[發明專利]復雜結構電磁感應加熱線圈的設計方法

有效

• 申請號: 201310567798.3
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103561496A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王榮橋;劉華偉;胡殿印;申秀麗;樊江
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H05B6/40
• 分類號: H05B6/40
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;孟卜娟

技術領域

本發明涉及一種利用電磁感應加熱復雜結構時加熱線圈的設計方法，屬于航空發動機渦輪榫接等大型復雜結構技術領域。

背景技術

航空發動機渦輪榫接等大型復雜結構對加熱線圈要求高的特點，但目前的加熱線圈的制作多為傳統的手工制作，電磁感應加熱時加熱線圈形狀沒有嚴格要求。對于小件試驗，加熱過程溫度梯度不明顯，這樣的線圈基本是可以滿足加溫要求。但對于大件試驗，尤其是航空發動機渦輪榫接等形狀復雜的結構，由于熱傳導的滯后性，加熱過程中溫度梯度明顯，因此對加熱線圈的要求比較高。航空發動機渦輪榫接由于故障多發，因此渦輪榫接的試驗研究及試驗定壽在渦輪研究中舉足輕重。航空發動機渦輪榫接工作在高溫環境中，只有高溫試驗才有工程意義。受到渦輪榫接形狀及大小的限制，在渦輪榫接試驗中多采用電磁感應加熱。因此，加熱線圈的設計嚴重影響渦輪榫接試驗效果。傳統的加熱線圈設計很難保證渦輪榫接均勻加熱。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種復雜結構電磁感應加熱線圈的設計方法，實現了對航空發動機渦輪榫接均勻加熱，保證了發動機渦輪榫接均溫的試驗條件。

本發明技術解決方案：復雜結構電磁感應加熱線圈的設計方法，其特征在于實現步驟如下：

（1）制作針對發動機渦輪榫接結構加熱線圈的工裝，所述加熱線圈工裝即加熱線圈的支撐，通過在工裝上纏繞保證加熱線圈的形狀；所述工裝設計了凸臺作為加熱線圈纏繞的起始位置，同時為保證所纏繞加熱線圈順利在工裝上拆卸，在凸臺上設計有四個斜槽；

（2）利用所述工裝所設計的加熱線圈實現對渦輪榫接均勻加熱，保證了發動機渦輪榫接均溫的試驗條件。

本發明與現有技術相比的優點在于：傳統的加熱線圈的制作方式很難滿足發動機渦輪榫接均勻溫度場的要求，本發明設計了針對發動機渦輪榫接結構加熱線圈的工裝。航空發動機渦輪樅樹形榫接呈一齒最薄，逐齒加厚的形式。經大量試驗對比研究，當加熱線圈邊界線與渦輪榫接中心線平行時，所制作加熱線圈加熱均勻度最優。渦輪榫接軸向截面一般隨著半徑的增大而增大。經大量試驗對比研究，當加熱線圈邊界線與渦輪榫接軸向截面外形平行時，所制作加熱線圈加熱均勻度最優。所以本發明中的工裝設計了凸臺作為加熱線圈纏繞的起始位置，同時為保證所纏繞加熱線圈順利在工裝上拆卸，在凸臺上設計有四個斜槽；利用此工裝所設計的加熱線圈可以實現對渦輪榫接均勻加熱，保證了發動機渦輪榫接均溫的試驗條件，為航空發動機渦輪榫接疲勞試驗等的順利進行奠定了基礎，具有一定的工程意義。

附圖說明

圖1為榫接軸向截面圖；

圖2為榫接子午面；

圖3為榫接加熱線圈軸向效果圖；

圖4為榫接加熱線圈子午面效果圖；

圖5為本發明中加熱線圈工裝正視圖；

圖6為本發明中加熱線圈工裝左視圖；

圖7為本發明中加熱線圈工裝仰視圖。

圖中：1：加熱線圈右邊界線，2：加熱線圈左邊界線，3：渦輪榫接中心線，4：加熱線圈前邊界線，5：加熱線圈后邊界線，6：凸臺，7：前斜槽，8：左斜槽，9：右斜槽，10：后斜槽。

具體實施方式

航空發動機渦輪樅樹形榫接如圖1所示，呈一齒最薄、逐齒加厚的形式。加熱時一齒所需熱量相對于四齒而言較少，加熱線圈呈一齒最遠、四齒最近的形式具有比較好的加熱效果。經大量試驗對比研究，當加熱線圈右邊界線1、加熱線圈左邊界線2均與渦輪榫接中心線3平行時即如圖3所示時，所制作加熱線圈加熱均勻度最優。渦輪榫接軸向截面如圖2所示，一般隨著半徑的增大而增大。經大量試驗對比研究，當加熱線圈前邊界線4和加熱線圈后邊界線5均與渦輪榫接軸向截面外形平行時，如圖4所示，即加熱線圈前后邊界與渦輪榫接距離保持相等時，所制作加熱線圈加熱均勻度最優。根據上述原則確定1、2、4、5四個加熱線圈邊界線，完成工裝整體設計。這樣的工裝形狀保證了加熱線圈與渦輪榫接具有“兩個平行”的特點，即加熱線圈左右邊界線與渦輪榫接中心線平行，前后邊界線與渦輪榫接軸向截面外形平行。經大量實驗對比說明，如此形狀的加熱線圈是有利于渦輪榫接結構均勻受熱的。