[發(fā)明專利]一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910299340.1
• 申請(qǐng)日: 2019-04-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110161175A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 弭光寶;陳航;黃旭;李培杰;曹春曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院
• 主分類號(hào): G01N31/12
• 分類號(hào): G01N31/12
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 仉宇

1.一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置，該鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置包括燃燒室(1)、激光器(2)、供氣組件、排氣組件、攝像機(jī)(12)、溫度傳感器(13)、壓力傳感器(14)、熱電偶(15)、試樣加熱裝置(16)、試樣夾具(17)和計(jì)算機(jī)控制單元(26)；試樣加熱裝置用于加熱試樣；

燃燒室(1)為封閉腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有放置試樣的試樣夾具(17)；所述封閉腔體上部設(shè)置有激光入射窗和觀察窗，激光入射窗和觀察窗均位于試樣夾具的上方；計(jì)算機(jī)控制單元(26)對(duì)溫度傳感器(13)、壓力傳感器(14)和熱電偶(15)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)激光器(2)、供氣組件、排氣組件和試樣加熱裝置(16)進(jìn)行控制；

所述封閉腔體分別與供氣組件和排氣組件連通，供氣組件用于向燃燒室提供助燃?xì)怏w(尤其是氧氣和/或空氣或兩者混合氣)，排氣組件用于燃燒室排氣；燃燒室設(shè)置有所述壓力傳感器(14)和溫度傳感器(13)，用于檢測(cè)封閉腔體內(nèi)的氣體壓力和溫度；燃燒室設(shè)置有所述熱電偶(15)，用于檢測(cè)試樣的溫度；觀察窗上方設(shè)置有攝像機(jī)，用于拍攝試樣；激光入射窗用于射入激光。

2.如權(quán)利要求1所述的一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置，其特征在于：試樣夾具(17)固定在燃燒室(1)封閉腔體內(nèi)，用于固定安裝試樣(18)；供氣管(3)和排氣管(4)分別連通于燃燒室(1)的兩側(cè)。

3.如權(quán)利要求2所述的一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置，其特征在于：供氣組件包括供氣管(3)、氣瓶組(5)、質(zhì)量流量控制器(6)、單向閥(7)、氣體加熱器(8)和進(jìn)氣閥(9)；氣瓶組(5)、質(zhì)量流量控制器(6)、單向閥(7)、氣體加熱器(8)和進(jìn)氣閥(9)依次串聯(lián)，進(jìn)氣閥(9)通過(guò)供氣管(3)連通到燃燒室。

4.如權(quán)利要求3所述的一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置，其特征在于：排氣組件包括排氣管(4)、壓力控制閥(10)和排氣閥(11)；壓力控制閥(10)和排氣閥(11)并聯(lián)并通過(guò)排氣管(4)連通燃燒室。

5.如權(quán)利要求4所述的一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置，其特征在于：試樣加熱裝置(16)包括正負(fù)電極、導(dǎo)線和直流脈沖電源，直流脈沖電源的正極、負(fù)極通過(guò)導(dǎo)線穿過(guò)燃燒室殼體連接到電極，正負(fù)電極位于封閉腔體內(nèi)，正負(fù)電極分別連接在試樣兩端。

6.如權(quán)利要求5所述的一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置，其特征在于：壓力傳感器(14)和熱電偶(15)安裝在燃燒室(1)殼體上，探測(cè)端伸入燃燒室(1)腔體內(nèi)，測(cè)量燃燒室的氣體壓力和溫度；溫度傳感器(13)通過(guò)螺紋連接到燃燒室(1)殼體上，位于試樣(18)的正上方，探測(cè)端正對(duì)試樣(18)，測(cè)量試樣(18)的溫度。

7.如權(quán)利要求6所述的一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置，其特征在于：計(jì)算機(jī)控制單元(26)對(duì)溫度傳感器(13)、壓力傳感器(14)和熱電偶(15)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)激光器(2)、質(zhì)量流量控制器(6)、氣體加熱器(8)、壓力控制閥(10)和試樣加熱裝置(16)進(jìn)行控制。

8.如權(quán)利要求7所述的一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置，其特征在于：激光器(2)為光纖激光器；更優(yōu)選地，熱電偶(15)可以替換為紅外溫度傳感器。

9.如權(quán)利要求8所述的一種鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述試樣夾具(17)包括絕緣桿(22)、鎖緊螺釘(23)、試樣固定螺釘(24)和法蘭(25)；銅電極(21)的一端具有一圓孔，套在絕緣桿(22)上，可繞著絕緣桿(22)轉(zhuǎn)動(dòng)，并能夠由鎖緊螺釘(23)鎖緊固定在絕緣桿(22)上，銅電極(21)的另一端具有一矩形槽，能夠安裝試樣(18)，并通過(guò)試樣固定螺釘(24)對(duì)試樣(18)進(jìn)行固定，使試樣(18)貼緊在矩形槽中；兩個(gè)銅電極(21)分別與試樣加熱裝置(16)的正負(fù)極電連接，兩個(gè)銅電極(21)分別對(duì)應(yīng)試樣(18)的兩端；絕緣桿(22)通過(guò)螺紋連接在法蘭(25)上(優(yōu)選地，絕緣桿材料為陶瓷)；法蘭(25)安裝在燃燒室(1)封閉內(nèi)腔中。

10.一種采用上述權(quán)利要求1-9之一鈦合金燃燒試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包含如下步驟：

(1)打開(kāi)激光器電源，激光器發(fā)出定位紅光，紅光經(jīng)激光入射窗口射入燃燒室腔體；

(2)將試樣固定在試樣夾具上，試樣夾具伸入燃燒室中，調(diào)整試樣夾具使試樣呈水平狀態(tài)，同時(shí)使激光器發(fā)出的紅光照射到試樣表面的待點(diǎn)火區(qū)域，固定試樣夾具；

(3)打開(kāi)控制計(jì)算機(jī)控制單元，設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，包括試樣溫度(600～900℃)、燃燒室內(nèi)氣體壓力(1.0～1.5MPa)、燃燒室內(nèi)氣體溫度(500～600℃)和點(diǎn)火時(shí)間(1～10s)；

(4)打開(kāi)排氣閥、氣瓶組減壓閥和進(jìn)氣閥，氣路通氣；

(5)關(guān)閉排氣閥，計(jì)算機(jī)控制單元采集各傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)與設(shè)置的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，自動(dòng)控制試樣加熱裝置、壓力控制閥、質(zhì)量流量控制器和氣體加熱器，使試驗(yàn)狀態(tài)與設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)一致；

(6)待試樣溫度、燃燒室內(nèi)氣體壓力和溫度達(dá)到設(shè)置值并穩(wěn)定5～10s后，開(kāi)啟攝像機(jī)和光纖激光器，經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定的點(diǎn)火時(shí)間后計(jì)算機(jī)控制單元關(guān)閉光纖激光器，結(jié)束點(diǎn)火；

(7)試樣燃燒結(jié)束后，關(guān)閉攝像機(jī)、試樣加熱裝置和氣體加熱器，關(guān)閉氣瓶組減壓閥和進(jìn)氣閥，停止供氣，開(kāi)啟排氣閥，進(jìn)行排氣；

(8)排氣結(jié)束，試樣充分冷卻后拆下試樣夾具，取下試樣。