CN111780887A - 接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置及方法。测量装置，包括凸台、螺母、螺栓、数个长条形弹片、以及数个测温元件；螺栓包括螺杆和头部；凸台设有通孔，全部弹片的一端与凸台相连，并沿通孔外围周向间隔分布；弹片另一端设有突起部，每个测温元件对应安装于一个突起部上；螺杆穿过通孔，头部位于全部弹片之间，并且头部与弹片相抵触；螺母从凸台远离弹片的一侧与螺杆旋接。测量方法，包括将测量装置的所有弹片插入空心圆管试件，并使得全部测温元件与空心圆管试件的内壁接触。通过旋紧螺母，使得各弹片受到螺栓头部浅槽向外挤压，产生挠性变形，致使热电偶压紧在试件内壁的不同周向位置，从而实现内壁温度的多点测量。

Description

接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置及方法

技术领域

本公开涉及空心圆管内壁温度测量，尤其涉及接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置及方法。

背景技术

航空发动机作为飞机上的核心部件之一，其大量零部件处在复杂恶劣的工作条件下，承受着高温、高压、高转速的工作负荷，而涡轮叶片是承受上述高负荷的最具代表性的零部件。航空发动机的叶片在起飞、巡航、降落、停机等过程会承受非对称循环载荷及温度变化，这会导致叶片材料的低周疲劳失效和热机循环疲劳失效。因此，对单晶材料疲劳性能的研究及其疲劳寿命预测便成为了涡轮叶片结构强度设计的基础工作。

数据统计表明在燃气涡轮喷气发动机的破坏事故中，与疲劳有关的占到49％。涡轮作为发动机的重要热端部件，其工况更为恶劣，疲劳破坏问题更为突出。在工作期间，由于飞行状态的经常性改变，发动机将会反复地经历启动、加速、减速以及停车等过程，使得燃气温度、压强以及转子转速随之发生改变。因此，涡轮部件的温度场分布以及受到的机械载荷实际是处于一个变化不定的状态，即热机械疲劳(thermomechanical fatigue，简称TMF)状态。TMF将会造成涡轮材料力学性能的严重退化，对于发动机的结构可靠性和耐久性无疑是一个严峻的考验。

为了模拟以上的TMF状态，在试验室条件下进行的TMF试验同时包括机械载荷和温度的循环变化。相比于常见的实心圆棒试件、实心矩形截面试件等，空心圆管试件可获得更加快速的加热/冷却速率，缩短循环时间，并且具有更好的温度均匀性，是ISO、欧盟、美国以及国内标准制定机构所推荐的材料热机械疲劳试件形式。对于采用感应加热的航空发动机热端部件材料高温试验，通常采用焊接或兜接的方法来保证热电偶与试件紧密接触。但焊接时产生的瞬间高温容易对试件表面造成初始损伤，而且对于空心圆管试件内壁温度的测量，由于TMF试样长径比大，焊接法技术难度过大，极易造成虚焊，焊点失效。

现有技术中，有通过与试件夹持端凸台卡扣连接的金属片，实现对内壁温度的单点测量，这样难以在一次试验中完成对试件内壁的整体温度评价。而且由于金属片材料刚性较大，很可能造成在金属片扣紧后对热电偶的压紧力不足，在试件受到压缩载荷时存在热电偶与试件内壁脱离的风险。另外，在高温试验时金属片会产生应力松弛，同样也会引起压紧力的衰减。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置及方法，具体实现方式：

一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置，包括凸台、螺母、螺栓、数个长条形弹片、以及数个测温元件；所述螺栓包括螺杆和与所述螺杆相连的头部；

所述凸台设有一可穿过所述螺杆的通孔，全部所述弹片的一端与所述凸台相连，并沿所述通孔外围周向间隔分布；所述弹片远离所述凸台的一端设有突起部，每个所述测温元件对应安装于一个所述突起部上；

所述螺杆从所述凸台连接有所述弹片的一侧穿过所述通孔，所述头部位于全部所述弹片之间，并且所述头部与所述弹片相抵触；所述螺母从所述凸台远离所述弹片的一侧与所述螺杆旋接。

进一步地，所述头部开设有数个浅槽，每个所述弹片对应嵌接于一个所述浅槽。

进一步地，所述凸台的一侧面设有环绕所述通孔的凸缘部；所述弹片的一端与所述凸缘部固定相连。

进一步地，所述浅槽的槽底为平面。

进一步地，所述弹片的数量为四个，所述测温元件的数量为四个，四个所述弹片沿所述通孔外围周向均匀间隔分布。

进一步地，所述弹片为金属片。

一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量方法，包括以下步骤：

S1,将上述任一项所述的测量装置的所有所述弹片插入空心圆管试件，并使得全部所述测温元件与所述空心圆管试件的内壁接触；

S2，所述测温元件获取所述空心圆管试件的内壁接触点的温度。

进一步地，在所述测量装置插入所述空心圆管试件之后，必要时，可旋松或旋紧所述螺母，以调节所述测温元件与所述空心圆管试件内壁接触的压力。

进一步地，在将所述测量装置插入所述空心圆管试件之前，先在所述空心圆管试件的其中一端口的内沿加工一个的环形凹槽；

当所述测量装置插入所述空心圆管试件后，所述凸台嵌接于所述环形凹槽内。

进一步地，所述空心圆管试件包括两个夹持段和位于两个所述夹持端之间的考核段，所述测量装置插入所述空心圆管试件时，所述测温元件位于所述考核段内。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开的测量装置的组合结构示意图；

图2是本公开的测量装置的分解结构示意图；

图3是本公开的所述弹片于所述凸台组装后的结构示意图；

图4是图3中C向的结构示意图；

图5是本公开的凸台的结构示意图；

图6是本公开的凸台的主视结构示意图；

图7是本公开的弹片的结构示意图；

图8是本公开的弹片于所述测温元件组装结构示意图；

图9是本公开的螺栓的结构示意图；

图10是本公开的螺栓的头部的主视结构示意图；

图11是本公开的空心圆管试件的结构示意图；

图12是本公开的空心圆管试件未加工凹槽前的结构示意图；

图13是本公开的测量装置，所述螺母未拧紧前的结构示意图；

图14是本公开的测量装置，所述螺母拧紧后的结构示意图；

图15是本公开的测量装置与空心圆管试件组装后的机构示意图；

图16是图15中a处的局部放大示意图；

空心圆管试件1、螺母2、凸台3、螺栓4、弹片5、测温元件6、凹槽11、通孔31、凸缘部32、头部41、螺杆42、浅槽43。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

实施例一

参照图1-图10、图15，本实施例提供了一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置，包括凸台3、螺母2、螺栓4、数个长条形弹片5、以及数个测温元件6；所述螺栓4包括螺杆42和与所述螺杆42相连的头部41；所述凸台3设有一可穿过所述螺杆42的通孔31，全部所述弹片5的一端与所述凸台3相连，并沿所述通孔31外围周向间隔分布；所述弹片5远离所述凸台3的一端设有突起部，每个所述测温元件6对应安装于一个所述突起部上；所述螺杆42从所述凸台3连接有所述弹片5的一侧穿过所述通孔31，所述头部41位于全部所述弹片5之间，并且所述头部41与所述弹片5相抵触；所述螺母2从所述凸台3远离所述弹片5的一侧与所述螺杆42旋接。

本实施例通过将所述测温元件6安装于长条形弹片5的突起部，由于所述螺栓4的所述头部41与所述弹片5的一端相抵触，并且所述头部41位于所有所述弹片5之间，这样使得所有弹片5被所述头部41挤压翘起，安装有所述测温元件6的一端形成一定的向上挤压得压力，使得所述测温元件6能够紧贴于被测量的所述空心圆管试件1的内壁，防止松动，确保测温时，所述测温元件6与所述空心圆管试件1内壁具有可靠的接触，提高测温的稳定性和可靠性。

本实施例将数个所述弹片5的一端与所述凸台3相连，并沿所述通孔31外围周向间隔分布；每个所述弹片5上均装有一个所述测温元件6，这样使得所有所述测温元件6能够同时测量所述空心圆管试件1内壁的不同周向位置的温度。

本实施例中，所述弹片5和所述测温元件6的数量可根据需要设置的温度测量点确定，例如当有四个测温点时，所述弹片5的数量为四个，所述测温元件6的数量为四个，所述弹片5之间得距离可以是等距，也可按不等距离相互间隔。

本实施例中，所述弹片5优选用金属片，所述测温元件6优选用热电偶。所述热电偶可通过焊接工艺固定安装于所述弹片5的所述突起部。

为了便于安装固定所述弹片5，所述凸台3的一侧面设有环绕所述通孔31的凸缘部32；所述弹片5的一端与所述凸缘部32固定相连，所述弹片5可通过焊接工艺固定在所述凸缘部32。

本实施例中，所述罗算得所述头部41开设有数个浅槽43，每个所述弹片5对应嵌接于一个所述浅槽43。所述浅槽43的槽底为平面。

本实施例通过设置所述浅槽43用于安装所述弹片5，使得弹片5的位置相对固定，避免沿所述螺栓4的周向滑动，导致弹片5松动，提高温度测量的稳定性。由于所述弹片5的长条的长方体形状，因此将所述浅槽43的槽底设置承平面，以提升对所述弹片5的支撑面，以使得弹片5与螺栓4之间的周向位置相对固定，在将所述测量装置插入所述空心圆管试件1内壁时，以及旋转螺母2调节所述测温元件6与所述空心圆管试件1内壁接触的压力时，弹片5不会发生晃动。应当说明的，以上只是一种实施方式，当所述弹片5补上平直的长条状长方体时，可根据所述弹片5的形状，设置所述浅槽43的槽底形状，以使得所述弹片5能够尽量贴合于所述浅槽43的槽底。

实施例二

参照图1-图16，本实施例提供一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量，包括以下步骤：

S1,将上述任一项所述的测量装置的所有所述弹片5插入空心圆管试件1，并使得全部所述测温元件6与所述空心圆管试件1的内壁接触；

S2，所述测温元件6获取所述空心圆管试件1的内壁接触点的温度。

在所述测量装置插入所述空心圆管试件1之后，必要时，可旋松或旋紧所述螺母2，以调节所述测温元件6与所述空心圆管试件1内壁接触的压力。通过改变螺栓4拧入的程度实现四个弹片5张开尺寸的变化，从而使接触压力连续可调，实现测温元件6与空心圆管试件1内壁的紧密接触，保证温度测量过程中测温元件6始终压紧。

所述空心圆管试件1包括两个夹持段和位于两个所述夹持端之间的考核段，所述测量装置插入所述空心圆管试件1时，所述测温元件6位于所述考核段内。

在将所述测量装置插入所述空心圆管试件1之前，先在所述空心圆管试件1的其中一端口的内沿加工一个的环形凹槽11；当所述测量装置插入所述空心圆管试件1后，所述凸台3嵌接于所述环形凹槽11内。起到定位和限位的作用，这时，所述测温元件6正好位于所述考核段内。

实施例三

本实施例在实施例一和实施例二的基础上，进一步的说明。

参照图1-图16，本实施例以四个温度测量点为例，此时，所述弹片5和所述测温元件6的数量均为四个，所述空心圆管试件1的内径为D。将所述测试装置装入所述空心圆管试件1，并且所述凸台3嵌接到所述凹槽11，所述凹槽11的直径为A，所述凸台3的外形直径为a，中间的所述通孔31直径为d，其中d＜D＜a＜A。所述弹片5的宽度为W，上下相对的两个弹片5、以及装于所述弹片5上的所述测温元件6的总高度为H，H＜D。

所述浅槽43的宽度为W，或略大于W，使得所述弹片5卡接于所述浅槽43内，在螺栓4拧紧后，上下相对的两个弹片5、以及装于所述弹片5上的所述测温元件6的总高度为h，h＞D。

由于H小于D，随着螺母2的拧紧，h＞D，各弹片受到螺栓4头部41浅槽43向外挤压，产生挠性变形，致使热电偶压紧在试件内壁的不同周向位置，从而实现内壁温度的多点测量。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置，其特征在于，包括凸台、螺母、螺栓、数个长条形弹片、以及数个测温元件；所述螺栓包括螺杆和与所述螺杆相连的头部；

所述凸台设有一可穿过所述螺杆的通孔，全部所述弹片的一端与所述凸台相连，并沿所述通孔外围周向间隔分布；所述弹片远离所述凸台的一端设有突起部，每个所述测温元件对应安装于一个所述突起部上；

所述螺杆从所述凸台连接有所述弹片的一侧穿过所述通孔，所述头部位于全部所述弹片之间，并且所述头部与所述弹片相抵触；所述螺母从所述凸台远离所述弹片的一侧与所述螺杆旋接。

2.如权利要求1所述的一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置，其特征在于，所述头部开设有数个浅槽，每个所述弹片对应嵌接于一个所述浅槽。

3.如权利要求1所述的一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置，其特征在于，所述凸台的一侧面设有环绕所述通孔的凸缘部；所述弹片的一端与所述凸缘部固定相连。

4.如权利要求2所述的一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置，其特征在于，所述浅槽的槽底为平面。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置，其特征在于，所述弹片的数量为四个，所述测温元件的数量为四个，四个所述弹片沿所述通孔外围周向均匀间隔分布。

6.如权利要求1-4任一项所述的一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量装置，其特征在于，所述弹片为金属片。

7.一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1,将权利要求1-6任一项所述的测量装置的所有所述弹片插入空心圆管试件，并使得全部所述测温元件与所述空心圆管试件的内壁接触；

S2，所述测温元件获取所述空心圆管试件的内壁接触点的温度。

8.如权利要求7所述的一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量方法，其特征在于，在所述测量装置插入所述空心圆管试件之后，必要时，可旋松或旋紧所述螺母，以调节所述测温元件与所述空心圆管试件内壁接触的压力。

9.如权利要求7所述的一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量方法，其特征在于，在将所述测量装置插入所述空心圆管试件之前，先在所述空心圆管试件的其中一端口的内沿加工一个的环形凹槽；

当所述测量装置插入所述空心圆管试件后，所述凸台嵌接于所述环形凹槽内。

10.如权利要求7或8或9所述的一种接触压力可调的空心圆管内壁多点温度测量方法，其特征在于，所述空心圆管试件包括两个夹持段和位于两个所述夹持端之间的考核段，所述测量装置插入所述空心圆管试件时，所述测温元件位于所述考核段内。

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