CN207730555U - 一种夹持装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种夹持装置，用于热障涂层热力化耦合试验，包括底座(1)；至少一个第一夹具(2)，设置在底座(1)上，包括第一夹持部件(21)，第一夹持部件(21)上设置有与试片(211)形状相匹配的夹持孔(212)，用于夹持试片(211)；和/或至少一个第二夹具(3)，设置在底座(1)上，包括可旋转的第二夹持部件(31)，用于夹持并带动试棒(311)或者叶片(312)旋转。本实用新型的夹持装置能够夹持多种试样，如试片、试棒和叶片，满足了试样的温度梯度要求，使得试样可以承受多种工况的服役环境，该夹持装置的夹具角度可调，以方便科研人员做探究性试验，且结构简单，安装方便，易于更换。

Description

一种夹持装置

技术领域

本实用新型属于热障涂层服役环境模拟装置领域，主要涉及一种用于热障涂层热力化耦合试验的夹持装置。

背景技术

航空发动机是衡量一个国家国防实力和科技水平的重要标志，推重比的提升是航空发动机发展的永恒追求。要想使航空发动机获得更大的推重比，就必须提高发动机涡轮前的进口温度，因此对航空发动机燃烧室、涡轮叶片等热端部件的抗高温能力的要求相应提高。在基体合金表面涂覆热障涂层(Thermal Barrier Coatings，简称TBCs)是有效提升其抗高温能力的途径之一。热障涂层对于基底材料起到隔热作用，降低基底温度，使得用其制成的器件(如发动机燃烧室、涡轮叶片、喷嘴)能在高温下运行，并且可以提高器件(发动机等)热效率达到60％以上。

然而在实际使用过程中，热障涂层不可避免要承受高温氧化、CMAS腐蚀、硬质颗粒冲蚀等严苛服役环境的作用，由这三个关键因素所构成的极其恶劣的多场耦合服役环境导致服役过程中的热障涂层迅速剥落失效，暴露出合金基底，进而导致航空发动机损坏、飞机失事等严重后果。所以，研究热障涂层在真实服役下的破坏机理是非常重要的，搭建相关的模拟试验平台，将能够为热障涂层疲劳失效过程和失效机理的研究提供重要的实验平台。因此国内外众多航空航天研究机构，如美国的NASA、荷兰的NLR、德国的国家能源研究中心、加拿大的NRC航空研究中心，国内北京航空航天大学、西北工业大学、中科院长春应用化学研究所、湘潭大学、上海交通大学等单位，都曾投入了大量的人力和物力研制热障涂层的试验模拟装置。

虽然现有技术的试验装置均能较好的模拟燃气轮机热端部件热障涂层实际服役工况，但都未见对试验样品夹具的具体描述，现有技术的试验样品夹具主要有两种：

1、一种用于热障涂层高温冲蚀试验的试样夹具，仅可实现高温冲蚀试验过程中试样温度梯度状态。

2、一种用于热障涂层梯度热震试验的试样夹具装置，虽试样夹持过程中夹持方式对试样表面的应力状态不产生影响，但也只是保证了试样的温度梯度。

上述两种夹具只适用于单一的服役环境，如单一的冲蚀、热震等，不适用于热障涂层多种服役工况同时作用的真实服役环境。并且现有技术中，并未指出热障涂层试棒以及真实涡轮叶片在真实服役环境下的夹持方式。

综上，为保证热力化耦合试验顺利进行，需要一种不仅满足试样的温度梯度，还能承受多种服役工况的共同作用包括高温氧化、冲蚀、CMAS腐蚀的热力化耦合试验的夹持装置。

实用新型内容

(一)实用新型目的

本实用新型提供了一种夹持装置，用于热障涂层热力化耦合试验，该夹持装置能够夹持多种试样，如试片、试棒和叶片，满足了试样的温度梯度要求，使得试样可以承受多种工况的服役环境，该夹持装置的夹具角度可调，以方便科研人员做探究性试验，且结构简单，安装方便，易于更换，可对多个试样进行测试，解决了现有技术中夹具只适用于单一服役环境的情况。

(二)技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供了一种夹持装置，用于热障涂层热力化耦合试验，包括：底座；至少一个第一夹具，设置在底座上，包括第一夹持部件，第一夹持部件，其上设置有与试片形状相匹配的夹持孔，用于夹持试片；和/或至少一个第二夹具，设置在底座上，包括第二夹持部件，第二夹持部件设置为可旋转，用于夹持并带动试棒或者涡轮叶片旋转。

进一步，所述第一夹具还包括：分度部件，其一端与底座固定连接，其上设置有刻度盘；连接杆，与分度部件可拆卸连接，且设置为可在预设角度内转动并保持在当前位置，其上设置有用于与刻度盘上的刻度线对正的标线；第一夹持部件与连接杆固定连接或一体成型，设置为在连接杆的带动下在预设角度内转动并保持在当前位置，以调整该第一夹持部件的转动角度。

进一步，所述预设角度的范围为0-90°。

进一步，所述第一夹持部件包括：相对设置的两个卡片，两个卡片之间形成与试片形状相匹配的夹持孔，以固定试片；相对设置的两个压头，分别设置在两个卡片的外侧，并对两个卡片施加压力以将试片夹持牢固，其中一个压头与连接杆固定连接或一体成型。

进一步，所述第二夹具还包括：连接座，与底座固定连接，一端为固定端，另一端为活动端；旋转轴，与连接座的活动端连接；驱动部件，与旋转轴动力连接并驱动旋转轴旋转；第二夹持部件与旋转轴固定连接并在旋转轴的带动下旋转，用于夹持并带动试棒或者涡轮叶片旋转。

进一步，所述旋转轴为空心旋转轴，其内部形成冷却通道并通过所述连接座连通到压缩空气管道，用于冷却试棒或者涡轮叶片。

进一步，所述第二夹持部件设置有圆形卡盘，其上设置有多个试棒固定孔，用于夹持试棒；

或者所述第二夹持部件设置有榫头卡块，该榫头卡块上设置有与涡轮叶片形状相匹配的卡槽，用于夹持涡轮叶片。

进一步，所述第一夹具还包括：冷却部件，其一端与压缩空气管道连接，另一端设置在第一夹具的至少一侧，用于对第一夹具上的试片进行冷却。

进一步，所述夹持装置还包括：第一测温部件，其设置在第一夹具的火焰侧，用于测试试片火焰侧的温度；和/或第二测温部件，其设置在试片的基底内部，用于测试试片与火焰侧相对的一侧的温度。

进一步，所述夹持装置还包括：点火部件，其设置在第一夹具或者第二夹具的一侧，其上设置有挡边，用于防止火焰枪点火时燃料飞溅。

进一步，所述夹持装置还包括：挡焰板，其设置在第二夹具的一侧，位置与试棒或者涡轮叶片的位置相对应，用于阻挡火焰枪的高温焰流。

(三)有益效果

通过上述技术方案，本实用新型提供了一种夹持装置，用于热障涂层热力化耦合试验，该夹持装置能够夹持多种试样，如试片、试棒和叶片，满足了试样的温度梯度要求，使得试样可以承受多种工况的服役环境，该夹持装置的夹具角度可调，以方便科研人员做探究性试验，且结构简单，安装方便，易于更换，可对多个试样进行测试。解决了现有技术中夹具只适用于单一服役环境的情况。该夹持装置能够对试片表面加热、且前后两面或者内部进行冷却，满足多种服役工况(高温氧化、冲蚀、CMAS腐蚀)的环境。

附图说明

图1是本实用新型提供的整体结构示意图；

图2是本实用新型提供的第一测温部件和第二测温部件位置示意图；

图3是本实用新型提供的第二夹具的传动示意图。

附图标记：1、底座，2、第一夹具，21、第一夹持部件，211、试片，212、夹持孔，213、两个卡片，214、两个压头，215、其中一个压头，22、分度部件，23、连接杆，3、第二夹具，31、第二夹持部件，311、试棒，312、涡轮叶片，313、圆形卡盘，314、试棒固定孔，315、榫头卡块，32、连接座，33、旋转轴，34、驱动部件，341、电机，342、主动圆锥齿轮，343、从动圆锥齿轮，4、冷却部件，5、第一测温部件，6、第二测温部件，7、点火部件，8、挡焰板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明

图1是本实用新型提供的整体结构示意图。

请参照图1，本实用新型提供了一种夹持装置，用于热障涂层热力化耦合试验，包括：底座1、至少一个第一夹具2和/或至少一个第二夹具3。

底座1，用于安装第一夹具2和/或第二夹具3。

第一夹具2，设置在底座1上，包括第一夹持部件21，第一夹持部件21，其上设置有与试片211形状相匹配的夹持孔212，用于夹持试片211。

如图1所示，本实用新型的一个实施例提供的第一夹持部件21上设置的与试片211形状相匹配的夹持孔212，该夹持孔的形状包括但不限于圆形、方形，可根据试片的具体情况进行设置。将第一夹具2转动并保持在当前位置，目的是调节试的中心轴线相对于火焰的焰流中心轴线的角度。

在一实施方式中，第一夹具2的数量为两个，但本实用新型不以此为限制，第一夹具2的数量可根据实际需要适当调整。

其中一个第一夹具2的第一夹持部件21上设置有圆形夹持孔212，另一个第一夹具2的第一夹持部件21设置有方形夹持孔212。但本实用新型不以此为限制，也可以为两个第一夹具2的第一夹持部件21都设置有圆形夹持孔212，或者两个第一夹具2的第一夹持部件21都设置有方形夹持孔212。

在一实施方式中，第一夹具2还包括：分度部件22和连接杆23。

分度部件22，其一端与底座1固定连接，其上设置有刻度盘。

连接杆23，与分度部件22可拆卸连接，且设置为可在预设角度内转动并保持在当前位置，其上设置有用于与刻度盘上的刻度线对正的标线。

可选的，预设角度的范围为0-90°，但本实用新型不以此为限制。

第一夹持部件21与连接杆23固定连接或一体成型，设置为在连接杆23的带动下在预设角度内转动并保持在当前位置，以调整该第一夹持部件21的转动角度。

本实用新型提供的一个实施例中，如图1所示，分度部件22套设在连接杆23上，连接杆23上设置有用于与刻度盘上的刻度线对正的标线，分度部件22一侧设置有螺母，通过拧松螺母来控制分度部件22的松紧，分度部件22拧松后旋转连接杆23，调整连接杆23上刻度，以此调节第一夹持部件21的角度。

本实用新型提供的另一实施例中，连接杆23套设在分度部件22外侧，刻度盘设置在连接杆23上或者分度部件22的底座上。

第一夹持部件21的角度调节目的是调整第一夹持部件21所夹持的试片211的中心轴线与火焰中心轴线的角度。由于气流、粒子回弹等影响，导致冲蚀粒子撞击热障涂层的角度不一致，因此当科研人员需要做不同角度下的高温冲蚀实验时，需要调节试片中心轴线相对于焰流中心轴线的角度。

在一实施方式中，第一夹持部件21包括：相对设置的两个卡片213和相对设置的两个压头214。

相对设置的两个卡片213，两个卡片之间形成与试片211形状相匹配的夹持孔212，以固定试片211。

相对设置的两个压头214，分别设置在两个卡片213的外侧，并对两个卡片213施加压力以将试片211夹持牢固，其中一个压头215与连接杆23固定连接或一体成型。

可选的，两个压头214之间通过螺栓和蝴蝶螺母进行固定，但本实用新型不以此为限制，两个压头214之间也可以采用其他紧固件固定。

在一实施方式中，第二夹具3设置在底座1上，包括第二夹持部件31，第二夹持部件31设置为可旋转，用于夹持试棒311或者涡轮叶片312，并带动试棒311或涡轮叶片312旋转，目的是保证试棒311或涡轮叶片312能够均匀受热。

在一实施方式中，第二夹持部件31包括圆形卡盘313，其上设置有多个试棒固定孔314，用于夹持试棒311。

在一实施方式中，第二夹持部件31包括榫头卡块315，其上设置有与涡轮叶片312形状相匹配的卡槽，用于夹持涡轮叶片312。

在一实施方式中，第二夹具3还包括：连接座32、旋转轴33和驱动部件34。

连接座32，与底座1固定连接，一端为固定端，另一端为活动端。

可选的，连接座32为滑环，滑环的转子端与旋转轴33相连，滑环的定子端与压缩空气管道相连，滑环将压缩空气输送至旋转轴33。

旋转轴33，与连接座32的活动端连接。

可选的，旋转轴33为空心旋转轴，其内部形成冷却通道并通过连接座32连通到压缩空气管道，用于冷却试棒311或者涡轮叶片312。

驱动部件34，与旋转轴33动力连接并驱动旋转轴33旋转，用于提供动力。

第二夹持部件31与旋转轴33固定连接并在旋转轴33的带动下旋转，用于夹持并带动试棒311或者涡轮叶片312旋转。

在一实施方式中，驱动部件34包括：电机341、主动圆锥齿轮342和从动圆锥齿轮343。

电机341，用于提供动力。可选的，电机341为伺服电机，但本实用新型不以此为限制。

主动圆锥齿轮342，与电机341的输出轴固定连接，并随电机341的输出轴一起转动。

从动圆锥齿轮343，与主动圆锥齿轮342动力连接，并套设在旋转轴33上，用于带动旋转轴33进行旋转。

该旋转轴33的旋转转速通过电机341进行调节，在0-100r/min可调。

在一实施方式中，第二夹具3的数量为两个，但本实用新型不以此为限制，第二夹具3的数量可根据实际需要适当调整。

其中一个第二夹具3的第二夹持部件31上设置有圆形卡盘313，另一个第二夹具3的第二夹持部件31上设置有榫头卡块315。但本实用新型不以此为限制，也可以为两个第二夹具3的第二夹持部件31上都设置有圆形卡盘313，或者两个第二夹具3的第二夹持部件31上都设置有榫头卡块315。

在一实施方式中，该第一夹具2还包括：冷却部件4，其一端与压缩空气管道连接，另一端设置在第一夹具2的至少一侧，用于对第一夹具2上的试片211进行冷却。冷却部件4包括喷头和管道；可选的，喷头为两个，分别设置在第一夹持部件21的前后两侧；和/或喷头为一个，设置在第一夹持部件的前方或者后方。可选的，管道为不锈钢管。

在一实施方式中，该夹持装置还包括：第一测温部件5，和/或第二测温部件6；

第一测温部件5设置在第一夹具2的火焰侧，用于测试试片211火焰侧的温度；第二测温部件6设置在试片211的基底内部，用于测试试片211与火焰侧相对的一侧的温度。测温时，第一测温部件5和第二测温部件6都需调至距试片合适的距离、角度，进行采集高温热流下试片的温度。可选的，第一测温部件5为双色红外测温仪，第二测温部件6为K型热电偶；由于试片表面持续通压缩空气，第二测温部件6测温时所得到的的数据易受气流影响，因此需将K型热电偶插入试片基底内部，所得到的数据相对准确。

在一实施方式中，该夹持装置还包括：点火部件7，其设置在第一夹具2或者第二夹具3的一侧，其上设置有挡边，用于防止火焰枪点火时燃料飞溅。可选的，火焰枪为煤油火焰枪，点火部件7用于防止煤油火焰枪点火时煤油飞溅。

在一实施方式中，该夹持装置还包括：挡焰板8，其设置在第二夹具3的一侧，位置与试棒311或者涡轮叶片312的位置相对应，用于阻挡火焰枪产生的高温焰流。

本实用新型旨在保护一种夹持装置，用于热障涂层热力化耦合试验，该夹持装置能够夹持多种试样，如试片、试棒和叶片，满足了试样的温度梯度要求，使得试样可以承受多种工况的服役环境，该夹持装置的夹具角度可调，以方便科研人员做探究性试验，且结构简单，安装方便，易于更换，可对多个试样进行测试。解决了现有技术中夹具只适用于单一服役环境的情况。该夹持装置能够对试片表面加热、且前后两面或者内部进行冷却，满足多种服役工况(高温氧化、冲蚀、CMAS腐蚀)的环境。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (11)

1.一种夹持装置，用于热障涂层热力化耦合试验，其特征在于，包括：

底座(1)；

至少一个第一夹具(2)，设置在所述底座(1)上，包括第一夹持部件(21)，所述第一夹持部件(21)上设置有与试片(211)形状相匹配的夹持孔(212)，用于夹持所述试片(211)；和/或

至少一个第二夹具(3)，设置在所述底座(1)上，包括第二夹持部件(31)，所述第二夹持部件(31)设置为可旋转，用于夹持并带动试棒(311)或者叶片(312)旋转。

2.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述第一夹具(2)还包括：

分度部件(22)，其一端与所述底座(1)固定连接，其上设置有刻度盘；

连接杆(23)，与所述分度部件(22)可拆卸连接，且设置为可在预设角度内转动并保持在当前位置，其上设置有用于与所述刻度盘上的刻度线对正的标线；

所述第一夹持部件(21)与所述连接杆(23)固定连接或一体成型，设置为在所述连接杆(23)的带动下在预设角度内转动并保持在当前位置，以调整该第一夹持部件(21)的转动角度。

3.根据权利要求2所述的夹持装置，其特征在于，

所述预设角度的范围为0-90°。

4.根据权利要求2所述的夹持装置，其特征在于，所述第一夹持部件(21)包括：

相对设置的两个卡片(213)，所述两个卡片之间形成与所述试片(211)形状相匹配的所述夹持孔(212)，以固定所述试片(211)；

相对设置的两个压头(214)，分别设置在所述两个卡片(213)的外侧，并对所述两个卡片(213)施加压力以将所述试片(211)夹持牢固，其中一个压头(215)与所述连接杆(23)固定连接或一体成型。

5.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述第二夹具(3)还包括：

连接座(32)，与所述底座(1)固定连接，一端为固定端，另一端为活动端；

旋转轴(33)，与所述连接座(32)的活动端连接；

驱动部件(34)，与所述旋转轴(33)动力连接并驱动所述旋转轴(33)旋转；

所述第二夹持部件(31)与所述旋转轴(33)固定连接并在所述旋转轴(33)的带动下旋转，用于夹持并带动所述试棒(311)或者叶片(312)旋转。

6.根据权利要求5所述的夹持装置，其特征在于，

所述旋转轴(33)为空心旋转轴，其内部形成冷却通道并通过所述连接座(32)连通到压缩空气管道，用于冷却所述试棒(311)或者叶片(312)。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的夹持装置，其特征在于，

所述第二夹持部件(31)设置有圆形卡盘(313)，该圆形卡盘(313)上设置有多个试棒固定孔(314)，用于夹持所述试棒(311)；或者

所述第二夹持部件(31)设置有榫头卡块(315)，该榫头卡块(315)上设置有与所述叶片(312)形状相匹配的卡槽，用于夹持所述叶片(312)。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的夹持装置，其特征在于，还包括：

冷却部件(4)，其一端与压缩空气管道连接，另一端设置在所述第一夹具(2)的至少一侧，用于对所述第一夹具(2)上的所述试片(211)进行冷却。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的夹持装置，其特征在于，还包括：

第一测温部件(5)，其设置在所述第一夹具(2)的火焰侧，用于测试所述试片(211)火焰侧的温度；和/或

第二测温部件(6)，其设置在所述试片(211)的基底内部，用于测试所述试片(211)与火焰侧相对的一侧的温度。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的夹持装置，其特征在于，还包括：

点火部件(7)，其设置在所述第一夹具(2)或者第二夹具(3)的一侧，其上设置有挡边，用于防止火焰枪点火时燃料飞溅。

11.根据权利要求1-6中任意一项所述的夹持装置，其特征在于，还包括：

挡焰板(8)，其设置在所述第二夹具(3)的一侧，位置与所述试棒(311)或者叶片(312)的位置相对应，用于阻挡火焰枪的高温焰流。