CN113588245A - 一种立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，包括：试验器台架，试验器台架内部有一个真空试验舱的空间，试验器台架上安装有将真空试验舱内部的空气抽出满足试验真空度要求的泵体；试验器台架上安装有伸入真空试验舱内的动力组件，试验件在伸入真空试验舱内的动力组件固定和获得旋转；真空试验舱内固定有对试验件外周包围的加温组件，加温组件能从试验件最大外径的盘缘辐射加温，以及从试验件最小内径通孔的盘心反向加温。保证试验件盘心温度比盘缘温度高，满足反向温度场的试验要求，解决了现有技术难以实现盘缘与盘心之间具有梯度温度场的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，属于温度场控制装置技术领域。
背景技术
在航空发动机转子系统上进行航空发动机转子强度和疲劳试验时，为尽可能模拟发动机工作状态，除对转子施加离心载荷外，常常需要施加温度载荷。如在《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》中明确规定转子超转试验应在“第一级涡轮转子进口稳态最高允许的燃气温度”下进行，轮盘破裂试验时“内孔或盘心材料应达到最高设计温度”。在联邦航空条例规定涡轮转子强度要求确定试验条件时，应根据发动机的测量温度准确分析确定温度和温度梯度。若试验状态达不到上述确定的温度和温度梯度，则应通过调整试验转速或叶片质量加以补偿。通常，航空发动机转子试验在中真空(1～1000bar)的环境中进行。为能在试验过程中更好地保持试验转子温度稳定，同时降低试验器能耗，需要提高试验环境真空度水平。.
目前航空发动机转子试验器(中国专利公开号为CN110987390A一种实现涡轮叶片梯度温度场的旋转疲劳试验装置及方法)可以达到接近高真空的真空度水平。但是随着真空度的提高，试验件易于形成均匀温度场，难以实现盘缘与盘心之间具有梯度的温度场。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，包括：
试验器台架，试验器台架内部有一个真空试验舱的空间，试验器台架上安装有将真空试验舱内部的空气抽出满足试验真空度要求的泵体；
试验器台架上安装有伸入真空试验舱内的动力组件，试验件在伸入真空试验舱内的动力组件固定和获得旋转；
真空试验舱内固定有对试验件外周包围的加温组件，加温组件能从试验件最大外径的盘缘辐射加温，以及从试验件最小内径通孔的盘心反向加温。
所述动力组件包括可旋转贯穿试验器台架伸入真空试验舱内的主轴、与主轴连接的增速器、与增速器连接的电机，主轴伸入真空试验舱内的端部与试验件固定，电机提供原始的旋转动力，使得主轴带动试验件旋转。
所述主轴通过高速联轴器与增速器连接。
所述增速器经低速联轴器与电机连接。
所述加温组件包括相对固定在试验器台架内对立面上对试验件盘缘包围的上电炉和下电炉、固定在试验器台架上对上电炉和下电炉包围的侧电炉、固定在试验器台架上贯穿至试验件内部的反向温度场加温机构，下电炉、上电炉、侧电炉对试验件包围从试验件最大外径的盘缘辐射加温，反向温度场加温机构从试验件最小内径通孔的盘心反向加温。
所述加温组件还包括固定在试验器台架内对试验件进行降温冷却的冷却水套，冷却水套连通有进水管、出水管，冷却水从进水管进入冷却水套内部，在冷却水套内升温后的水从出水管排出，使得冷却水套内部形成对试验件冷却的水循环流动，实现冷却水套对试验件的盘心温度场、盘缘温度场及幅板温度场进行降温冷却。
所述加温组件还包括紧贴于下电炉内壁的下隔热套、紧贴于上电炉的上隔热套，下电炉、上电炉、侧电炉、反向温度场加温机构对试验件进行加温时，在下隔热套和上隔热套以及反向温度场加温机构结构的作用下，对试验件中心区域热量进行隔热以及防止热量辐射到试验件腹板以及盘缘处，起到隔绝电炉热辐射作用。
所述反向温度场加温机构由炉心耐火衬、盘旋在炉心耐火衬上的炉丝、套在炉心耐火衬外部的防护罩、固定在防护罩上对炉心耐火衬支撑的底板、贯穿安装在底板与炉丝电性连接的炉丝接线柱、固定在底板上的螺栓杆组成，螺栓杆与试验器台架固定，防护罩上有多个辐射散热的通孔，炉丝接线柱接电线通电后，炉丝通电发热从通孔辐射散热，对试验件盘心进行加温。
还包括控制系统。
所述控制系统包括固定在试验器台架上伸入真空试验舱内对试验件的盘缘和盘心温度进行测试的K型热电偶测温件、与K型热电偶测温件电性连接的数据采集系统、固定在主轴上的测速齿轮、对测速齿轮进行测速的并与数据采集系统电性连接的位移传感器、与数据采集系统连接的控制系统、安装在进水管和出水管上的循环冷却水控制阀，循环冷却水控制阀的控制端和电机的控制端与控制系统电性连接。
本发明的有益效果在于：加温组件能从试验件最大外径的盘缘辐射加温，以及从试验件最小内径通孔的盘心反向加温。保证试验件盘心温度比盘缘温度高，满足反向温度场的试验要求，解决了现有技术难以实现盘缘与盘心之间具有梯度温度场的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明反向温度场加温机构的剖面结构示意图；
图中：1-下隔热套；2-下电炉；3-侧电炉；4-上电炉；5-上隔热套；6-循环冷却水控制阀；7-主轴；8-测速齿轮；9-高速联轴器；10-增速器；11-低速联轴器；12-电机；13-位移传感器；14-数据采集系统；15-控制系统；16-试验器台架；17-冷却水套；18-试验件；19-反向温度场加温机构；20-真空试验舱；21-K型热电偶测温件；191-炉心耐火衬；192-炉丝；193-防护罩；194-底板；195-炉丝接线柱；196-螺栓杆。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
参见图1至图2所示。
本发明的一种立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，包括：
试验器台架16，试验器台架16内部有一个真空试验舱20的空间，试验器台架16上安装有将真空试验舱20内部的空气抽出满足试验真空度要求的泵体；
试验器台架16顶部上安装有伸入真空试验舱20内的动力组件，动力组件用于试验件18在真空试验舱20内的固定安装和带动试验件18在真空试验舱20内进行旋转；
所述动力组件包括可旋转垂直贯穿试验器台架16顶部伸入真空试验舱20内的主轴7、通过高速联轴器9与主轴7连接的增速器10、经低速联轴器11与增速器10连接的电机12，主轴7伸入真空试验舱20内的端部经转接段和螺钉与试验件18固定，电机12提供原始的旋转动力通过低速联轴器11、增速器10、高速联轴器9传递到主轴7上，使得位于真空试验舱20内的主轴7端部发生旋转，使得作为试验件18的立式轮盘在真空试验舱20内进行旋转。
所述试验器台架16的真空试验舱20内固定有对试验件18外周包围的加温组件，加温组件能从试验件18最大外径的盘缘辐射加温，以及从试验件18最小内径通孔的盘心反向加温，保证试验件18盘心温度比盘缘温度高，满足反向温度场的试验要求。
所述加温组件包括相对固定在试验器台架16内对立面上对试验件18盘缘包围的上电炉4和下电炉2、固定在试验器台架16上对上电炉4和下电炉2包围的侧电炉3、固定在试验器台架16上贯穿至试验件18内部的反向温度场加温机构19，下电炉2、上电炉4、侧电炉3对试验件18包围从试验件18最大外径的盘缘辐射加温，反向温度场加温机构19从试验件18最小内径通孔的盘心反向加温。
所述加温组件还包括固定在试验器台架16内对试验件18进行降温冷却的冷却水套17，冷却水套17底部靠向转接段位于试验件18上方但不与转接段接触，冷却水套17连通有进水管、出水管，冷却水从进水管进入冷却水套17内部，在冷却水套17内升温后的水从出水管排出，使得冷却水套17内部形成对试验件18冷却的水循环流动，实现冷却水套17对试验件18的盘心温度场、盘缘温度场及幅板温度场进行降温冷却。
所述加温组件还包括紧贴于下电炉2内壁的下隔热套1、紧贴于上电炉4的上隔热套5，上隔热套5位于冷却水套17和上电炉4之间的上电炉4内壁上，下电炉2、上电炉4、侧电炉3、反向温度场加温机构19对试验件18进行加温时，在下隔热套1和上隔热套5以及反向温度场加温机构19结构的作用下，对试验件18中心区域热量进行隔热以防止热量辐射到试验件18腹板以及盘缘处，起到隔绝电炉热辐射作用。
所述反向温度场加温机构19由炉心耐火衬191、盘旋在炉心耐火衬191上的炉丝192、套在炉心耐火衬191外部的防护罩193、通过螺栓固定在防护罩193上对炉心耐火衬191支撑的底板194、贯穿安装在底板194与炉丝192电性连接的炉丝接线柱195、焊接固定在底板194上的螺栓杆196组成，反向温度场加温机构19通过螺栓杆196与试验器台架16固定，防护罩193上有多个辐射散热的通孔，炉丝接线柱195接电线通电后，炉丝192通电发热从通孔辐射散热，对试验件18盘心进行加温。
还包括控制系统，所述控制系统包括固定在试验器台架16上伸入真空试验舱20内对试验件18的盘缘和盘心温度进行测试的K型热电偶测温件21、与K型热电偶测温件21电性连接的数据采集系统14、固定在位于试验器台架16外部的主轴7上的测速齿轮8、对测速齿轮8进行测速的并与数据采集系统14电性连接的位移传感器13、与数据采集系统14连接的控制系统15、安装在进水管和出水管上的循环冷却水控制阀6，循环冷却水控制阀6的控制端和电机12的控制端与控制系统15电性连接，控制系统15可以由单片机或计算机来形成；
试验件18的盘缘温度变化，由侧电炉3加温传导到试验件18的轮盘盘缘位置。试验件18的盘心温度变化，由试验件18的盘缘的部分热量热传导到达盘心。带动试验件18旋转的主轴7转速通过测速齿轮8和位移传感器13测量反馈至数据采集系统14；K型热电偶测温件21对监测试验件18的盘缘和盘心的温度，并反馈给数据采集系统14与设定温度值进行对比；数据采集系统14的数据传输至控制系统15，控制系统15根据对比结果，对循环冷却水控制阀6进行控制以调节通过进水管进入冷却水套17内冷却水的进水量，控制系统15同时调节反向温度场加温机构19、下电炉2、上电炉4、侧电炉3通电加热加温量，保证试验件18盘心温度比盘缘温度高，最终控制试验件18的盘缘和盘心温度梯度，从而满足反向温度场的试验要求。
Claims (9)
1.一种立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，其特征在于，包括：
试验器台架(16)，试验器台架(16)内部有一个真空试验舱(20)的空间，试验器台架(16)上安装有将真空试验舱(20)内部的空气抽出满足试验真空度要求的泵体；
试验器台架(16)上安装有伸入真空试验舱(20)内的动力组件，试验件(18)在伸入真空试验舱(20)内的动力组件固定和获得旋转；
真空试验舱(20)内固定有对试验件(18)外周包围的加温组件，加温组件能从试验件(18)最大外径的盘缘辐射加温，以及从试验件(18)最小内径通孔的盘心反向加温。
2.如权利要求1所述的立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，其特征在于：所述动力组件包括可旋转贯穿试验器台架(16)伸入真空试验舱(20)内的主轴(7)、与主轴(7)连接的增速器(10)、与增速器(10)连接的电机(12)，主轴(7)伸入真空试验舱(20)内的端部与试验件(18)固定，电机(12)提供原始的旋转动力，使得主轴(7)带动试验件(18)旋转。
3.如权利要求2所述的立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，其特征在于：所述主轴(7)通过高速联轴器(9)与增速器(10)连接。
4.如权利要求2所述的立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，其特征在于：所述增速器(10)经低速联轴器(11)与电机(12)连接。
5.如权利要求2所述的立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，其特征在于：所述加温组件包括相对固定在试验器台架(16)内对立面上对试验件(18)盘缘包围的上电炉(4)和下电炉(2)、固定在试验器台架(16)上对上电炉(4)和下电炉(2)包围的侧电炉(3)、固定在试验器台架(16)上贯穿至试验件(18)内部的反向温度场加温机构(19)，下电炉(2)、上电炉(4)、侧电炉(3)对试验件(18)包围从试验件(18)最大外径的盘缘辐射加温，反向温度场加温机构(19)从试验件(18)最小内径通孔的盘心反向加温。
6.如权利要求5所述的立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，其特征在于：所述加温组件还包括固定在试验器台架(16)内对试验件(18)进行降温冷却的冷却水套(17)，冷却水套(17)连通有进水管、出水管，冷却水从进水管进入冷却水套(17)内部，在冷却水套(17)内升温后的水从出水管排出。
7.如权利要求6所述的立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，其特征在于：所述加温组件还包括紧贴于下电炉(2)内壁的下隔热套(1)、紧贴于上电炉(4)的上隔热套(5)，下电炉(2)、上电炉(4)、侧电炉(3)、反向温度场加温机构(19)对试验件(18)进行加温时，在下隔热套(1)和上隔热套(5)以及反向温度场加温机构(19)结构的作用下，对试验件(18)中心区域热量进行隔热以及防止热量辐射到试验件(18)腹板以及盘缘处。
8.如权利要求5所述的立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，其特征在于：所述反向温度场加温机构(19)由炉心耐火衬(191)、盘旋在炉心耐火衬(191)上的炉丝(192)、套在炉心耐火衬(191)外部的防护罩(193)、固定在防护罩(193)上对炉心耐火衬(191)支撑的底板(194)、贯穿安装在底板(194)与炉丝(192)电性连接的炉丝接线柱(195)、固定在底板(194)上的螺栓杆(196)组成，螺栓杆(196)与试验器台架(16)固定，防护罩(193)上有多个辐射散热的通孔。
9.如权利要求1所述的立式轮盘超转试验器的反向温度场控制装置，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括固定在试验器台架(16)上伸入真空试验舱(20)内对试验件(18)的盘缘和盘心温度进行测试的K型热电偶测温件(21)、与K型热电偶测温件(21)电性连接的数据采集系统(14)、固定在主轴(7)上的测速齿轮(8)、对测速齿轮(8)进行测速的并与数据采集系统(14)电性连接的位移传感器(13)、与数据采集系统(14)连接的控制系统(15)、安装在进水管和出水管上的循环冷却水控制阀(6)，循环冷却水控制阀(6)的控制端和电机(12)的控制端与控制系统(15)电性连接。
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