CN108717068A - 拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置及方法，本发明通过将拉杆转子水平架设在由莫来石砖搭建的支座上，莫来石砖导热系数极小，可以有效隔绝拉杆转子通过拉杆两端的热传导，避免了拉杆转子在轴向热量的不必要耗散。哈弗式单圈感应器穿过拉杆转子，居中对齐布置于拉杆转子第一块轮盘轴向中间位置，这样有利于拉杆转子受热均匀，另外将镍铬－镍硅铠装热电偶对称交替分布在拉杆转子轮盘结合面两侧，确保热电偶能探测结合面前后的温度，本发明能够精确测量拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素。

Description

拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置及方法

技术领域

本发明涉及一种拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置及方法。

背景技术

作为燃气轮机部件的重中之重，拉杆转子在制造、冷却通路布局等方面极具优势，是燃气轮机常见的转子结构形式之一。拉杆转子通过拉杆将各级轮盘串联组装而成，存在着大量的结合面，其自身结构的非连续性使得其热力学分析较常规转子更为复杂。轮盘之间的表面接触特性和接触压力对轮盘结合面之间接触热阻测量有重要影响，因此，测量分析这些影响因素，对轮盘结合面接触热阻的影响规律显得尤为关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置及方法。

为解决上述问题，本发明提供一种拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，包括分布式拉杆转子，哈弗式单圈感应器，电磁感应加热系统，镍铬－镍硅铠装热电偶，信号放大单元和分析采集仪，计算机，其中，

所述拉杆转子通过8根周向均布的拉杆将5块轮盘串联压紧，每块独立的轮盘通过拧紧螺母产生的接触压力而组成了一个分布式拉杆转子，各轮盘之间的接触面就是轮盘结合面；

所述哈弗式单圈感应器穿过拉杆转子，居中对齐布置于拉杆转子第一块轮盘轴向中间位置，其运用电磁感应原理对拉杆转子施加温度场，哈弗式单圈感应器安装于电磁感应加热系统上；

依次连接的镍铬－镍硅铠装热电偶、信号放大器单元、分析采集仪、计算机构成测温系统，用于测量拉杆转子外圆面温度场分布。进一步的，在上述系统中，

进一步的，在上述系统中，还包括：

用于架设所述拉杆转子的支座，所述支座由莫来石砖搭建。

进一步的，在上述系统中，所述镍铬－镍硅铠装热电偶对称交替分布在所述拉杆转子的轮盘结合面两侧。

进一步的，在上述系统中，所述镍铬－镍硅铠装热电偶布置完毕后，所述电磁感应加热系统设置为恒温加热模式，所述电磁感应加热系统根据设定加热温度和加热时间工作，所述电磁感应加热系统自带红外测温仪，当所述哈弗式单圈感应器处的轮盘达到设定温度后，所述电磁感应加热系统将自动进入恒温加热状态。

进一步的，在上述系统中，所述电磁感应加热系统开启后，热量在拉杆转子的轴向和径向开始传递，所述镍铬－镍硅铠装热电偶对所述拉杆转子的温度场进行实时测量，所述镍铬－镍硅铠装热电偶根据测量到的温度场输出的电信号，所述电信号经过信号放大单元放大后再通过分析采集仪、计算机的处理得到各个测点的温度，并由所述计算机自动记录。

进一步的，在上述系统中，所述计算机，用于先将分析采集仪采集的数据截取1小时，将截取的数据导入到MATLAB中利用高阶函数对其进行处理，得到平滑的拉杆转子温度---时间历程曲线图像；再提取每次试验中加热1小时时的温度场，比较同种轮盘表面接触特性及同种接触压力工况下拉杆转子温度场分布，进一步分析轮盘结合面由于接触热阻影响产生的温度阶跃现象及拉杆转子末端温度大小变化规律。

根据本发明的另一面，提供一种拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定方法，包括：

将拉杆转子水平架设在由莫来石砖搭建的支座上；

将哈弗式单圈感应器穿过拉杆转子，居中对齐布置于拉杆转子第一块轮盘轴向中间位置；

将镍铬－镍硅铠装热电偶对称交替分布在拉杆转子的轮盘结合面两侧；

所述镍铬－镍硅铠装热电偶布置完毕后，将电磁感应加热系统设置为恒温加热模式，设定加热温度和加热时间，所述电磁感应加热系统自带红外测温仪，当所述哈弗式单圈感应器处的拉杆转子的轮盘达到设定温度后，所述电磁感应加热系统将自动进入恒温加热状态；

开启所述电磁感应加热系统后，热量在拉杆转子的轴向和径向开始传递，所述镍铬－镍硅铠装热电偶对拉杆转子的温度场进行实时测量，镍铬－镍硅铠装热电偶根据测量的温度场输出的电信号，所述电信号经过信号放大单元放大后，再通过分析采集仪、计算机的处理，即得到各个测点的温度，并由计算机自动记录。

进一步的，在上述方法中，还包括重复下述步骤至所有试验完成：

将不同粗糙度等级、接触压力的拉杆转子按照轮盘粗糙度大小顺序进行测定试验，每次试验结束后，将拉杆转子从莫来石砖支座上取下、并冷却到室温，再改变拉杆转子的轮盘之间的接触压力进行下一次试验。

进一步的，在上述方法中，通过分析采集仪、计算机的处理，即得到各个测点的温度，包括：

首先将分析采集仪采集的数据截取1小时，将数据导入到MATLAB中利用高阶函数对其进行处理，得到平滑的拉杆转子温度---时间历程曲线图像；

再提取每次试验中加热1小时时的温度场，比较同种轮盘表面接触特性及同种接触压力工况下拉杆转子温度场分布，进一步分析轮盘结合面由于接触热阻影响产生的温度阶跃现象及拉杆转子末端温度大小变化规律。

与现有技术相比，本发明通过将拉杆转子水平架设在由莫来石砖搭建的支座上，莫来石砖导热系数极小，可以有效隔绝拉杆转子通过拉杆两端的热传导，避免了拉杆转子在轴向热量的不必要耗散。哈弗式单圈感应器穿过拉杆转子，居中对齐布置于拉杆转子第一块轮盘轴向中间位置，这样有利于拉杆转子受热均匀，另外将镍铬－镍硅铠装热电偶对称交替分布在拉杆转子轮盘结合面两侧，确保热电偶能探测结合面前后的温度，本发明能够精确测量拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素。

附图说明

图1是拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置平面布置图；

图2是本发明一实施例的拉杆转子和哈弗式单圈感应器的左视图；

图3是本发明一实施例的MATLAB处理得到的拉杆转子外圆面轴向温度-时间历程图；

图4是本发明一实施例的加热1h(3600s)拉杆转子外圆面轴向温度场示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置平面布置图。本发明提供的一种拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，包括：分布式拉杆转子101，哈弗式单圈感应器102，电磁感应加热系统103，镍铬－镍硅铠装热电偶104，信号放大单元105和分析采集仪106，计算机107，其中，

拉杆转子101通过8根周向均布的拉杆将5块轮盘串联压紧，每块独立的轮盘通过拧紧螺母产生的接触压力而组成了一个分布式拉杆转子，各轮盘之间的接触面就是轮盘结合面；

哈弗式单圈感应器102穿过拉杆转子101，居中对齐布置于拉杆转子101第一块轮盘轴向中间位置，其运用电磁感应原理对拉杆转子施加温度场，哈弗式单圈感应器102安装于电磁感应加热系统103上；

电磁感应加热系统103包括便携式中频感应加热器、工业冷水机组和红外测温仪等设备；

由镍铬－镍硅铠装热电偶104、信号放大器单元105、分析采集仪106、计算机107构成的测温系统，用于测量拉杆转子外圆面温度场分布，所述镍铬－镍硅铠装热电偶104、信号放大器单元105、分析采集仪106、计算机107依次连接。

在此，将哈弗式单圈感应器102布置在拉杆转子101第一块轮盘轴向中间位置，这样有利于拉杆转子受热均匀。

哈弗式单圈感应器102穿过拉杆转子101，居中对齐布置于拉杆转子101第一块轮盘轴向中间位置，具体布置如图2所示，这样有利于拉杆转子受热均匀。

本发明的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置一实施例中，还包括：

用于架设所述拉杆转子101的支座，所述支座由莫来石砖搭建。

在此，莫来石砖导热系数极小，可以有效隔绝拉杆转子通过拉杆两端的热传导，避免了拉杆转子在轴向热量的不必要耗散。

本发明的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置一实施例中，如图1所示，所述镍铬－镍硅铠装热电偶104对称交替分布在所述拉杆转子101的轮盘结合面两侧，确保热电偶能探测结合面前后的温度。

本发明的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置一实施例中，所述镍铬－镍硅铠装热电偶104布置完毕后，所述电磁感应加热系统103设置为恒温加热模式，所述电磁感应加热系统103根据设定加热温度和加热时间工作，所述电磁感应加热系统103自带红外测温仪，当哈弗式单圈感应器102处的轮盘达到设定温度后，所述电磁感应加热系统103将自动进入恒温加热状态，保证加热源恒定。

本发明的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置一实施例中，所述电磁感应加热系统103开启后，热量在拉杆转子的轴向和径向开始传递，所述镍铬－镍硅铠装热电偶104对所述拉杆转子101的温度场进行实时测量，所述镍铬－镍硅铠装热电偶104根据测量到的温度场输出的电信号，所述电信号经过信号放大单元105放大后再通过分析采集仪106、计算机107的处理得到各个测点的温度，并由所述计算机107自动记录。

在此，可以将不同粗糙度等级、接触压力的拉杆转子101按照轮盘粗糙度大小顺序进行测定试验，每次试验结束后将拉杆转子从莫来石砖支座上取下并冷却到室温，再改变轮盘之间的接触压力进行下一次试验，重复上述步骤至所有试验完成。

本发明的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置一实施例中，所述计算机107，用于先将分析采集仪采集的数据截取1h(3600s)，将截取的数据导入到MATLAB中利用高阶函数对其进行处理，得到平滑的拉杆转子温度---时间历程曲线图像，如图3所示，这样每次试验测量的数据就可以通过上述变换处理得到平滑的温度-时间历程图；再提取每次试验中加热1h(3600s)时的温度场，如图4所示，进行比较分析，比较同种轮盘表面接触特性(表面粗糙度)及同种接触压力工况下拉杆转子温度场分布，进一步分析轮盘结合面由于接触热阻影响产生的温度阶跃现象及拉杆转子末端温度大小变化规律。

在此，所述计算机107将分析采集仪的数据作为分析对象，由于分析采集仪采样频率及镍铬－镍硅铠装热电偶自身测量精度等问题，采集仪测量得到的图像是曲折变化的。

根据本发明的另一面，还提供一种拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定方法，包括：

按照图1所示平面布置图，将拉杆转子101水平架设在由莫来石砖搭建的支座上，莫来石砖导热系数极小，可以有效隔绝拉杆转子通过拉杆两端的热传导，避免了拉杆转子在轴向热量的不必要耗散。哈弗式单圈感应器102穿过拉杆转子101，居中对齐布置于拉杆转子101第一块轮盘轴向中间位置，具体布置如图2所示，这样有利于拉杆转子受热均匀。将镍铬－镍硅铠装热电偶104对称交替分布在拉杆转子轮盘结合面两侧，确保热电偶能探测结合面前后的温度。镍铬－镍硅铠装热电偶布置完毕后，将电磁感应加热系统103设置为恒温加热模式，设定加热温度和加热时间。电磁感应加热系统103自带红外测温仪，当所述哈弗式单圈感应器102处的拉杆转子的轮盘达到设定温度后，电磁感应加热系统103将自动进入恒温加热状态，保证加热源恒定。开启所述电磁感应加热系统103后，热量在拉杆转子的轴向和径向开始传递，所述镍铬－镍硅铠装热电偶104对拉杆转子的温度场进行实时测量，镍铬－镍硅铠装热电偶104根据测量的温度场输出的电信号，所述电信号经过信号放大单元105放大后，再通过分析采集仪106、计算机107的处理，即可得到各个测点的温度，并由计算机107自动记录。

在此，为探究各种因素对拉杆转子轮盘结合面接触热阻的影响规律，将检测所得的数据进行分析处理。运用同样的分析方法可研究轮盘表面接触特性(表面粗糙度)对轮盘结合面接触热阻的影响规律。

本发明的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定方法一实施例中，还包括：

将不同粗糙度等级、接触压力的拉杆转子101按照轮盘粗糙度大小顺序进行测定试验，每次试验结束后，将拉杆转子从莫来石砖支座上取下、并冷却到室温，再改变拉杆转子的轮盘之间的接触压力进行下一次试验，重复上述步骤至所有试验完成。

在此，为了研究不同轮盘表面接触特性、不同接触压力对轮盘结合面接触热阻的影响规律，加工了若干不同粗糙度等级的轮盘，设定了多种不同的接触压力。通过不同的搭配组合，组装不同粗糙度等级、接触压力的拉杆转子101。

本发明的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定方法一实施例中，通过分析采集仪106、计算机107的处理，即得到各个测点的温度，包括：

首先将分析采集仪采集的数据截取1h(3600s)，将数据导入到MATLAB中利用高阶函数对其进行处理，得到平滑的拉杆转子温度---时间历程曲线图像，如图3所示。这样每次试验测量的数据就可以通过上述变换处理得到平滑的温度-时间历程图；

再提取每次试验中加热1h(3600s)时的温度场，如图4所示，进行比较分析。比较同种轮盘表面接触特性(表面粗糙度)及同种接触压力工况下拉杆转子温度场分布，进一步分析轮盘结合面由于接触热阻影响产生的温度阶跃现象及拉杆转子末端温度大小变化规律。

在此，将分析采集仪的数据作为分析对象。由于分析采集仪采样频率及镍铬－镍硅铠装热电偶自身测量精度等问题，采集仪测量得到的图像是曲折变化的。

具体的，下面以图4为例作详细说明。图4为某种粗糙度等级的拉杆转子在不同接触压力下加热1h(3600s)时的温度场分布图。通过观察，拉杆钻子温度场分布在轮盘结合面处有明显阶跃，并且不同接触压力下的结合面温度阶跃大小不一样，接触压力越小，拉杆转子结合面温度阶跃越大，这说明接触压力对拉杆转子结合面接触热阻的影响呈反比例关系，接触压力越大，接触热阻越小。再者，观察图4拉杆转子末端温度，可以发现接触压力大的拉杆转子末端温度也高，这说明接触压力对拉杆转子末端温度的影响呈正比例关系，接触压力越大，末端温度越高，这也说明了接触压力越大，结合面接触热阻对热量传递的阻碍作用越小。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，其特征在于，包括分布式拉杆转子，哈弗式单圈感应器，电磁感应加热系统，镍铬－镍硅铠装热电偶，信号放大单元和分析采集仪，计算机，其中，

所述拉杆转子通过8根周向均布的拉杆将5块轮盘串联压紧，每块独立的轮盘通过拧紧螺母产生的接触压力而组成了一个分布式拉杆转子，各轮盘之间的接触面就是轮盘结合面；

所述哈弗式单圈感应器穿过拉杆转子，居中对齐布置于拉杆转子第一块轮盘轴向中间位置，其运用电磁感应原理对拉杆转子施加温度场，哈弗式单圈感应器安装于电磁感应加热系统上；

依次连接的镍铬－镍硅铠装热电偶、信号放大器单元、分析采集仪、计算机构成测温系统，用于测量拉杆转子外圆面温度场分布。

2.如权利要求1所述的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，其特征在于，还包括：

用于架设所述拉杆转子的支座，所述支座由莫来石砖搭建。

3.如权利要求1所述的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，其特征在于，所述镍铬－镍硅铠装热电偶对称交替分布在所述拉杆转子的轮盘结合面两侧。

4.如权利要求1所述的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，其特征在于，所述镍铬－镍硅铠装热电偶布置完毕后，所述电磁感应加热系统设置为恒温加热模式，所述电磁感应加热系统根据设定加热温度和加热时间工作，所述电磁感应加热系统自带红外测温仪，当所述哈弗式单圈感应器处的轮盘达到设定温度后，所述电磁感应加热系统将自动进入恒温加热状态。

5.如权利要求1所述的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，其特征在于，所述电磁感应加热系统开启后，热量在拉杆转子的轴向和径向开始传递，所述镍铬－镍硅铠装热电偶对所述拉杆转子的温度场进行实时测量，所述镍铬－镍硅铠装热电偶根据测量到的温度场输出的电信号，所述电信号经过信号放大单元放大后再通过分析采集仪、计算机的处理得到各个测点的温度，并由所述计算机自动记录。

6.如权利要求1所述的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，其特征在于，所述计算机，用于先将分析采集仪采集的数据截取1小时，将截取的数据导入到MATLAB中利用高阶函数对其进行处理，得到平滑的拉杆转子温度---时间历程曲线图像；再提取每次试验中加热1小时时的温度场，比较同种轮盘表面接触特性及同种接触压力工况下拉杆转子温度场分布，进一步分析轮盘结合面由于接触热阻影响产生的温度阶跃现象及拉杆转子末端温度大小变化规律。

7.一种拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定方法，其特征在于，包括：

将拉杆转子水平架设在由莫来石砖搭建的支座上；

将哈弗式单圈感应器穿过拉杆转子，居中对齐布置于拉杆转子第一块轮盘轴向中间位置；

将镍铬－镍硅铠装热电偶对称交替分布在拉杆转子的轮盘结合面两侧；

所述镍铬－镍硅铠装热电偶布置完毕后，将电磁感应加热系统设置为恒温加热模式，设定加热温度和加热时间，所述电磁感应加热系统自带红外测温仪，当所述哈弗式单圈感应器处的拉杆转子的轮盘达到设定温度后，所述电磁感应加热系统将自动进入恒温加热状态；

开启所述电磁感应加热系统后，热量在拉杆转子的轴向和径向开始传递，所述镍铬－镍硅铠装热电偶对拉杆转子的温度场进行实时测量，镍铬－镍硅铠装热电偶根据测量的温度场输出的电信号，所述电信号经过信号放大单元放大后，再通过分析采集仪、计算机的处理，即得到各个测点的温度，并由计算机自动记录。

8.如权利要求7所述的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，其特征在于，还包括重复下述步骤至所有试验完成：

将不同粗糙度等级、接触压力的拉杆转子按照轮盘粗糙度大小顺序进行测定试验，每次试验结束后，将拉杆转子从莫来石砖支座上取下、并冷却到室温，再改变拉杆转子的轮盘之间的接触压力进行下一次试验。

9.如权利要求7所述的拉杆转子轮盘结合面接触热阻影响因素测定装置，其特征在于，通过分析采集仪、计算机的处理，即得到各个测点的温度，包括：

首先将分析采集仪采集的数据截取1小时，将数据导入到MATLAB中利用高阶函数对其进行处理，得到平滑的拉杆转子温度---时间历程曲线图像；

再提取每次试验中加热1小时时的温度场，比较同种轮盘表面接触特性及同种接触压力工况下拉杆转子温度场分布，进一步分析轮盘结合面由于接触热阻影响产生的温度阶跃现象及拉杆转子末端温度大小变化规律。