CN212321323U - 一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台 - Google Patents
一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种可集成于多种观测仪器的热‑力‑环境耦合加载通用平台，包括金属基座，设置在金属基座上的载荷加载模块和具有中空腔体且顶部开口的金属台，以及设置在金属台顶部开口处的隔热观测片；金属台内设置有反光椭圆截面的加热仓，反光椭圆截面的加热仓内设置有石英灯加热器，反光椭圆截面的加热仓外设置有穿过金属台的冷却水管道，金属台的侧壁上设置有与反光椭圆截面的加热仓连通的气体入气口和气体出气口；试验时，试样设置在反光椭圆截面的加热仓内，其两端分别通过金属夹具夹持，金属夹具与设置在金属基座上的载荷加载模块连接。本实用新型实现了在热‑力‑环境下的耦合加载，对新型耐高温材料和结构的研究与应用具有重要价值。
Description
技术领域
本实用新型属于多场耦合模拟技术领域，具体涉及一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，尤其适用于小型试样的热-力-环境耦合加载实验，较传统的电阻丝-机械加载装置和电磁感应-机械加热装置相比，具有体积小巧、加载精度高、可适用于多种气氛环境的优点。
背景技术
近数十年来，随着航空航天工业的高速发展，飞行器的服役环境也愈加复杂，比如高超声速飞行器须保持马赫数5以上飞行速度，其体表承受极端的高温高冲击载荷；又比如航空发动机燃烧室及涡轮承受着极端的高温燃气冲蚀等。为了抵御这些极端环境，各种新型材料也随之涌现，例如广泛应用于航空发动机叶片的高温合金，其主要以镍基合金为主，耐受温度可达1100℃以上，配合高温热障涂层和气膜孔冷却技术可耐受1400℃高温燃气冲蚀；又比如广泛应用于高超声速飞行器体表于航空发动机叶片的高温陶瓷，可耐1500℃以上的高温，使飞行器的耐高温能力极大提升。
这些高温材料由于服役于极端复杂环境，遭受着极端高温、机械载荷、化学气氛等耦合作用，因此在研制与验证时期，如何模拟其复杂服役环境一直是一个难以解决的问题。现有的实验技术只能通过简化其服役环境，单独模拟其在机械-热载荷或者机械-环境氛围下的服役状况，但这往往会与真实结果存在一定偏差，降低实验结果的可靠性。
现有的几种复杂服役环境模拟设备有：
1.万能试验机与高温炉结合使用。通过万能试验机实现对试样的机械载荷加载，通过高温炉实现对温度与气氛环境的控制，一般应用于大尺寸试件，很难集成到现有的观测设备中去。往往需要定制对应的观测设备，因此成本高昂、可行性低。
2.通电加热式和电磁感应加热式微加载台。一般将微型机械加载台与加热模块结合应用，其中加热模块通过直接通电加热或电磁感应式加热，仅适用于导体试件，可以集成到扫描电镜X射线衍射仪等设备下观测。
3.集成陶瓷加热式微加载台。通过陶瓷发热片对试样进行加热，目前只能应用于扫描电镜真空环境下观测，难以集成到其他平台下观测，而且最高加热温度只能达到1000℃，相对较低。
综上所述，目前的热-力-化环境耦合加载设备都存在着较大的缺点，因此开发一套兼具体积小巧、加载精度高、可适用于多种气氛环境的热-力-化环境耦合加载设备很有必要，对新型耐高温材料和结构的研究与应用具有重要价值。
实用新型内容
本实用新型的目的是基于石英灯红外辐射加热技术，提供了一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台。其中，石英灯的热量可通过反光椭圆截面的加热仓将热量聚焦到待加热试样上，对试样进行精确加热与控温，密闭环境的加热仓可以提供不同的真空或气氛环境，同时设备中的加载模块可以对试样施加拉压载荷，实现在热-力-环境下的耦合加载，对新型耐高温材料和结构的研究与应用具有重要价值。
本实用新型采用如下技术方案来实现的：
一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，包括金属基座，设置在金属基座上的载荷加载模块和具有中空腔体且顶部开口的金属台，以及设置在金属台顶部开口处的隔热观测片；其中，
金属台内设置有反光椭圆截面的加热仓，反光椭圆截面的加热仓内设置有石英灯加热器，反光椭圆截面的加热仓外设置有穿过金属台的冷却水管道，金属台的侧壁上设置有与反光椭圆截面的加热仓连通的气体入气口和气体出气口；
试验时，试样设置在反光椭圆截面的加热仓内，其两端分别通过金属夹具夹持，金属夹具与设置在金属基座上的载荷加载模块连接。
本实用新型进一步的改进在于，隔热观测片上设置有用于观察的透明石英玻璃。
本实用新型进一步的改进在于，载荷加载模块包括载荷加载模块的电机及载荷加载模块的转轴，载荷加载模块的电机通过载荷加载模块的转轴与金属夹具连接。
本实用新型进一步的改进在于，多个石英灯加热器对称设置在试样的两侧。
本实用新型进一步的改进在于，石英灯加热器包括石英灯主体，设置在石英灯主体内的石英灯加热丝，以及设置在石英灯主体两端的陶瓷绝缘块，陶瓷绝缘块与金属台连接。
本实用新型进一步的改进在于，多个冷却水管道沿着反光椭圆截面的加热仓的周向布置。
本实用新型进一步的改进在于，气体入气口和气体出气口分别设置在金属台两个相对的侧壁上。
本实用新型至少具有如下有益的技术效果：
本实用新型提供的一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，主要包括石英灯加热器、反光椭圆截面的加热仓、载荷加载模块、水冷通道、气氛出入口、金属基座等组成。其中，石英灯加热器为试样加热的热源，热量通过反光椭圆截面的加热仓，聚焦到位于焦点处的试样上，对试样进行加热。反光椭圆截面的加热仓与上表面的隔热观测片共同组成密闭环境，通过两侧的气氛出入口，为试样加热提供真空或密闭环境。水冷通道为金属基座提供冷却，避免高温对金属部件产生损伤。
进一步，载荷加载模块通过内置的电机和传动轴，为安装在夹具上的试样提供不同的拉压载荷。
综上所述，本实用新型是一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，利用石英灯加热器对试样进行加热。石英灯的热量可通过反光椭圆截面的加热仓将热量聚焦到待加热试样上，对试样进行精确加热与控温，密闭环境的加热仓可以提供不同的真空或气氛环境，同时设备中的加载模块可以对试样施加拉压载荷，实现在热-力-环境下的耦合实验，具有具体积小巧、加载精度高、可适用于多种气氛环境的优点，对新型耐高温材料和结构的研究与应用具有重要价值。
附图说明
图1为本实用新型的结构正视图。
图2为本实用新型的结构侧视图。
图3为本实用新型的等轴侧视图。
附图标记说明：
1为金属台，2为隔热观测片，3为透明石英玻璃，4为冷却水管道，5为载荷加载模块的转轴，6为载荷加载模块的电机，7为试样，8为金属夹具，9为气体入气口，10为气体出气口，11为陶瓷绝缘块，12为石英灯加热器，13为石英灯加热丝，14为金属基座，15为反光椭圆截面的加热仓。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做出进一步说明。
如图1至图3所示，本实用新型提供的一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，主要由15个部分组成：金属台1，隔热观测片2，透明石英玻璃3，冷却水管道4，载荷加载模块的转轴5，载荷加载模块的电机6，试样7，金属夹具8，气体入气口9，气体出气口10，陶瓷绝缘块11，石英灯加热器12，石英灯加热丝13，金属基座14，以及反光椭圆截面的加热仓15。
在该装置中，反光椭圆截面的加热仓15与隔热观测片2组成一个密封的实验环境，可通过隔热观测片2中的透明石英玻璃，对实验试样进行观测与表征。试样7固定在金属夹具8上，石英灯加热器12为加热试样的热源，通过内部的石英灯加热丝13，辐射加热试样7。在加热过程中，热量通过反光椭圆截面的加热仓15，聚焦到位于焦点处的试样上7，对试样进行加热。实验过程中的气氛控制由位于金属台1两侧的气体入气口9和气体出气口10进行抽真空或通入其他气体的处理。试样在实验过程中的载荷加载由位于金属夹具两侧的载荷加载模块的转轴5提供拉伸或压缩加载，载荷加载模块的转轴5由位于金属台两侧的载荷加载模块的电机6进行控制。金属台1的冷却由位于其中的冷却水管道4进行冷却。整个金属台1位于金属基座14上，整体结构体积小巧、加载精度高。
本实用新型提供的一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，利用石英灯加热器对试样进行加热。石英灯的热量可通过反光椭圆截面的加热仓将热量聚焦到待加热试样上，对试样进行精确加热与控温，密闭环境的加热仓可以提供不同的真空或气氛环境，同时设备中的加载模块可以对试样施加拉压载荷，实现在热-力-环境下的耦合实验，具有具体积小巧、加载精度高、可适用于多种气氛环境的优点，对新型耐高温材料和结构的研究与应用具有重要价值。
Claims (7)
1.一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，其特征在于，包括金属基座(14)，设置在金属基座(14)上的载荷加载模块和具有中空腔体且顶部开口的金属台(1)，以及设置在金属台(1)顶部开口处的隔热观测片(2)；其中，
金属台(1)内设置有反光椭圆截面的加热仓(15)，反光椭圆截面的加热仓(15)内设置有石英灯加热器(12)，反光椭圆截面的加热仓(15)外设置有穿过金属台(1)的冷却水管道(4)，金属台(1)的侧壁上设置有与反光椭圆截面的加热仓(15)连通的气体入气口(9)和气体出气口(10)；
试验时，试样(7)设置在反光椭圆截面的加热仓(15)内，其两端分别通过金属夹具(8)夹持，金属夹具(8)与设置在金属基座(14)上的载荷加载模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，其特征在于，隔热观测片(2)上设置有用于观察的透明石英玻璃(3)。
3.根据权利要求1所述的一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，其特征在于，载荷加载模块包括载荷加载模块的电机(6)及载荷加载模块的转轴(5)，载荷加载模块的电机(6)通过载荷加载模块的转轴(5)与金属夹具(8)连接。
4.根据权利要求1所述的一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，其特征在于，多个石英灯加热器(12)对称设置在试样(7)的两侧。
5.根据权利要求1或4所述的一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，其特征在于，石英灯加热器(12)包括石英灯主体，设置在石英灯主体内的石英灯加热丝(13)，以及设置在石英灯主体两端的陶瓷绝缘块(11)，陶瓷绝缘块(11)与金属台(1)连接。
6.根据权利要求1所述的一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，其特征在于，多个冷却水管道(4)沿着反光椭圆截面的加热仓(15)的周向布置。
7.根据权利要求1所述的一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台，其特征在于，气体入气口(9)和气体出气口(10)分别设置在金属台(1)两个相对的侧壁上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021254883.6U CN212321323U (zh) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | 一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台 |
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| CN202021254883.6U CN212321323U (zh) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | 一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台 |
Publications (1)
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ID=74028286
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| CN202021254883.6U Active CN212321323U (zh) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | 一种可集成于多种观测仪器的热-力-环境耦合加载通用平台 |
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| CN (1) | CN212321323U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114354334A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-15 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种涡轮叶片成型用材料长时服役工况模拟试验装置 |
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2020
- 2020-07-01 CN CN202021254883.6U patent/CN212321323U/zh active Active
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