[發(fā)明專利]一種用于高頻疲勞試驗(yàn)中預(yù)防試樣過熱的冷卻系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710941386.X
• 申請(qǐng)日: 2017-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN107576559A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊憲峰;許巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類號(hào): G01N1/42
• 分類號(hào): G01N1/42;G01N3/02
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 李建英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于力學(xué)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于高頻疲勞試驗(yàn)中預(yù)防試樣過熱的冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

疲勞失效是工程材料中常見的破壞形式。針對(duì)工程材料開展疲勞性能測(cè)試，對(duì)于工程結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和壽命預(yù)測(cè)具有非常重要的意義。試樣過熱是高頻疲勞試驗(yàn)過程中常見的不利因素，因此，冷卻系統(tǒng)成為高頻疲勞試驗(yàn)過程中保持試樣試驗(yàn)溫度不可或缺的輔助系統(tǒng)。以往，在高頻疲勞測(cè)試時(shí)，當(dāng)加載頻率達(dá)到135Hz以上，試樣會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，而采用高頻感應(yīng)加熱時(shí)，試樣溫度波動(dòng)較大，難以控制，這些因素都會(huì)大大影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。近年來，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)材料的抗疲勞能力得到極大提升，部分工業(yè)裝備(飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、高鐵等)對(duì)關(guān)鍵部位的抗疲勞性能也提出了更高的要求，要求部分關(guān)鍵部位的疲勞壽命達(dá)到10⁸，甚至是10¹⁰。超高頻試驗(yàn)已得到廣泛開展，試樣過熱成為制約超高頻試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要原因之一。因此，亟需用于疲勞試驗(yàn)中預(yù)防試樣過熱的冷卻系統(tǒng)，用以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

傳統(tǒng)的用于疲勞試驗(yàn)中預(yù)防試樣過熱的冷卻裝置包括：風(fēng)冷、水冷和空氣壓縮機(jī)、液氮環(huán)境箱等。由于上述冷卻裝置的冷卻方式不能隨著超高頻、超高溫試驗(yàn)疲勞試驗(yàn)中試樣溫度的變化而變化，因此，傳統(tǒng)冷卻方式已不能完全滿足使用需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種簡(jiǎn)單實(shí)用、成本較低的用于疲勞試驗(yàn)中預(yù)防試樣過熱的冷卻系統(tǒng)?？梢灶A(yù)防材料在室溫條件下超高頻疲勞試驗(yàn)時(shí)發(fā)熱，在高頻感應(yīng)加熱條件下的高溫疲勞測(cè)試時(shí)，使試驗(yàn)溫度達(dá)到熱平衡。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，冷卻系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、壓縮空氣儲(chǔ)氣罐、油水分離器、熱交換器、扇型出風(fēng)口組成，其特征是，熱交換器由液氮和紫銅盤管構(gòu)成液氮熱交換器，液氮熱交換器安裝在金屬罐中，金屬罐與熱交換器之間填充隔熱保溫材料，紅外溫度測(cè)量?jī)x和電磁流量調(diào)節(jié)球閥組成壓縮空氣流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，紅外溫度測(cè)量?jī)x和電磁流量調(diào)節(jié)球閥電連接，電磁流量調(diào)節(jié)球閥的一端安裝在液氮熱交換器的出風(fēng)口上，另一端與管路分配器連接，液氮熱交換器出風(fēng)口的出風(fēng)通過管路分配器分別作用在被測(cè)試樣的工作段周圍，紅外溫度測(cè)量?jī)x的測(cè)量點(diǎn)作用在工作段的中部。

所述的出風(fēng)口溫度控制在±20℃范圍內(nèi)。

所述的空氣壓縮機(jī)采用閥片式或螺桿式，用以生成壓縮空氣。

所述的紅外溫度測(cè)量?jī)x為智能數(shù)字測(cè)溫表，用以測(cè)量試樣表面溫度，以達(dá)到為試樣降溫和高頻感應(yīng)加熱時(shí)的熱平衡。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)及有益效果，

本發(fā)明提出一種將液氮和常規(guī)風(fēng)冷集成，用于疲勞試驗(yàn)中預(yù)防試樣過熱的冷卻系統(tǒng)?？梢灶A(yù)防材料在室溫條件下超高頻疲勞試驗(yàn)時(shí)發(fā)熱；在高頻感應(yīng)加熱條件下的高溫疲勞測(cè)試時(shí)，使試驗(yàn)溫度達(dá)到熱平衡。本發(fā)明提出的冷卻系統(tǒng)保證了超高頻、高頻感應(yīng)加熱條件下的高溫疲勞性能測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在疲勞性能測(cè)試領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明通過用液氮熱交換器，將壓縮空氣冷卻后直接作用于試樣，而且出風(fēng)口溫度可調(diào)整，適用的材料廣泛。還可在高頻感應(yīng)加熱時(shí)，對(duì)保證試驗(yàn)設(shè)定溫度的熱平衡起到很好的效果。本發(fā)明提出的預(yù)防試樣過熱的冷卻系統(tǒng)，液氮損耗小，冷卻效率高。該系統(tǒng)能夠省時(shí)高效地完成材料的超高頻、高頻感應(yīng)加熱的疲勞試驗(yàn)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，成本較低。

附圖說明

下面是該發(fā)明的附圖說明：

圖1是本發(fā)明所述的一種用于疲勞試驗(yàn)中預(yù)防試樣過熱的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中各部分：1、試樣(含感應(yīng)加熱試樣)；2、扇型出風(fēng)口；3、紅外溫度測(cè)量?jī)x；4、管路分配器；5、電磁流量調(diào)節(jié)球閥；6、液氮熱交換器；7、油水分離器；8、壓縮空氣儲(chǔ)氣罐；9、空氣壓縮機(jī)。

圖2是試樣示意圖。

圖3是感應(yīng)加熱試樣示意圖。

圖4是扇形出風(fēng)口意圖。

圖5是多通道管路分配模塊示意圖。

圖6是電磁流量調(diào)節(jié)球閥示意圖。

圖7是液氮熱交換器示意圖。

圖8是油水分離器示意圖。

圖9是壓縮空氣儲(chǔ)氣罐示意圖。

圖10是空氣壓縮機(jī)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。