CN109765135A - 涡壳耐磨测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，提出一种涡壳耐磨测试系统，该涡壳耐磨测试系统可以包括进气装置、投砂装置、喷嘴和试验箱。进气装置用于提供预设流速的气流；投砂装置与进气装置连接，能够与所述进气装置配合提供预设浓度的砂尘；喷嘴为管状结构且包括输入端与输出端，输入端与投砂装置连接，输出端的端面与喷嘴的中心轴线具有预设角度；试验箱与喷嘴的输出端连接，用于安装待测试的涡壳。能够良好的模拟涡壳在实际工作中的工作环境，对涡壳进行了耐磨测试，可以检测涡壳耐磨指标是否能满足发动机的寿命要求。

Description

涡壳耐磨测试系统

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种涡壳耐磨测试系统。

背景技术

整体式粒子分离器是涡轴发动机所特有的进气装置。粒子分离器中的涡壳位于清除流道末端，其作用是收集砂尘异物并通过鼓风机的抽吸排出发动机，涡壳耐磨指标是否能满足发动机的寿命要求就显得特别重要。

目前，还没有对涡壳进行耐磨测试的装置，无法检测涡壳耐磨指标是否能满足发动机的寿命要求。

因此有必要设计一种涡壳耐磨测试系统。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术还没有对涡壳进行耐磨测试的装置，无法检测涡壳耐磨指标是否能满足发动机的寿命要求的不足，提供一种能够对涡壳进行耐磨测试的装置，可以检测涡壳耐磨指标是否能满足发动机的寿命要求的涡壳耐磨测试系统。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种涡壳耐磨测试系统，包括：

进气装置，用于提供预设流速的气流；

投砂装置，与所述进气装置连接，能够与所述进气装置配合提供预设浓度的砂尘；

喷嘴，为管状结构且包括输入端与输出端，输入端与所述投砂装置连接，输出端的端面与所述喷嘴的中心轴线具有预设角度；

试验箱，与所述喷嘴的所述输出端连接，用于安装待测试的涡壳。

在本公开的一种示例性实施例中，所述涡壳耐磨测试系统还包括：

排气装置，通过排气管道与所述试验箱连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述排气装置包括：

砂尘收集结构，通过排气管道与所述试验箱连接；

排气动力风机，与所述砂尘收集结构连接，用于从所述投砂装置中抽气；

排气流量调节阀，与所述排气动力风机连接，用于调节排气管道内气流的流速；

排气流量测量结构，与所述排气流量调节阀连接，用于测量所述排气管道内气流的流速。

在本公开的一种示例性实施例中，所述进气装置包括：

进气动力风机，用于向所述投砂装置吹气；

进气流量调节阀，与所述进气动力风机的出风口连接，用于调节所述气流的流速以及气流的通过时间；

进气流量测量结构，与所述进气流量调节阀连接，用于测量所述气流的流速。

在本公开的一种示例性实施例中，所述气流的通过时间与所述预设浓度成负相关。

在本公开的一种示例性实施例中，所述投砂装置包括：

混合腔，通过进气管道与所述进气装置连接，用于气流与砂尘的混合；

投砂管路，包括相互连通的第一段与第二段，所述第二段与所述进气管道以及所述喷嘴同中心轴线设置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述混合腔包括：

投砂部，通过进气管道与所述进气装置连接，所述投砂管路设置于所述投砂部；

连接部，为锥形管状结构，连接于所述投砂部与所述喷嘴之间。

在本公开的一种示例性实施例中，所述投砂管路的所述第一段与所述第二段垂直设置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述预设流速大于等于63m/s小于等于73m/s。

在本公开的一种示例性实施例中，所述预设角度大于等于32°小于等于38°。

由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本发明涡壳耐磨测试系统，将进气装置中预设流速的气流与投砂装置投入的砂尘进行混合得到预设浓度的砂尘，经由喷嘴对试验箱内的涡壳进行耐磨测试，喷嘴的输入端连接于投砂装置，输出端的端面与喷嘴的中心轴线具有预设角度；涡壳安装在试验箱内，砂尘通过喷嘴对涡壳进行耐磨测试。一方面，涡壳耐磨测试系统能够良好的模拟涡壳在实际工作中的工作环境，对涡壳进行了耐磨测试，可以检测涡壳耐磨指标是否能满足发动机的寿命要求；另一方面，喷嘴的第二端的端面与喷嘴的中心轴线具有预设角度，喷射出的砂尘与涡壳的接触面积增大，增大了耐磨测试的面积，加快了试验效率。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是粒子分离器的工作原理示意图；

图2是本发明未加入排气装置时涡壳耐磨测试系统结构示意图；

图3是本发明投砂装置的结构示意图；

图4是本发明加入排气装置后涡壳耐磨测试系统的结构示意图；

图5是本发明排气装置结构原理示意图；

图6是本发明涡壳测量点编号的示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：

1、进气装置；11、进气管道；12、进气流量测量结构；13、进气流量调节阀；14、进气动力风机；

2、投砂装置；21、混合腔；211、投砂部；212、连接部；22、投砂管路；23、投砂漏斗；

3、喷嘴；4、试验箱；41、安装架；

5、排气装置；51、排气管道；52、砂尘收集结构；53、排气流量测量结构；54、排气流量调节阀；55、排气动力风机；6、涡壳；

S1、带砂尘空气；S2、清洁空气；A、砂尘出口。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

整体式粒子分离器是涡轴发动机所特有的进气装置1，参照图1所示，进入装置的来流被分成中心气流和清除流。其主要功能是进气并将进入发动机进气道的外物(砂尘、树叶、草、飞鸟等)通过清除流道排出，以防止外物进入中心流道后磨损发动机内部机件或者影响发动机稳定工作等，带砂尘空气S1粒子分离器，冲刷涡壳6，最后将砂尘空气S1分为清洁空气S2以及砂尘，并将砂尘由砂尘出口A排出。它的分离原理是通过合适的流道型面或叶栅建立惯性力场来达到分离外物的目的。涡壳6采用的主要材料为非金属玻璃钢，为了增强涡壳的耐磨的能力，在涡壳6流道内表面敷设了一层耐磨蚀的弹性体物质。

基于上述功能和要求，本发明提供一种涡壳6耐磨测试系统，参照图2所示，该涡壳6耐磨测试系统可以包括进气装置1、投砂装置2、喷嘴3和试验箱4。进气装置1用于提供预设流速的气流；投砂装置2与进气装置1连接，能够与所述进气装置1配合提供预设浓度的砂尘；喷嘴3为管状结构且包括输入端与输出端，输入端与投砂装置2连接，输出端的端面与喷嘴3的中心轴线具有预设角度；试验箱4与喷嘴3的输出端连接，用于安装待测试的涡壳6。

涡壳6耐磨测试系统能够良好的模拟涡壳6在实际工作中的工作环境，对涡壳6进行了耐磨测试，可以检测涡壳6耐磨指标是否能满足发动机的寿命要求；喷嘴3的输出端的端面与喷嘴3的中心轴线具有预设角度，涡壳6通过安装架41与喷嘴3的输出端的端面平行设置，增大了耐磨测试的面积，加快了试验效率。

在本示例实施方式中，参照图2所示，进气装置1用于提供预设流速的气流，预设流速可以是大于等于63m/s小于等于73m/s；进气装置1可以包括进气动力风机14、进气流量调节阀13和进气流量测量结构12。进气动力风机14用于向投砂装置2吹气；进气流量调节阀13与进气动力风机14的出风口连接，用于调节气流的流速以及气流的通过时间，进气流量调节阀13可以是通过手动来控制调节调节进气管道11内气流的流速以及气流的通过时间，也可以是通过自动控制装置来调节，只要能够完成对进气管道11内气流的流速的调节以及气流的通过时间即可，在本实施方式中不做特殊限定。

进气流量测量结构12与所述进气流量调节阀13连接，用于测量所述气流的流速。其中，气流的通过时间可以与砂尘预设浓度成负相关。

在本示例实施方式中，参照图3所示，投砂装置2投砂装置2通过进气管道11与进气装置1连接，能够与所述进气装置1配合提供预设浓度的砂尘，砂尘的预设浓度以及砂尘的颗粒尺寸比例可以根据实际工作状态进行调整。

投砂装置2可以包括混合腔21和投砂管路22，混合腔21可以包括投砂部211以及连接部212，投砂部211可以为矩形容器，上侧设置有开口，该开口处可以设有投砂漏斗23，用于将砂尘加入投砂部211，投砂部211设置有投砂管路22，投砂漏斗23与投砂管路22相互连通。投砂管路22可以包括相互连通的第一段与第二段，第一段与漏斗连接，第二段可以与第一段垂直设置，即该投砂管路22为T形管，第二段与近气管路以及喷嘴3同中心轴线设置，以使得砂尘能够更好的与从近期管道流过的气体混合。对涡壳6的测试更加准确。

连接部212用于连接投砂部211与喷嘴3，连接部212可以是锥形管，开口较大的一端与投砂部211连接，开口较小的一端与喷嘴3连接，使得投砂部211内的砂尘与气流能够准确的经由喷嘴3进入试验箱4。

在本示例实施方式中，喷嘴3可以包括输入端与输出端，喷嘴3的径向截面可以是矩形、圆形、三角形或其他形状，喷嘴3的输入端与投砂装置2连接，输出端的端面与喷嘴3的中心轴线具有预设角度；气流与砂尘由输入端进入于输出端排出。喷嘴3与地面平行设置，远离地面的一侧的长度小于靠近地面的一侧的长度，使得喷嘴3的输出端的端面与喷嘴3的中心轴线形成预设角度。预设角度的大小可以是大于等于32°小于等于38°。

在本示例实施方式中，参照图2所示，试验箱4与喷嘴3连接，可以包括用于安装涡壳6的安装架41；所述安装架41使得所述涡壳6与所述输出端的端面平行，安装板可以是包括平行设置的第一安装架41以及第二安装架41，第一安装架41设置在试验箱4靠近喷嘴3的一侧，且第一安装架41的高度大于第二安装架41，以使得安装于第一安装架41和第二安装架41之间的涡壳6与喷嘴3输出端的端面平行，这样能够更好的模拟涡壳6在实际工作中的工作环境。

本发明涡壳6耐磨测试系统还可以包括排气装置5，参照图5所示，排气装置5通过排气管道51与试验箱4连接，用于将试验箱4中的的砂尘与气流排出。排气管道51可以是软管也可以是硬管，排气管道51的径向截面可以是圆形、三角形、矩形等，在此不做具体限定。

参照图5所示，排气装置5可以包括砂尘收集结构52、排气动力风机55、排气流量调节阀54和排气器流量测量结构。砂尘收集结构52通过排气管道51与试验箱4连接，用于收集试验箱4内的砂尘，防止对空气以及实验环境造成污染。

排气动力风机55与砂尘收集结构52连接，用于从试验箱4中抽气，并将实验箱中的砂尘吸入砂尘收集装置；排气流量调节阀54与排气动力风机55连接用于调节排气管道51内气流的流速，排气流量调节阀54可以是通过手动来控制调节调节排气管道51内气流的流速也可以是通过自动控制装置来调节，只要能够完成对排气管道51内气流的流速的调节即可，在本实施方式中不做特殊限定。

排气器流量测量结构与排气流量调节阀54连接，用于测量所述排气管道51内气流的流速超过一定的预设值时，采用排气流量测量结构53来控制气体流量以及流速。

以下通过具体的实施方式中来说明本发明的工作原理：

可以分别对涡壳6材料表面三种不同涂层厚度(0.3mm、0.5mm、0.7mm)的试验件按以下参数要求进行砂尘耐磨试验或等效加速试验。

在本示例实施方式中，采用的预设流速为V＝(68±5)m/s，即预设流速大于等于63m/s小于等于73m/s；预设砂尘浓度为C试＝(53±20)mg/m3，即预设浓度可以大于等于33mg/m3小于等于73mg/m3，采用的预设角度可以为35°±3，即预设角度大于等于32°小于等于38°。砂尘中砂砾的尺寸比例构成如表一所示：

表1

粒子尺寸(μm)	0～75	75～125	125～200	200～400	400～600	600～900	900～1000
								质量百分数(％)	5	15	28	36	11	3.5	1.5

表一为砂尘中砂砾的尺寸比例构成。

气流的通过时间可以是指为t试＝50h，为了减少测试时间，可以采用等效加速试验的方法来对涡壳6进行测试，即上述砂尘预设浓度与气流通过时间成负相关，即对涡壳进行实验的砂尘的总量不变，砂尘的总量可以是2kg，可以表示为C试×t试＝C×t，为了保证实验的精度，实际试验时间不应当小于5小时。

参照图6所示，涡壳6的规格可以为尺寸200mm×150mm×1.5mm，对表面涂层厚度分别为0.3mm，0.5mm，0.7mm的三个涡壳6进行试验，对将涂层厚度不同的涡壳6材料进行编号并将每件试样在有效的测量段内均匀的分成n个测量点，试样和测量点编号采用永久标注，测量点的编号可以是12个，也可以是9个，还可以是更多个，在此不做特殊限定。调整喷嘴3轴向位置，保证喷嘴3斜口面与样件被冲刷面的距离为10～30mm。试验件数量、弹性体涂层厚度、各项参数等，可依据试验及使用要求作相应调整。

开启进气动力风机14，通过进气流量调节阀13调节喷嘴3进气流量，达到规定值后稳定状态，开启投砂装置2，对涡壳6试验件进行50小时连续砂尘冲刷耐磨试验，完成投砂后，停止进气动力风机14，取出试验件，对测点进行测量记录。

在另一种示例实施方式中，为了节约时间可以增大砂尘的预设浓度来调节测试时间。

在本示例实施方式中，首先，开启动力风机，通过调节阀来调节进气流量以保证喷嘴3出口气流速度V＝(68±5)m/s的要求。然后，开启投砂装置2，通过调节投砂装置2的步进电机转速，来保证一次投砂的时间控制在t＝(42±3)min以内，即将时间控制在大于等于39min小于等于45min的范围内，从而保证预设浓度C＝(530±20)mg/m3的要求，即预设浓度大于等于510mg/m3小于等于550mg/m3可以进行多次实验，以获得更加准确的实验数据。例如，按照上述步骤进行7次试验，累计投砂时间大于等于5小时能够得到更精确的实验数据。

对试样采用永久标注的测点进行试验件厚度测量，并进行前后对比，确定磨损量。也可按投砂量多少，分阶段测量，确定磨损过程。

上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

本说明书中，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

Claims (10)

1.一种涡壳耐磨测试系统，其特征在于，包括：

进气装置，用于提供预设流速的气流；

投砂装置，与所述进气装置连接，能够与所述进气装置配合提供预设浓度的砂尘；

喷嘴，为管状结构且包括输入端与输出端，输入端与所述投砂装置连接，输出端的端面与所述喷嘴的中心轴线具有预设角度；

试验箱，与所述喷嘴的所述输出端连接，用于安装待测试的涡壳。

2.根据权利要求1所述的涡壳耐磨测试系统，其特征在于，所述涡壳耐磨测试系统还包括：

排气装置，与所述试验箱连接。

3.根据权利要求2所述的涡壳耐磨测试系统，其特征在于，所述排气装置包括：

砂尘收集结构，通过排气管道与所述试验箱连接；

排气动力风机，与所述砂尘收集结构连接，用于从所述投砂装置中抽气；

排气流量调节阀，与所述排气动力风机连接，用于调节排气管道内气流的流速；

排气流量测量结构，与所述排气流量调节阀连接，用于测量所述排气管道内气流的流速。

4.根据权利要求1所述的涡壳耐磨测试系统，其特征在于，所述进气装置包括：

进气动力风机，用于向所述投砂装置吹气；

进气流量调节阀，与所述进气动力风机的出风口连接，用于调节所述气流的流速以及气流的通过时间；

进气流量测量结构，与所述进气流量调节阀连接，用于测量所述气流的流速。

5.根据权利要求4所述的涡壳耐磨测试系统，其特征在于，所述气流的通过时间与所述预设浓度成负相关。

6.根据权利要求1所述的涡壳耐磨测试系统，其特征在于，所述投砂装置包括：

混合腔，通过进气管道与所述进气装置连接，用于气流与砂尘的混合；

投砂管路，包括相互连通的第一段与第二段，所述第二段与所述进气管道以及所述喷嘴同中心轴线设置。

7.根据权利要求6所述的涡壳耐磨测试系统，其特征在于，所述混合腔包括：

投砂部，通过进气管道与所述进气装置连接，所述投砂管路设置于所述投砂部；

连接部，为锥形管状结构，连接于所述投砂部与所述喷嘴之间。

8.根据权利要求6所述的涡壳耐磨测试系统，其特征在于，所述投砂管路的所述第一段与所述第二段垂直设置。

9.根据权利要求1所述的涡壳耐磨测试系统，其特征在于，所述预设流速大于等于63m/s小于等于73m/s。

10.根据权利要求1所述的涡壳耐磨测试系统，其特征在于，所述预设角度大于等于32°小于等于38°。