CN106706323A - 一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置 - Google Patents

一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置 Download PDF

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刘牧东
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Abstract

一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置，由带外螺纹的耐高温圆轴转换接头、温控冷水机、带内螺纹的耐高温套筒、陶瓷粉、对开筒式高温炉、石棉和智能温度控制器等组成。其连接关系如下：耐高温圆轴转换接头通过进、出水管与温控冷水机相连接，耐高温套筒一端定位并固定在转换接头上，另一端与棒材试样固定连接，陶瓷粉均匀涂抹于套筒与试样连接的内螺纹上，高温炉将套筒及其夹持试样密封包裹，石棉塞堵在高温炉与套筒的连接缝隙处，温度控制器与高温炉相连接。本发明的环境模拟装置通过各子系统间精巧配合和连接，简便、实用、高效、精确地实现疲劳性能试验环境的模拟，为发动机材料极高温疲劳性能测试提供技术手段。

Description

一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置
技术领域
本发明涉及一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置，属于试验测试技术领域。
背景技术
航空发动机材料在使用过程中，会承受交变载荷而产生疲劳裂纹，当损伤累积超过容许限度时发生破坏，对材料的安全性造成影响。航空发动机材料也常常在极高温环境下使用，极高温环境会对材料的疲劳性能造成影响，因此，为了保障安全性，需要测定极高温环境下的疲劳性能。极高温疲劳性能测试技术的难点在于环境模拟，目前，国内外的高温疲劳环境模拟技术，主要是针对350℃至650℃的高温蠕变性能测试和低周疲劳性能测试，而对于1000℃以上的极高温环境，尚缺乏有效的满足中、长寿命疲劳性能测试需求的环境模拟技术，为此，发明了一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置，由带外螺纹的耐高温圆轴转换接头、温控冷水机、带内螺纹的耐高温套筒、陶瓷粉、对开筒式高温炉、石棉和智能温度控制器等组成，可简便、实用、高效、精确地模拟极高温环境，为发动机材料极高温疲劳性能测试提供技术手段。
发明内容
1、目的：本发明的目的在于提供一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置，用于极高温环境下的疲劳性能测试。
2、技术方案：本发明一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置，由带外螺纹的耐高温圆轴转换接头、温控冷水机、带内螺纹的耐高温套筒、陶瓷粉、对开筒式高温炉、石棉和智能温度控制器等组成。它们之间的连接关系如下：(1)带外螺纹的耐高温圆轴转换接头通过进、出水管与温控冷水机相连接，以实现极高温环境下转换接头的冷却；(2)带内螺纹的耐高温套筒一端通过定位槽定位于转换接头上，并通过带内螺纹的螺柱与转换接头固定连接，另一端通过内螺纹与发动机材料棒材试样固定连接；(3)陶瓷粉均匀涂抹于耐高温套筒与试样连接的内螺纹上，有效防止极高温环境下试样与套筒的粘连；(4)对开筒式高温炉将带内螺纹的耐高温套筒及其夹持的试样密封包裹，石棉均匀塞堵在高温炉与耐高温套筒的连接缝隙处，实现极高温环境的密闭和保温；(5)智能温度控制器与对开筒式高温炉相连接，采用智能恒流控温技术实现极高温环境。
所述的温控冷水机通过塑料导管连接带外螺纹的耐高温圆轴转换接头，形成进、出水循环，实现制冷，其冷却方式简单、冷却效率高。
所述的带外螺纹的耐高温圆轴转换接头一端通过螺纹与疲劳试验机固定连接，另一端再通过螺纹与耐高温套筒固定连接，在与耐高温套筒的连接一端，对称加工有2个圆弧形凸起，便于与耐高温套筒底部的定位槽配合。选取耐高温抗变形的优质合金钢制造转换接头，转换接头上加工有冷却孔，通过导管与温控冷水机相连，利用进、出水循环，实现降温，可阻隔高温扩散至试验机接头，有效避免高温对试验机传感器的影响，保证试验载荷施加精度。
所述的带内螺纹的耐高温套筒穿过对开筒式高温炉的顶部或底部开口后，一端通过凸台上的定位槽定位于转换接头上，保证试样安装的同轴度，并通过带内螺纹的螺柱与转换接头固定连接；另一端再通过内螺纹与发动机材料棒材试样固定连接，这样，套筒及其连接试样就置于高温炉内部，且套筒穿过高温炉的开口小，便于密封和保温。耐高温套筒仅通过内螺纹固定试样，无需螺栓、螺母等配件，试样装卸简便，提高了试样装卸效率。
所述的陶瓷粉均匀涂抹于耐高温套筒与试样连接的内螺纹上，有效防止极高温环境下试样与套筒的粘连，在试样拆卸时，更容易，提高了试样装卸效率。
所述的对开筒式高温炉是金属筒体结构，采用优质不锈钢制造炉壳，炉壳表面对称加工有耐高温的球形实木把手，方便高温炉的闭合及试样装卸。高温炉采用细密无机纤维材料构筑隔热炉膛，其抗热震性强，反红外热辐射和耐腐蚀性好，保证极高温环境的密封和保温。隔热炉膛内均匀排布有上、中、下三段电阻丝进行加热，每段电阻丝还配有合金电阻传感器测定环境温度，之后，连接智能温度控制器，分别由一路微机化数字调节仪进行控制，实现指定极高温环境。
所述的石棉均匀塞堵在高温炉与耐高温套筒的连接缝隙处，实现极高温环境的密闭和保温，保证试验测试的准确性。
所述的智能温度控制器与对开筒式高温炉相连接，基于PID理论协调控制高温炉的加热功率，能够形成达1200±1℃的稳定极高温度场。温度控制器采用智能恒流控温技术实现多段可编程的升温、恒温和降温，具备温度自动修正和上、下限保护功能，设定参数均可数显。智能温度控制器的升温速率快，温度波动小，控制精度高，降低加热成本。
3、优点及功效：本发明的环境模拟装置通过各子系统间的合理与精巧配合和连接，可简便、实用、高效、精确地实现疲劳性能试验环境的模拟，为发动机材料极高温疲劳性能测试提供技术手段。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明：
图1是温控冷水机示意图。
图2是带外螺纹的耐高温圆轴转换接头示意图。
图3是带内螺纹的耐高温套筒示意图。
图4是发动机材料棒材试样示意图。
图5是对开筒式高温炉示意图，在图5中：部件1为耐高温的球形实木把手，部件2为由无机纤维材料隔热炉膛，部件3为上、中、下三段加热电阻丝。
图6是用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置示意图，在图6中：部件1为温控冷水机，部件2为带外螺纹的耐高温圆轴转换接头，部件3为带内螺纹的耐高温套筒，部件4为对开筒式高温炉，部件5为石棉，部件6为智能温度控制器，部件7为发动机材料棒材试样，部件8为陶瓷粉。
具体实施方式
结合图1至图6说明本发明的具体实施方式：
本发明为一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置，由带外螺纹的耐高温圆轴转换接头、温控冷水机、带内螺纹的耐高温套筒、陶瓷粉、对开筒式高温炉、石棉和智能温度控制器等组成。在图6中，带外螺纹的耐高温圆轴转换接头2通过进、出水管与温控冷水机1相连接，以实现极高温环境下转换接头的冷却；带内螺纹的耐高温套筒3一端通过定位槽定位于转换接头2上，并通过带内螺纹的螺柱与转换接头2固定连接，另一端通过内螺纹与棒材试样7固定连接；陶瓷粉8均匀涂抹于耐高温套筒3与试样7连接的内螺纹上，有效防止极高温环境下试样与套筒的粘连；对开筒式高温炉4将带耐高温套筒3及其夹持的试样7密封包裹，石棉5均匀塞堵在高温炉与套筒的连接缝隙处，实现极高温环境的密闭和保温；智能温度控制器6与对开筒式高温炉4相连接，采用智能恒流控温技术实现极高温环境。
温控冷水机如图1所示，通过塑料导管连接带外螺纹的耐高温圆轴转换接头，形成进、出水循环，实现制冷。带外螺纹的耐高温圆轴转换接头如图2所示，转换接头一端通过螺纹与疲劳试验机固定连接，另一端再通过螺纹与耐高温套筒固定连接，转换接头上加工有冷却孔，通过导管与温控冷水机相连，利用进、出水循环，实现降温。带内螺纹的耐高温套筒如图3所示，套筒穿过对开筒式高温炉的顶部或底部开口后，一端通过定位槽定位于转换接头上，并通过带内螺纹的螺柱与转换接头固定连接，另一端再通过内螺纹与棒材试样固定连接。发动机材料疲劳试样如图4所示，为哑铃状棒材试样，两端加工有螺纹。对开筒式高温炉如图5所示，是金属筒体结构，炉壳表面对称加工有耐高温的球形实木把手，高温炉采用细密无机纤维材料构筑隔热炉膛，炉膛内均匀排布有上、中、下三段电阻丝进行加热，并配有优质合金电阻传感器测定环境温度，实现指定的极高温环境。所有部件按照图6示出的位置关系进行配合和连接，环境模拟装置调试完毕后，便可根据具体试验要求进行发动机材料极高温疲劳性能测试。

Claims (1)

1.一种用于发动机材料极高温疲劳性能测试的环境模拟装置，其特征在于：由带外螺纹的耐高温圆轴转换接头、温控冷水机、带内螺纹的耐高温套筒、陶瓷粉、对开筒式高温炉、石棉和智能温度控制器等组成。它们之间的连接关系如下：(1)带外螺纹的耐高温圆轴转换接头通过进、出水管与温控冷水机相连接，以实现极高温环境下转换接头的冷却；(2)带内螺纹的耐高温套筒一端通过定位槽定位于转换接头上，并通过带内螺纹的螺柱与转换接头固定连接，另一端通过内螺纹与发动机材料棒材试样固定连接；(3)陶瓷粉均匀涂抹于耐高温套筒与试样连接的内螺纹上，有效防止极高温环境下试样与套筒的粘连；(4)对开筒式高温炉将带内螺纹的耐高温套筒及其夹持的试样密封包裹，石棉均匀塞堵在高温炉与耐高温套筒的连接缝隙处，实现极高温环境的密闭和保温；(5)智能温度控制器与对开筒式高温炉相连接，采用智能恒流控温技术实现极高温环境。
所述的温控冷水机通过塑料导管连接带外螺纹的耐高温圆轴转换接头，形成进、出水循环，实现制冷，其冷却方式简单、冷却效率高。
所述的带外螺纹的耐高温圆轴转换接头一端通过螺纹与疲劳试验机固定连接，另一端再通过螺纹与耐高温套筒固定连接，在与耐高温套筒的连接一端，对称加工有2个圆弧形凸起，便于与耐高温套筒底部的定位槽配合。选取耐高温抗变形的优质合金钢制造转换接头，转换接头上加工有冷却孔，通过导管与温控冷水机相连，利用进、出水循环，实现降温，可阻隔高温扩散至试验机接头，有效避免高温对试验机传感器的影响，保证试验载荷施加精度。
所述的带内螺纹的耐高温套筒穿过对开筒式高温炉的顶部或底部开口后，一端通过凸台上的定位槽定位于转换接头上，保证试样安装的同轴度，并通过带内螺纹的螺柱与转换接头固定连接；另一端再通过内螺纹与发动机材料棒材试样固定连接，这样，套筒及其连接试样就置于高温炉内部，且套筒穿过高温炉的开口小，便于密封和保温。耐高温套筒仅通过内螺纹固定试样，无需螺栓、螺母等配件，试样装卸简便，提高了试样装卸效率。
所述的陶瓷粉均匀涂抹于耐高温套筒与试样连接的内螺纹上，有效防止极高温环境下试样与套筒的粘连，在试样拆卸时，更容易，提高了试样装卸效率。
所述的对开筒式高温炉是金属筒体结构，采用优质不锈钢制造炉壳，炉壳表面对称加工有耐高温的球形实木把手，方便高温炉的闭合及试样装卸。高温炉采用细密无机纤维材料构筑隔热炉膛，其抗热震性强，反红外热辐射和耐腐蚀性好，保证极高温环境的密封和保温。隔热炉膛内均匀排布有上、中、下三段电阻丝进行加热，每段电阻丝还配有合金电阻传感器测定环境温度，之后，连接智能温度控制器，分别由一路微机化数字调节仪进行控制，实现指定极高温环境。
所述的石棉均匀塞堵在高温炉与耐高温套筒的连接缝隙处，实现极高温环境的密闭和保温，保证试验测试的准确性。
所述的智能温度控制器与对开筒式高温炉相连接，基于PID理论协调控制高温炉的加热功率，能够形成达1200±1℃的稳定极高温度场。温度控制器采用智能恒流控温技术实现多段可编程的升温、恒温和降温，具备温度自动修正和上、下限保护功能，设定参数均可数显。智能温度控制器的升温速率快，温度波动小，控制精度高，降低加热成本。
本发明的环境模拟装置通过各子系统间的合理与精巧配合和连接，实现了疲劳试验环境的密闭和保温，可以简便、实用、高效、精确模拟极高温环境，为发动机材料极高温疲劳性能测试提供技术手段。
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