[發明專利]一種渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統

有效

• 申請號: 201810061760.1
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108458860B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 艾延廷;關鵬;田晶;王志;張鳳玲;彭大為
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M15/02;G01M15/14
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

一種渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統，由電機通過驅動可安裝渦輪葉片的輪盤構成轉速加載裝置；由與高頻感應加熱爐相接、套在渦輪葉片中部的圓形感應加熱線圈對葉片進行加熱，利用滑環引電器和穿過雙通道銅管的絕緣銅導線將感應加熱線圈和高頻感應加熱爐連接形成電流回路；利用輪盤高速旋轉生成的離心力為冷卻水循環提供動力解決了既將熱源加載到渦輪葉片上、又使高速運轉的感應加熱線圈得到及時冷卻的技術難題；從而可更加真實地模擬渦輪葉片在工作環境下的離心力載荷和截面工作溫度場，使航空發動機渦輪葉片熱機械疲勞試驗結果比現有技術更準確可靠。

技術領域

本發明涉及航空發動機，特別是一種用于航空發動機渦輪葉片熱機械疲勞試驗的試驗系統。

背景技術

航空發動機渦輪葉片熱機械疲勞(TMF)故障是航空發動機服役期間最主要的失效類型，嚴重影響航空發動機運行的安全可靠性。通過對航空發動渦輪葉片進行熱機械疲勞試驗測試其抗熱機械疲勞性能及其使用壽命，根據測試結果對葉片進行改進是航空發動機渦輪葉片設計的一項重要工作。

現有高溫合金渦輪葉片熱機械疲勞試驗的方法，大多采用對葉片進行燃氣熱沖擊或高頻電加熱，同時用疲勞試驗機夾持葉片模擬葉片所受離心力載荷進行熱機械疲勞試驗。而渦輪葉片在實際工作中所受離心力載荷在各個截面上是不相等的，難以通過單純拉伸進行模擬；此外，發動機運行中由于轉子不定心不對中等原因，經常會伴隨振動載荷，采用疲勞試驗機難以模擬葉片承受的這種振動載荷；

201110460131號中國發明專利申請披露了一種空心氣冷渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統。該試驗系統采取葉片在靜止條件下通過高溫夾具夾持葉片，由疲勞試驗機提供拉力載荷，由高頻感應加熱爐提供溫度載荷進行葉片熱機械疲勞試驗。該試驗系統存在的問題是，采用拉力機模擬對葉片加載離心力，容易使離心力加載到的葉片的葉尖處，與葉片旋轉時實際承受的離心力主要作用在葉根處不相符，影響試驗結果的準確性。

201710036918號中國發明專利申請披露了一種旋轉的氣膜冷卻式葉片試驗系統，該試驗系統由于其旋轉半徑較小，且沒有引入水冷卻系統，與發動機真實工作狀態存在較大差別，同樣影響試驗結果的準確性。

發明內容

針對現有技術存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種能夠真實模擬渦輪葉片實際運行過程中所受離心載荷和溫度載荷的渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統，以提高渦輪葉片熱機械疲勞試驗的準確可靠性。

為達到上述目的，本發明提供的渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統，包括轉速加載裝置、溫度加載裝置、水冷卻系統和數據采集與控制系統；

所述轉速加載裝置包括通過電機支撐座安裝在工作臺的電機、通過聯軸器與電機輸出軸相接的主軸和固定安裝在主軸中部的輪盤；主軸位于輪盤前面的部分為空心軸；輪盤上設有待測渦輪葉片和配重金屬塊固定安裝機構；空心軸的根部有下端伸入空心軸的軸腔中、上端從所述輪盤中穿出的雙通道銅管，雙通道銅管的兩個管腔的內壁上分別有絕緣涂層；

所述溫度加載裝置包括高頻感應加熱爐和為待測渦輪葉片提供熱載荷的感應加熱線圈；感應加熱線圈為兩端開口、中部開有圓孔的圓形銅管，銅管的內壁上有絕緣涂層；感應加熱線圈通過固定安裝在所述輪盤外壁上的塑料三通和塑料四通套在渦輪葉片的中部，并與渦輪葉片所在平面垂直，對葉片進行加熱；感應加熱線圈的兩端通過塑料三通與穿過所述雙通道銅管管腔的兩根外壁有絕緣涂層的銅導線的上端相接，兩根銅導線的下端分別從所述雙通道銅管的兩個管腔中伸入空心軸的軸腔中，并與通過空心軸開設的孔道套接在空心軸上的滑環引電器相接，滑環引電器與高頻感應加熱爐的電磁感應線圈相接，構成電流回路；感應加熱線圈中部的圓孔通過塑料四通與末端懸空的塑料管相接；