[發(fā)明專利]一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置及方法

有效

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• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113376311B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭徽;賈雷停;李劉合;郭洪波;王標(biāo);汪瑞軍;汪愛英;樊國福
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);中國航發(fā)四川燃氣渦輪研究院;中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院;寧波工業(yè)技術(shù)研究院;中國航發(fā)貴州黎陽航空動力有限公司
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12;G01N19/00
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• 代理人: 暫無信息

1.一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，其特征在于，包括：冷卻模塊、燃燒室、性能測試模塊、控制模塊、供氣模塊，其中，

所述冷卻模塊包括水冷機(1)，為燃燒室(6)的殼體及內(nèi)部設(shè)備提供循環(huán)冷卻水；

所述燃燒室(6)內(nèi)部設(shè)置冷卻管道，通過所述水冷機(1)通入冷卻水對殼體冷卻；

所述性能測試模塊包括位于所述燃燒室(6)內(nèi)部的電機(10)、鈦合金轉(zhuǎn)桿(11)、鈦合金試樣(12)、用于夾持所述鈦合金試樣(12)的夾具(13)、氣體加熱模塊(25)以及設(shè)置在所述鈦合金試樣(12)與所述鈦合金轉(zhuǎn)桿(11)摩擦位置的正下方的氣體噴管，其中，所述鈦合金轉(zhuǎn)桿(11)的末端與所述電機(10)的主軸連接；所述鈦合金試樣(12)與所述鈦合金轉(zhuǎn)桿(11)同軸，兩者之間能夠碰撞，之后進行持續(xù)摩擦；所述氣體加熱模塊(25)用于加熱由所述供氣模塊通向所述燃燒室(6)內(nèi)的氣體；

所述供氣模塊為所述燃燒室(6)提供工作氣體，工作氣體為壓縮空氣，并能夠通過所述控制模塊的自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自動切換壓縮空氣或者氬氣；

所述控制模塊用于控制所述燃燒室(6)、所述性能測試模塊及所述供氣模塊，當(dāng)所述燃燒室(6)內(nèi)壓強、氣體溫度及所述鈦合金試樣(12)的溫度達到設(shè)定值時，所述鈦合金試樣(12)與所述鈦合金轉(zhuǎn)桿(11)發(fā)生碰撞并持續(xù)摩擦。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，其特征在于，所述性能測試模塊還包括氣泵(7)、與所述夾具連接的氣缸(9)以及設(shè)置在兩者之間的調(diào)壓閥(8)，三者共同作用能夠推動所述鈦合金試樣(12)沿軸向運動，并能夠定量測定推力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，其特征在于，所述燃燒室(6)內(nèi)碰撞摩擦試驗所處環(huán)境的壓強為0～2MPa。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，其特征在于，所述供氣模塊包括氬氣罐(2)、壓縮空氣罐(3)、與兩者相連的高壓切換閥(4)、兩端分別與所述高壓切換閥(4)和所述燃燒室(6)相連的高壓氣體流量計(5)；所述供氣模塊通過控制所述燃燒室(6)的內(nèi)外壓差以及讀取所述高壓氣體流量計(5)示數(shù)實現(xiàn)氣體流速的精確控制，并且通過所述控制模塊自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自動切換壓縮空氣或者氬氣。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，其特征在于，所述鈦合金試樣(12)表面設(shè)置第一熱電偶(14)，用于測定預(yù)熱溫度以及試驗過程中所述鈦合金試樣(12)的溫度變化；在所述氣體加熱模塊(25)的出口處設(shè)置第二熱電偶(24)，用于測定通向所述燃燒室(6)內(nèi)氣體的溫度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，其特征在于，所述燃燒室(6)的殼體上設(shè)置觀察窗(15)，外部的攝像機(16)通過所述觀察窗(15)觀察記錄試驗過程。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，其特征在于，所述燃燒室(6)為中空圓柱體，直徑為80～150cm，兩端通過螺栓固定可移動防護蓋并用膠圈密封；所述燃燒室(6)的殼體材質(zhì)為不銹鋼，厚度為20～50mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，其特征在于，所述鈦合金轉(zhuǎn)桿(11)的轉(zhuǎn)速為5000～20000r/min，所述氣缸(9)提供的推力為0～0.5MPa。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置，其特征在于，所述供氣模塊流出的氣體的流速由所述燃燒室(6)內(nèi)外的氣體壓力差決定，氣體流速為50～400L/min，所述燃燒室(6)內(nèi)氣體的溫度為室溫～500℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的一種鈦火碰撞摩擦試驗裝置的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將準備好的碰磨鈦合金試樣(12)安裝固定在夾具(13)上，鈦合金轉(zhuǎn)桿(11)安裝在電機(10)上；打開冷卻模塊，設(shè)定氣缸(9)推力值，之后關(guān)閉燃燒室(6)的移動防護蓋，用螺栓螺母上緊，再將攝像機(16)固定在觀察窗(15)處，保證能夠清晰拍攝到摩擦點燃試驗整個過程；

S2：打開供氣模塊，在控制模塊中設(shè)定試驗壓強、氣體加熱溫度、電機轉(zhuǎn)速及摩擦?xí)r間，打開氣泵(7)，供氣模塊向燃燒室(6)內(nèi)通入加熱的壓縮空氣，當(dāng)燃燒室(6)內(nèi)壓強達到設(shè)定值，且內(nèi)外壓強差及氣體質(zhì)量流量值穩(wěn)定，試驗氣流溫度及預(yù)熱溫度達到設(shè)定值后，開啟電機(10)；

S3：當(dāng)電機(10)轉(zhuǎn)速達到設(shè)定值，打開攝像機(16)，開啟氣缸(9)，推動鈦合金試樣(12)開始與鈦合金轉(zhuǎn)桿(11)發(fā)生碰撞并持續(xù)摩擦，在碰撞的一瞬間計時開始，達到設(shè)定的摩擦?xí)r間時，氣缸(9)帶動鈦合金試樣(12)收回，電機(10)停止旋轉(zhuǎn)，供氣模塊自動切換至氬氣，持續(xù)通入氬氣至氣體加熱模塊冷卻；

S4：當(dāng)燃燒室(6)內(nèi)壓強為大氣壓，且冷卻至室溫后，關(guān)閉供氣模塊及冷卻模塊，打開燃燒室(6)的移動防護蓋，取出鈦合金試樣(12)并編號，根據(jù)試樣宏觀形貌以及攝相機(16)拍攝的試驗過程判斷是否發(fā)生點燃；

S5：在相同試驗參數(shù)下，重復(fù)操作步驟S1-步驟S4，如果重復(fù)三次，鈦合金試樣(12)都發(fā)生點燃，則認為在該條件下，試樣能夠發(fā)生燃燒，則改變參數(shù)進行下一種條件的試驗；在相同試驗條件下，重復(fù)操作步驟S1-步驟S4，如果重復(fù)三次，試樣都不發(fā)生點燃，則認為在該條件下，試樣不能夠發(fā)生點燃。