[发明专利]一种用于涡轮叶片材料热疲劳的实验装置

说明书

本发明公开了一种用于涡轮叶片材料热疲劳的实验装置，包括试验测试台，以及分别与试验测试台连接的感应线圈加热系统、温度测试采集系统、冷却系统、试验控制平台，其中试样固定在夹具上，冷却气体通过第一冷却气体通道、第二冷却通道对试样表面、端部、内部进行冷却，热电偶设置在试样的表面半径为3.5mm、6.5mm、8.5mm、试样内环四处，热电偶连接温度显示仪、计算机主机，感应线圈内环设有感应线圈冷却水通道，冷却水从感应线圈一侧流入，另一侧流出。本发明优点：能模拟不同工作状态下涡轮叶片所处交变循环温度的热疲劳工作环境，且对涡轮叶片材料的热疲劳失效机理和可靠性提供非常重要的实验数据。

技术领域

本发明涉及高温部件检测设备领域，特别是涉及一种用于涡轮叶片材料热疲劳的实验装置。

背景技术

近年来，由于航空材料研制工作的迫切需要，传统的热疲劳测试方法、测试条件简单，提供信息少，无法满足日益增长的现代科研需要。而由高热负荷引起的材料的热损伤问题日益突出，已经引起个各国研究机构的高度重视，并分别基于激光加热、石英灯、高温辐射，电阻加热器、高温燃烧气等加热方法建立起相应的实验平台，进行热疲劳实验研究。尽管这些方法能够模拟高热负荷的实验环境，但是在人力、物力耗费很大，实验设备要求高，而且缺乏或无法实时获得试样的关键信息；此外，由于采取加热方法的限制，很多试验装置无法实现快速变化的热负荷环境，因此通过设计相关试验装置和模拟试验，如何经济有效地对高温部件热疲劳失效行为进行表征，将是科研工作者直接面对的现实工程问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于涡轮叶片材料热疲劳的实验装置，并在实验过程中实现对多个热疲劳参数进行原位测试，为高温部件的热疲劳性能以及可靠性评估提供有效地解决办法。

本发明采用如下技术方案：一种用于涡轮叶片材料热疲劳的实验装置，包括感应线圈加热系统、温度测试采集系统、冷却系统、试验控制平台；

所述感应线圈加热系统采用对称结构的双向环绕加热方式，包括特制的感应线圈、交流电源，感应线圈加热范围为25℃～1200℃，每秒加热温度可达50℃～100℃，感应线圈可以根据加热对象的不同尺寸，制作成不同的形状，交流电源连接感应线圈，感应线圈冷却水通道连接冷却系统的冷却水箱，冷却水主要用于感应线圈的冷却，且从感应线圈一侧流入，另一侧流出，达到冷却效果防止感应线圈损坏；

所述温度测试采集系统包括热电偶、温度显示仪、温度采集软件，所述热电偶与温度显示仪、计算机连接；

所述冷却系统包括空气压缩机、冷却水箱、电磁阀、第一冷却通道、第二冷却通道，冷却气体先经过冷却气体入口，由试样四周表面的喷气口进入后分布到试样表面及端部，另一股冷却气体以一定的流动速率经第一冷却气体通道的气管、第二冷却气体通道的气管进入试样内部，使试样内环保持为某一稳定温度，形成一定的温度梯度，形成了大梯度的内外温差梯度及热应力，诣在模拟飞机起飞、巡航、反推时涡轮不同工作状态下的温度历史；

所述第一冷却通道、第二冷却通道均呈十字架状，第一冷却通、第二冷却通道为上下分布，第一冷却通道左侧、右侧、顶端各设有冷却气体入口，第二冷却通道左侧、右侧、底端各设有冷却气体入口，第一冷却通道下表面的左侧、右侧各设有一个喷气口，第二冷却通道上表面的左侧、右侧各设有一个喷气口，第一冷却通道底端左右两侧面各固定安装有一个定位板，第一冷却通道上的定位板呈并排分布，第二冷却通道顶端左右两侧面各固定安装有一个定位板，第二冷却通道上的定位板呈并排分布，上下分布的定位板之间均设有热电偶固定装置，热电偶固定装置内侧置于试样内，试样连接在第一冷却通道、第二冷却通道之间的间隙内，上端的定位板下表面与热电偶固定装置之间的间隙内均设有感应线圈，感应线圈内环设有感应线圈冷却水通道；

所述试验控制平台包括计算机、冷却系统控制开关、急停开关、冷却系统工作指示灯、温度显示仪，冷却系统控制开关通过电磁阀与冷却系统连接，冷却系统工作指示灯与冷却系统内部连接。