì)滾動(dòng)軸承2，這樣在保證低周載荷很好傳遞的同時(shí)，使承力凸耳上的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)減少了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，激振器產(chǎn)生的振動(dòng)載荷可以很容易地克服承力凸耳面上的滾動(dòng)摩擦力。如此可以在基本上不受損失的情況下高頻振動(dòng)小載荷順利地傳到真實(shí)渦輪盤榫槽和葉片的榫齒上。為進(jìn)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(duì)滾動(dòng)軸承1，這樣對(duì)激振器的功率要求可以大幅度下降。

振動(dòng)載荷由電磁激振器提供，用變頻器實(shí)現(xiàn)不同振動(dòng)頻率的改變。通過控制激振器間隙的大小來調(diào)節(jié)激振點(diǎn)的振幅值，以提供準(zhǔn)確的高頻振動(dòng)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(shí)葉片進(jìn)行試驗(yàn)，葉片夾具的上下兩片內(nèi)腔分別按試驗(yàn)渦輪葉片葉盆和葉背型面數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的數(shù)控加工。試驗(yàn)時(shí)，葉片的大離心載荷主要靠四個(gè)螺栓壓緊兩片夾板從而夾緊葉片的方式施加，即對(duì)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(yīng)加熱器控制高溫感應(yīng)加溫線圈，實(shí)現(xiàn)對(duì)渦輪盤的局部加溫。

一種渦輪盤/葉片榫接高溫復(fù)合疲勞加載裝置的加載方法，通過改變低周載荷的傳遞路線，將低周載荷的施力點(diǎn)后移，這樣在保證高頻振動(dòng)小載荷順利傳遞到榫接并沿各榫齒合理分布應(yīng)力的同時(shí)，巧妙地解決了高低周載荷的相互干擾問題。高溫復(fù)合疲勞載荷是在低周載荷基礎(chǔ)上疊加高周載荷譜，高、低周載荷同時(shí)施加，且在試驗(yàn)開始前先進(jìn)行加溫并保持40分鐘。

該方法具體步驟如下：

(1)高溫的施加：