[實用新型]高速刮擦進程中轉子葉片外形影像抓拍系統

有效

• 申請號: 201921961997.1
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN211318070U
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 薛偉海;段德莉;高禩洋;劉陽;楊曉光;李明陽;李曙
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/06;H04N5/225;H04N5/232
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本實用新型涉及材料使役行為評價領域，具體地說是一種高速刮擦進程中轉子葉片外形影像抓拍系統。觸發臂安裝在高速刮擦試驗機的轉軸系統上，與高速刮擦試驗機的轉子葉片同步旋轉。光電開關安裝在與觸發臂相對的位置。工業相機安裝在與轉子葉片旋轉方向垂直的一側，與轉子葉片的位置相對。LED燈安裝在與轉子葉片旋轉方向垂直的另一側，同樣與轉子葉片的位置相對。長焦鏡頭通過螺紋連接到工業相機上。光電開關的輸出端與光源控制器的觸發信號輸入端相連。光源控制器的輸出端與LED燈的正負極相連。工業相機通過數據線與計算機相連。本實用新型適于對高速刮擦進程中轉子葉片磨損和封嚴涂層材料向葉片轉移的情況進行研究。

技術領域

本實用新型涉及材料使役行為評價領域，特別涉及高速摩擦磨損工況下材料的使役行為評價，具體地說是一種高速刮擦進程中轉子葉片外形影像抓拍系統。

背景技術

封嚴涂層大量應用于航空發動機氣路密封中，起到保護葉片、減小氣路間隙和提高發動機效率的重要作用。典型的封嚴涂層應用實例是：封嚴涂層噴涂在機匣內側與高速旋轉葉片相對應的位置，這樣旋轉葉片由于熱膨脹、高速旋轉伸長和裝配誤差等原因導致與封嚴涂層的間隙減小時，葉片與封嚴涂層間產生高速刮擦。封嚴涂層設計上易于被去除，葉片高速刮擦在涂層內產生與葉尖外形相稱的磨痕，從而在不磨損葉片的前提下保證葉尖與封嚴涂層間的最小間隙。

然而實際應用中，葉片與封嚴涂層高速刮擦時常常出現葉片磨損和涂層向葉片粘附轉移的問題，這均嚴重威脅發動機的運行安全，同時也影響其效率。為了研究這一特殊工況下的摩擦磨損問題，為發動機的安全運行保駕護航，國內外搭建了模擬葉片與封嚴涂層間相對刮擦動作的高速刮擦試驗機，其簡略的基本結構如圖1所示。轉子葉片4安裝到由高速電主軸1驅動的金屬轉盤6上，為了獲得良好的動平衡，與轉子葉片4相對的位置安裝有配重葉片5，封嚴涂層2安裝到移動平臺3上。工作時，開啟高速電主軸1，待轉速達到設定值時，封嚴涂層2在移動平臺3的帶動下以設定好的進給速度和深度向轉子葉片4靠近，從而產生刮擦。待刮擦深度達到實驗設定值后，封嚴涂層2在移動平臺3的帶動下回退，實驗結束。實驗前后，對葉片和涂層樣品的重量、高度和磨痕長度等進行測量，評價對摩副間磨損和粘附情況。

可見，已有高速刮擦試驗機對葉片和涂層的磨損行為測試只能獲得終態信息，即實驗前測一下重量、高度等信息，實驗后再測一下重量、高度和長度等信息，用實驗前后兩個數據的差值評價磨損量。以上常規方法無法評價刮擦進程中葉片磨損和涂層材料向葉片轉移的情況。在對轉子葉片與封嚴涂層的高速刮擦研究中發現，實驗后粘附了涂層材料的葉片樣品，通過腐蝕手段溶解掉粘附層后，葉尖表面也有明顯的磨損犁溝。同時，也發現涂層磨痕的長度有時遠大于根據刮擦半徑計算出來的數值，說明在刮擦進程中葉尖粘附層的高度曾經很大，所以刮擦出的磨痕長度較大，只是在后續刮擦中發生了粘附層的剝落。

總之，高速刮擦進程中涂層向葉片的粘附情況和葉片的磨損信息目前的高速刮擦試驗機無法獲得，而以上信息對于評價封嚴涂層葉片體系的相容性至關重要。舉個簡單的例子，Al-hBN封嚴涂層在與Ti合金葉片高速刮擦時會向葉片大量粘附，粘附層在葉尖堆積到一定高度時，必然會在刮擦作用下發生剝落。如果僅僅根據高速實驗后葉片高度的測量，可能得出Al-hBN涂層粘附葉片并不嚴重的結論。

然而，目前還沒有見到可用的對高速刮擦進程中涂層向葉片粘附和葉片磨損信息進行監測的裝置，以滿足對封嚴涂層與轉子葉片體系相容性進行有效可靠的評價。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種高速刮擦進程中轉子葉片外形影像抓拍系統(通常線速度達幾百米每秒)，通過對抓拍到的圖片進行計算機處理，可獲得轉子葉片樣品的高度變化情況，從而得到高速刮擦進程中葉片磨損和涂層粘附葉片隨刮擦進程的變化情況。

為了實現上述目的，本實用新型的技術方案是：

一種高速刮擦進程中轉子葉片外形影像抓拍系統，包括：工業相機、長焦鏡頭、LED燈、光源控制器、光電開關、觸發臂和計算機，具體結構如下：