[發明專利]一種開放式渦輪葉片試驗設備

在審

• 申請號: 202110140663.3
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112903276A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 關鵬;艾延廷;陳英濤;田晶;劉玉;姚玉東
• 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
• 代理公司: 成都瑞創華盛知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 51270
• 代理人: 鄧瑞

本發明提供了一種開放式渦輪葉片試驗設備，包括拉瓦爾噴管、燃氣引射器和工作臺；拉瓦爾噴管前端用于與燃燒室的燃氣出口連接，后端用于為其正后方的待測試渦輪葉片提供燃氣測試環境；燃氣引射器用于安裝在拉瓦爾噴管正后方，待測試渦輪葉片在燃氣引射器與拉瓦爾噴管之間，拉瓦爾噴管噴出的燃氣經過待測試渦輪葉片后進入燃氣引射器；燃氣引射器的外壁和/或壁內部設置有水冷結構，燃氣引射器內部在燃氣流動方向上從前到后依次設置有噴淋裝置和引射風扇；待測試渦輪葉片下方設置有工作臺。本發明在燃氣加熱裝置的基礎上提出開放式改進方案，模擬渦輪葉片的真實工作環境，以解決渦輪葉片機械載荷加載、溫度場和熱變形的測試問題。

技術領域

本發明涉及航空發動機領域，更具體地涉及一種開放式渦輪葉片試驗設備。一種開放式渦輪葉片試驗設備。

背景技術

航空發動機的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可靠性。渦輪葉片熱機耦合疲勞測試是發動機設計研發中重要的論證性試驗，測試結果是渦輪葉片結構定型的重要依據。在熱機耦合條件下測試渦輪葉片的可靠性，需要渦輪葉片的測試環境與真實發動機的工作環境具有高度的相似性。

目前，燃氣渦輪葉片的熱疲勞測試大多采用燃氣加熱，加熱裝置采用密閉結構，試驗段外殼為水冷結構。這種設計使機械力的加載變得非常困難，且難以實現工作葉片溫度場的測量。因此，已經很難滿足現代航空發動多場耦合加載疲勞測試的需求。

申請號為CN201110460131.4的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：高頻電感應加熱所形成的葉片溫度場與真實燃氣環境存在巨大差異，溫度場模擬的準確性不高，從而影響實驗結果的準確性。

申請號為CN201810061760.1的中國發明專利申請披露了一種渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統。該系統為通過輪盤旋轉和高頻感應加熱方法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裝置，該試驗由于其電加熱裝置被固定在輪盤上，在試驗過程中難以保障高頻電加熱系統不位移，不變形，因此葉片表面的溫度會隨著轉速的變化產生較大變化，葉片的加熱范圍和溫度難以準確模擬，此外葉片旋轉過程中的疲勞參數測量也具有較大難度，因此于實際發動機環境存在較大差別，同樣影響試驗結果的準確性。

因此，有必要提供一種開放式渦輪葉片試驗設備，以克服上述問題。

發明內容

本發明提供了一種開放式渦輪葉片試驗設備，在燃氣加熱裝置的基礎上提出開放式改進方案，以解決解決渦輪葉片機械載荷加載、溫度場和熱變形的測試問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種開放式渦輪葉片試驗設備，包括拉瓦爾噴管、燃氣引射器和工作臺；

所述拉瓦爾噴管前端用于與燃燒室的燃氣出口連接，后端用于為其正后方的待測試渦輪葉片提供燃氣測試環境；

所述燃氣引射器用于安裝在所述拉瓦爾噴管正后方，所述待測試渦輪葉片在所述燃氣引射器與所述拉瓦爾噴管之間，所述拉瓦爾噴管噴出的燃氣經過所述待測試渦輪葉片后進入所述燃氣引射器；

所述燃氣引射器的外壁和/或壁內部設置有水冷結構，所述燃氣引射器內部在燃氣流動方向上從前到后依次設置有噴淋裝置和引射風扇；

所述待測試渦輪葉片下方設置有所述工作臺。

作為優選，所述工作臺用于與直線運動裝置連接并在所述直線運動裝置的驅動下沿著所述拉瓦爾噴管縱向的方向上移動。

作為優選，所述燃氣引射器前半段為收縮段，后半段為直段。設置收縮段的目的在于，將燃氣盡可能地通過燃氣引射器進行冷卻降溫然后排出，減小對外部環境的影響。