[发明专利]一种基于石英灯辐射加热的热机械疲劳试验系统

说明书

一种基于石英灯辐射加热的热机械疲劳试验系统，包括加热模块、夹具、控制模块、气冷子模块、水冷子模块和疲劳试验机；通过疲劳试验机对待测试件模拟金属或非金属试件在服役环境下的疲劳载荷，也可模拟金属或非金属试件的机械疲劳‑高温蠕变疲劳；采用U型石英灯管，对待测试件表面均匀辐射加热，使试件表面形成近似于工作时所承受的温度场，同时通过控制系统调节灯管功率，进而模拟服役环境下的表面温度场，冷却模块既可以对加热模块的石英灯灯管陶瓷端进行冷却降温，以延长灯管使用寿命，又可以给待测试件进行冷却降温，从而实现温度梯度，更加符合真实极端服役环境考核要求，解决目前常用加热方式难以真实模拟服役温度场的难题。

技术领域

本发明涉及热机械疲劳试验系统，特别涉及一种基于石英灯辐射加热的热机械疲劳试验系统，适用于航空发动机金属或非金属热端部件的热机械疲劳考核，具有良好的热环境模拟效果。

背景技术

航空发动机涡轮叶片及其它热端部件的热机械疲劳(TMF)故障是航空发动机服役期间主要的失效形式，严重影响航空发动机安全可靠运行。通过对航空发动涡轮叶片进行热机械疲劳试验测试其抗热机械疲劳性能及其使用寿命，根据测试结果对叶片进行更新改进和寿命评估及是航空发动机涡轮叶片设计及服役的重要工作。

现有高温合金涡轮叶片热机械疲劳试验的方法，大多采用对带涂层的单晶试样进行燃气热冲击、高频电磁感应加热等，同时用疲劳试验机夹持试件模拟所受离心力载荷进行热机械疲劳试验。然而高温燃气难以较准确控制试件温度，且试件受热难以达到均匀；高频电磁感应加热是一种利用电磁感应来加热电导体(一般是金属)的方式，会在金属中产生涡电流，因电阻而造成金属的焦耳加热，这种加热方式仅适用于金属试件，且不符合涡轮叶片实际服役工况，尤其是对于带陶瓷涂层的涡轮叶片，其传热方式与实际情况差异较大。

申请号为201110460131的中国发明专利申请披露了一种空心气冷涡轮叶片热机械疲劳试验系统。该试验系统在静止条件下通过高温夹具夹持叶片，由疲劳试验机提供疲劳载荷，由高频电磁感应加热炉提供温度载荷，进行叶片热机械疲劳试验。该试验系统存在的问题是，采用高频电磁感应加热，使叶片内部产生涡电流，因电阻而产生焦耳热从而达到加热试件的目的，然而实际上带涂层叶片热量自外表面向内部逐渐传热，外层涂层首先受热温度升高，涂层的存在是为了防止金属基底直接暴露在高温环境中导致其加速损伤。因此，采用感应加热的方式与实际服役工况不符，影响实验结果准确性。

申请号为200910237475的中国发明专利申请披露了一种热机械疲劳试验的装置和方法，该装置加热方式为激光热源与聚焦镜片，或交流电源与感应线圈，该试验系统存在的问题是，采用激光热源与聚焦镜片的方式进行加热成本较高，且难以实现叶片的大面积加热；采用交流电源与感应线圈加热的方式与申请号201110460131的中国发明专利相同，不符合叶片实际服役工况，同样影响试验结果的准确性。

发明内容

针对现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于石英灯辐射加热的热机械疲劳试验系统，能够真实模拟航空发动机热端部件金属或非金属试件实际服役中所受到的热机械疲劳试验系统，以提高金属或非金属试件热机械疲劳试验数据的准确性和可靠性。

为达到上诉目的，本发明的技术方案为：

一种基于石英灯辐射加热的热机械疲劳试验系统，包括加热模块1、夹具3、控制模块4、气冷子模块5、水冷子模块6和疲劳试验机7；

所述加热模块1包括连接的左、右炉膛1-1、1-2；左、右炉膛1-1、1-2的两侧安装有航空插头1-7；左、右炉膛1-1、1-2内安装有U型石英灯管1-3与热电偶1-4；左、右炉膛1-1、1-2上、下表面开有通孔1-5用于放置待测试件2；左、右炉膛1-1、1-2的侧面分别设置有观察窗1-6、冷却水入口1-10、冷却水出口1-11和用于冷却试件的炉膛气冷通道1-8；

所述夹具3安装在疲劳试验机7上，夹具3上设置有冷却水通道3-2和冷却气通道3-1；待测试件2固定在夹具3上；