CN109030012B - 一种带有冷却通道的透平叶根疲劳试验模拟件及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有冷却通道的透平叶根疲劳试验模拟件及试验方法，属于透平叶根实验技术领域，连接件两端对称设置有透平叶根构成试验件主体，试验件主体内部竖直中心线位置设置有冷却通道，试验件主体的前后两侧面上设置有模拟冷却通道，连接件、透平叶根、冷却通道和模拟冷却通道为一体铸造而成，冷却通道的横向截面为矩形，冷却通道的纵向截面包括端口矩形段、梯形段和中间矩形段，端口矩形段、梯形段和中间矩形段建立连接。本发明的疲劳试验模拟件解决了冷却通道对叶根疲劳寿命的影响，在降低试验成本的同时保证了疲劳试验的准确性，本发明通过疲劳拉力机的拉力代替透平叶根的离心力，如此方便及准确的完成疲劳试验。

Description

一种带有冷却通道的透平叶根疲劳试验模拟件及试验方法

技术领域

本发明涉及一种带有冷却通道的透平叶根疲劳试验模拟件及试验方法，属于透平叶根试验技术领域。

背景技术

航空发动机、燃气轮机透平动叶片工作在高温、高压、高转速的环境中，极易在叶片的叶根位置产生疲劳裂纹，直至发生断裂，对于带冷却通道的燃机动叶片来说尤是如此。

目前针对燃机透平动叶叶根的疲劳试验主要以平板模拟件的疲劳试验与整只叶片的疲劳试验为主，其中平板疲劳试验不能考虑到冷却通道结构对叶根疲劳寿命的影响，而通过整只叶片的方式去做叶根的疲劳试验成本又太高。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种带有冷却通道的透平叶根疲劳试验模拟件及试验方法。

一种带有冷却通道的透平叶根疲劳试验模拟件，包括：透平叶根和连接件，

所述连接件两端对称设置有透平叶根构成试验件主体，试验件主体内部竖直中心线位置设置有冷却通道，试验件主体的前后两侧面上设置有模拟冷却通道；

所述连接件、透平叶根、冷却通道和模拟冷却通道为一体铸造而成。

进一步，所述冷却通道的横向截面为矩形，冷却通道的纵向截面包括端口矩形段、梯形段和中间矩形段，端口矩形段、梯形段和中间矩形段建立连接。

一种利用带有冷却通道的透平叶根模拟件的疲劳试验方法，具体步骤如下，

步骤一，用有限元软件、流体计算软件计算原始叶根与试验模拟件的应力场及温度场，来确定疲劳试验所需的疲劳拉伸机最大拉力值、温度箱的温度值、空气系统的冷气量值和冷气温度，并根据计算结果选用适当的疲劳拉伸机；

步骤二，通过疲劳拉伸机的夹具将模拟件的透平叶根进行夹紧固定，同时安装温度箱及空气系统，空气系统向冷却通道内注入气流；

步骤三，安装电子散斑干涉设备，用于测量试验模拟件透平叶根的榫齿、冷却通道的应力集中位置的位移、应变数据用于实时监测；

步骤四，调整试验设备，调整疲劳拉伸机拉力、温度箱温度及空气系统冷却空气流量，使之与透平叶根的应力场、温度场相同，调节疲劳拉伸机的拉伸频率，以断裂为试验终止标准，得出疲劳数据。

进一步，所述疲劳拉伸机的夹具上设置有与模拟件大小形状相同的安装槽，夹具上设置有气体介质入孔和气体介质出孔，气体介质入孔和气体介质出孔均与安装槽相连通。

本发明有益效果为：

本发明的疲劳试验模拟件解决了冷却通道对叶根疲劳寿命的影响，在降低试验成本的同时保证了疲劳试验的准确性。

本发明通过疲劳拉力机的拉力代替透平叶根的离心力，如此方便及准确的完成疲劳试验。

附图说明

图1为本发明模拟件的结构示意图；

图2为本发明模拟件的左视图；

图3为本发明模拟件的主视图；

图4为现有技术叶根安装位置示意图；

图5为疲劳拉伸机与模拟件连接关系示意图；

图6为本发明的连接原理图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施实例。

实施例一：一种带有冷却通道的透平叶根疲劳试验模拟件，包括：透平叶根2和连接件3，

所述连接件3两端对称设置有透平叶根2构成试验件主体，试验件主体内部竖直中心线位置设置有冷却通道4，试验件主体的前后两侧面上设置有模拟冷却通道5；

所述连接件3、透平叶根2、冷却通道4和模拟冷却通道5为一体铸造而成。

所述冷却通道4的横向截面为矩形，冷却通道4的纵向截面包括端口矩形段、梯形段和中间矩形段，端口矩形段、梯形段和中间矩形段建立连接。

利用拉力来模拟离心力，通过模拟件1外添加保温箱7来模拟温度。

冷却通道4为由透平叶根2的贯通腔体，位于透平叶根2顶部的冷却通道4的入口出口横向截面为矩形，其短边a＝4±0.01mm，长边b＝4.9057±0.01mm。

端口矩形段，其短边为a，长边c＝5.6391±0.01mm；

中间矩形段，其短边为d＝7.8078±0.01mm，长边e＝23.8±0.01mm；

梯形段，其短边为a，长边d＝7.8078±0.01mm，高位h₁＝15.0799±0.01mm；

透平叶根2为纵树型叶根，透平叶根2的型线尺寸与真实叶根相同，模拟件1的厚度t＝15.0215±0.01mm，厚度t可根据试验设备的吨位来具体选择。

连接体3具有高度h，与冷却通道4位于连接体3内的纵剖面矩形长边e相同，连接体3的高度h可根据试验设备的空间来具体选择。

实施例二：一种利用带有冷却通道的透平叶根模拟件的疲劳试验方法，具体步骤如下，

步骤一，用有限元软件、流体计算软件计算原始叶根与试验模拟件1的应力场及温度场，来确定疲劳试验所需的疲劳拉伸机6最大拉力值、温度箱7的温度值、空气系统8的冷气量值和冷气温度，并根据计算结果选用适当的疲劳拉伸机6；

步骤二，通过疲劳拉伸机的夹具将模拟件1的透平叶根2进行夹紧固定，同时安装温度箱7及空气系统8，空气系统8向冷却通道4内注入气流；

步骤三，安装电子散斑干涉设备9，用于测量试验模拟件1透平叶根2的榫齿2-1、冷却通道4的应力集中位置的位移、应变数据用于实时监测；

步骤四，调整试验设备，调整疲劳拉伸机6拉力、温度箱7温度及空气系统8冷却空气流量，使之与透平叶根2的应力场、温度场相同，调节疲劳拉伸机6的拉伸频率，以断裂为试验终止标准，得出疲劳数据。

所述疲劳拉伸机6的夹具上设置有与模拟件1大小形状相同的安装槽，夹具上设置有气体介质入孔和气体介质出孔，气体介质入孔和气体介质出孔均与安装槽相连通。

所述空气系统8为可实现向气体介质入孔内注入恒温气流的空气系统及装置均可。

步骤一中疲劳拉伸机6最大拉力为10560N，所以选定疲劳拉伸机6的能量为2T；温度箱7的最高温度为550℃，所以选定温度箱7的量程温度为600℃；空气系统8的最大冷气量为0.0645kg/s、冷气温度470℃。

根据步骤四最终确定试验拉力为11640N，温度箱的温度为540℃，冷却空气流量为0.06kg/s、冷气温度470℃，疲劳拉伸机的拉伸频率为0.5Hz。

完成10件叶根疲劳试验模拟件1的疲劳试验，试验数据如下，根据试验数据、载荷谱、线性损伤累积理论及损伤等价理论，得到最终的疲劳寿命如下表：

叶根疲劳试验模拟件的破坏位置多发生在榫齿2-1缩颈截面处，与真实叶根破坏的位置相同；真实叶根破坏次数在48000次左右，与叶根疲劳试验模拟件的循环次数具有一定的匹配程度。

Claims (2)

1.一种利用带有冷却通道的透平叶根模拟件的疲劳试验方法，其特征在于，所述带有冷却通道的透平叶根模拟件，包括：透平叶根(2)和连接件(3)，所述连接件(3)两端对称设置有透平叶根(2)构成试验件主体，试验件主体内部竖直中心线位置设置有冷却通道(4)，试验件主体的前后两侧面上设置有模拟冷却通道(5)；

所述连接件(3)、透平叶根(2)、冷却通道(4)和模拟冷却通道(5)为一体铸造而成；所述冷却通道(4)的横向截面为矩形，冷却通道(4)的纵向截面包括端口矩形段、梯形段和中间矩形段，端口矩形段、梯形段和中间矩形段建立连接；

疲劳试验方法具体步骤如下，

步骤一，用有限元软件、流体计算软件计算原始叶根与试验模拟件(1)的应力场及温度场，来确定疲劳试验所需的疲劳拉伸机(6)最大拉力值、温度箱(7)的温度值、空气系统(8)的冷气量值和冷气温度，并根据计算结果选用适当的疲劳拉伸机(6)；

步骤二，通过疲劳拉伸机的夹具将模拟件(1)的透平叶根(2)进行夹紧固定，同时安装温度箱(7)及空气系统(8)，空气系统(8)向冷却通道(4)内注入气流；

步骤三，安装电子散斑干涉设备(9)，用于测量试验模拟件(1)透平叶根(2)的榫齿(2-1)、冷却通道(4)的应力集中位置的位移、应变数据用于实时监测；

步骤四，调整试验设备，调整疲劳拉伸机(6)拉力、温度箱(7)温度及空气系统(8)冷却空气流量，使之与透平叶根(2)的应力场、温度场相同，调节疲劳拉伸机(6)的拉伸频率，以断裂为试验终止标准，得出疲劳数据。

2.根据权利要求1所述的一种利用带有冷却通道的透平叶根模拟件的疲劳试验方法，其特征在于，所述疲劳拉伸机(6)的夹具上设置有与模拟件(1)大小形状相同的安装槽，夹具上设置有气体介质入孔和气体介质出孔，气体介质入孔和气体介质出孔均与安装槽相连通。