CN214471752U - 一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置。该装置运用于航空发动机燃气涡轮高温叶片高速旋转飞脱试验或高温涡轮盘爆裂试验中，采用光线透射且具有很好的隔热能力和耐热性能的石英玻璃作为高温加热炉的炉底板，石英玻璃与圆筒形炉身、半圆形左炉盖及半圆形右炉盖形成闭合的加热空间，加热内部的涡轮盘及涡轮叶片试验件，驱动轴通过工装芯轴带动试验件逐渐加速旋转，安装在试验腔底部的高速相机可拍摄记录高温加热炉内试验件爆裂过程的清晰照片。
Description
技术领域
本实用新型涉及航空发动机领域，尤其涉及一种用于航空发动机燃气涡轮叶片飞脱或轮盘爆裂试验的可视加热炉内部试验件工况的试验装置。
背景技术
航空发动机燃气涡轮转子包括涡轮盘、涡轮轴、涡轮叶片等零件组成，其中涡轮叶片是把高温燃气转变为转子机械能的关键部件。其工作时，不仅被经常变化的高温燃气所包围，产生温度应力，还会承受高速旋转所带来的巨大离心应力、气动力以及振动载荷。这种恶劣的工作环境使得燃气涡轮叶片成为决定航空发动机寿命的主要部件之一，叶片一旦发生破坏失效将导致极其严重的后果，因此涡轮叶片的结构强度十分重要。所以开展燃气涡轮叶片的失效试验变得极其重要，目前的试验方法主要有以下几种：模拟试验件、试车台试验以及高速旋转试验。其中第一种试验方法存在模拟件设计中与真实涡轮叶片存在一定差异的问题；第二种试验方法在发动机试车台上进行挂片试验能够较准确的模拟叶片的应力场和温度场，但是实验过程繁琐复杂且试验成本大影响因素过多；第三种试验方法在高速旋转试验台上开展模拟航空发动机燃气涡轮叶片飞脱试验，可以根据需要施加合适的温度和极限离心载荷。试验过程中若能利用高速相机拍摄记录下燃气涡轮叶片飞脱瞬间的视频信息，获取直观的试验数据，可准确判定涡轮叶片最薄弱的部位和断裂模式。
在高速旋转试验台上模拟叶片高温工作状态，目前通常采用将燃气涡轮转子整体置于陶瓷纤维高温炉中，但这种高温炉从外部是无法观察内部试验件工况的，因此就不能用高速相机及时记录下涡轮叶片飞脱瞬间的视频信息，大大降低试验效果。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，可用于完成高温涡轮叶片飞脱或高温轮盘破裂的试验。该装置在试验转子高速旋转条件下可观察高温加热炉内部试验件运行工况，结构简单可靠，能拍摄记录高温叶片飞脱或高温轮盘爆裂的清晰照片，更好的完成试验任务。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，包括加热炉、试验腔体、试验腔盖、驱动轴、工装芯轴、涡轮叶片、涡轮盘、吊杆、炉托盘、照明灯、高速相机、以及相机控制器；
所述试验腔体和试验腔盖构成试验装置的外壳，所述加热炉通过带有炉托盘的吊杆固定在试验腔体的内部；
所述加热炉包括圆筒形炉身、加热线圈、半圆形左炉盖、半圆形右炉盖和石英玻璃底板；所述加热线圈分布在圆筒形炉身的内壁上；
所述驱动轴的一端与驱动电机连接，另一端穿过试验腔盖中心的开孔伸入试验腔体中，通过连接件与所述工装芯轴的一端连接，所述工装芯轴的另一端伸入到加热炉的内部；所述涡轮盘安装在工装芯轴上，涡轮叶片与涡轮盘榫接固定，位于加热炉中；
所述试验腔体内部安装有照明灯，试验腔体底部中心开孔处安装有高速相机，所述高速相机与相机控制器连接。
作为本实用新型的优选，所述加热炉为可拆分式结构，圆筒形炉身作为加热炉的主体，半圆形左炉盖和半圆形右炉盖组合形成加热炉盖板，且半圆形左炉盖和半圆形右炉盖拼接后圆心位置留有通孔。
作为本实用新型的优选，所述加热炉的底面采用透光、隔热、耐高温的石英玻璃材质的石英玻璃底板，所述的石英玻璃底板由纯净天然石英融化制成，耐热温度达1400摄氏度。
作为本实用新型的优选，所述加热炉通过吊杆吊装在试验腔体内部，通过炉托盘支撑起加热炉，吊杆上方通过螺纹固定在试验腔盖底面。
作为本实用新型的优选，照明灯位于试验腔体内部的加热炉下方两侧，照明灯的数量为2盏。
作为本实用新型的优选，还包括压紧螺母，所述的压紧螺母与工装芯轴相连接且固定住涡轮盘。
作为本实用新型的优选，试验腔体与试验腔盖可紧闭形成密闭空间。
作为本实用新型的优选，试验腔体底部中心处装有小块的石英玻璃，所述的高速相机能够透过石英玻璃拍摄到加热炉内部照片。
作为本实用新型的优选，高速相机和相机控制器相连，且固定在高速旋转试验台的底部。
本实用新型具有的有益效果是：
1、所采用的加热炉可以将涡轮叶片和涡轮盘试验件加热至1400摄氏度高温，模拟航空发动机涡轮部件真实工况条件，并利用驱动轴带动高温试验件高速旋转加速，直至叶片飞脱或轮盘爆裂；
2、所采用的加热炉底板使用了透明的石英玻璃，试验过程中就能利用高速相机拍摄记录下燃气涡轮叶片飞脱或轮盘爆裂瞬间的视频信息，获取直观的试验数据，可准确判定涡轮叶片或涡轮轮盘最薄弱的部位和破裂模式。
3、所采用的石英玻璃具有良好的隔热能力，与圆筒形炉身、半圆形左炉盖、半圆形右炉盖形成内部加热试验空间，热量不会透过石英玻璃扩散至整个试验腔空间，不会导致试验腔内部照明灯和试验腔内壁融化。
附图说明
图1是一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置示意图；
图1中：圆筒形炉身1，加热线圈2，半圆形左炉盖3，半圆形右炉盖4，石英玻璃底板5，试验腔体6，试验腔盖7，驱动轴8，工装芯轴9，涡轮叶片10，涡轮盘11，压紧螺母12，吊杆13，炉托盘14，照明灯15，高速相机16，相机控制器17。
具体实施方式
有鉴于此，本实用新型的核心在于公开了一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，实现试验件在加热炉内工作时能够使用高速相机实时观察试验件在加热炉内部高速旋转和爆裂的情况。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步地详细说明，本实用新型的目的和效果将变得更加明显。
如图1所示，本实用新型公开了一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，包括圆筒形炉身1、加热线圈2、半圆形左炉盖3、半圆形右炉盖4、石英玻璃底板5、试验腔体6、试验腔盖7、驱动轴8、工装芯轴9、涡轮叶片10、涡轮盘 11、压紧螺母12、吊杆13、炉托盘14、照明灯15、高速相机16、相机控制器 17。
其中由半圆形左炉盖3和半圆形右炉盖4组合形成加热炉盖板；在加热炉盖板上开有通孔，以此使得试验件能够伸入加热炉内部，圆筒形炉身1内壁上均匀分布着加热线圈2，这使加热炉能够给试验件均匀的加热；加热炉底面采用能够透光的石英玻璃底板5，通过石英玻璃底板5便能从加热炉底部观察加热炉内部的具体情况，加热炉的材料都具有保温功能，能够使加热炉有更好的保温效果、更高的传热效率。
整体的加热炉由炉托盘14支撑着，处在试验台腔体内部，以保证在进行超转破裂试验时能够给与试验台更高的安全性。整体加热炉和炉托盘14经吊杆13 悬挂着，螺旋吊杆上方与试验腔盖7拧紧固定，可通过螺纹固定在试验腔盖7 底面；
试验腔体可与试验腔盖可紧闭形成密闭空间，试验腔盖上装有密封圈来保证密封效果；
驱动轴8穿过真空腔盖板7中心的开孔伸入试验腔体中，通过连接件与工装芯轴9连接；涡轮盘11安装在工装芯轴9上，与工装芯轴间隙配合固定，涡轮盘11与涡轮叶片10榫接固定，涡轮盘11与涡轮叶片10均位于加热炉的内部；通过压紧螺母12与工装芯轴9相连接且固定住涡轮盘11；
照明灯15安装于试验腔体6内部底部的两侧，照明灯提供足够的亮度使高速相机能够清楚记录实验图像数据，本实施例中的照明灯数量为2盏；高速相机 16安装固定在高速旋转试验台的底部并且与相机控制器17相连，通过相机控制器可观察记录实验腔内的实验情况。
作为本实用新型的优选实施方式，在高速旋转试验台底部安装高速相机的位置处设有小块的石英玻璃，提供了密封性的同时还保证了透光性，通过石英玻璃，便可利用高速相机观察记录试验腔体内具体情况。
作为本实用新型的优选实施方式，如图1所示加热炉为可拆分式结构，半圆形左炉盖3和半圆形右炉盖4可与加热炉的炉身1可以相分离，这能够更好地体现此加热炉安装的灵活性。
作为本实用新型的优选实施方式，所述石英玻璃底板是由各种纯净天然石英融化制成，具备低膨胀率、隔热、耐高温、高强度、高硬度、高透光率和高化学稳定性，耐热温度可达1400摄氏度，利用石英玻璃可透光性便可在试验时实时观察加热炉内部工件的运转情况。
上述试验装置的主要工作方法为：
1)安装试验件
根据图1所示的结构，将待测试的涡轮叶片通过榫槽连接安装在涡轮盘轮缘，涡轮盘固定在工装芯轴上组装成试验转子，试验转子通过与驱动轴连接固定在试验装置内。
2)设置试验条件
通过加热炉提供高温环境，分布在加热炉内壁上的加热线圈经电磁感应电源通电，利用电磁感应的方法能够使被加热的材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的；
开启照明灯和高速相机，调整高速相机的位置和角度，使之能够拍摄得到加热炉内部的清晰的图片；
通过对试验腔体内部抽真空，可以避免涡轮叶片高速旋转引起的鼓风。
3)开启测试试验
通过外部的驱动电机带动驱动轴、工装芯轴、涡轮盘、涡轮叶片转动，在试验转子高速旋转条件下可观察高温加热炉内部试验件的运行工况，由高速相机拍摄记录高温叶片飞脱或高温轮盘爆裂的清晰照片，完成试验任务。
以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，其特征在于：包括加热炉、试验腔体(6)、试验腔盖(7)、驱动轴(8)、工装芯轴(9)、涡轮叶片(10)、涡轮盘(11)、吊杆(13)、炉托盘(14)、照明灯(15)、高速相机(16)、以及相机控制器(17)；
所述试验腔体(6)和试验腔盖(7)构成试验装置的外壳，所述加热炉通过带有炉托盘(14)的吊杆(13)固定在试验腔体(6)的内部；
所述加热炉包括圆筒形炉身(1)、加热线圈(2)、半圆形左炉盖(3)、半圆形右炉盖(4)和石英玻璃底板(5)；所述加热线圈(2)分布在圆筒形炉身(1)的内壁上；
所述驱动轴(8)的一端与驱动电机连接，另一端穿过试验腔盖(7)中心的开孔伸入试验腔体(6)中，通过连接件与所述工装芯轴(9)的一端连接，所述工装芯轴(9)的另一端伸入到加热炉的内部；所述涡轮盘(11)安装在工装芯轴(9)上，涡轮叶片(10)与涡轮盘(11)榫接固定，位于加热炉中；
所述试验腔体(6)内部安装有照明灯(15)，试验腔体(6)底部中心开孔处安装有高速相机(16)，所述高速相机(16)与相机控制器(17)连接。
2.如权利要求1所述的一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，其特征在于，所述加热炉为可拆分式结构，圆筒形炉身(1)作为加热炉的主体，半圆形左炉盖(3)和半圆形右炉盖(4)组合形成加热炉盖板，且半圆形左炉盖(3)和半圆形右炉盖(4)拼接后圆心位置留有通孔。
3.如权利要求1或2所述的一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，其特征在于，所述加热炉的底面采用透光、隔热、耐高温的石英玻璃材质的石英玻璃底板，所述的石英玻璃底板由纯净天然石英融化制成，耐热温度达1400摄氏度。
4.如权利要求1所述的一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，其特征在于，所述加热炉通过吊杆(13)吊装在试验腔体(6)内部，通过炉托盘(14)支撑起加热炉，吊杆(13)上方通过螺纹固定在试验腔盖(7)底面。
5.如权利要求1所述的一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，其特征在于，照明灯(15)位于试验腔体内部的加热炉下方两侧，照明灯(15)的数量为2盏。
6.如权利要求1所述的一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，其特征在于，还包括压紧螺母(12)，所述的压紧螺母(12)与工装芯轴(9)相连接且固定住涡轮盘(11)。
7.如权利要求1所述的一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，其特征在于，试验腔体(6)与试验腔盖(7)可紧闭形成密闭空间。
8.如权利要求1所述的一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，其特征在于，试验腔体(6)底部中心处装有小块的石英玻璃，所述的高速相机(16)能够透过石英玻璃拍摄到加热炉内部照片。
9.如权利要求1所述的一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置，其特征在于，高速相机(16)和相机控制器(17)相连，且固定在高速旋转试验台的底部。
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| CN202120097960.XU CN214471752U (zh) | 2021-01-14 | 2021-01-14 | 一种可视加热炉内部试验件工况的试验装置 |
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| CN214471752U true CN214471752U (zh) | 2021-10-22 |
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| CN (1) | CN214471752U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114235425A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-03-25 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | 一种燃气轮机空心涡轮盘高温旋转试验装置 |
| FR3140118A1 (fr) * | 2022-09-22 | 2024-03-29 | Safran Aircraft Engines | Disque d’essai de disque rotatif de turbomachine |
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2021
- 2021-01-14 CN CN202120097960.XU patent/CN214471752U/zh active Active
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