本技術(shù)涉及航空發(fā)動機(jī)，具體涉及一種輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置。

背景技術(shù)：

1、高壓渦輪盤是航空發(fā)動機(jī)中的關(guān)鍵零件，工作環(huán)境惡劣，承受著高溫、大溫差熱負(fù)荷、高離心負(fù)荷的共同作用，一旦失效，嚴(yán)重影響著發(fā)動機(jī)的安全運(yùn)行。為確保高壓渦輪盤運(yùn)行的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及可靠性，開展高壓渦輪盤高溫度梯度下的超轉(zhuǎn)、破裂、低循環(huán)疲勞試驗(yàn)研究在發(fā)動機(jī)設(shè)計驗(yàn)證階段顯得尤為重要。

2、輪盤的超轉(zhuǎn)、破裂及低循環(huán)疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)通常是在高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)器上進(jìn)行。試驗(yàn)時，輪盤試驗(yàn)件懸掛于高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)器真空艙內(nèi)，并通過轉(zhuǎn)接軸與試驗(yàn)器柔性主軸相連，滿足高真空度、高轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)條件。高壓渦盤的試驗(yàn)條件為高真空、高轉(zhuǎn)速、高溫及高溫度梯度，然而實(shí)現(xiàn)在輪盤盤緣至盤心產(chǎn)生穩(wěn)定的高梯度溫度場以施加熱應(yīng)力，成為影響高壓渦輪盤驗(yàn)證試驗(yàn)的關(guān)鍵因素。

3、目前，輪盤試驗(yàn)用真空加溫爐大多采用恒溫電阻爐或分區(qū)控制的電阻爐，可以滿足輪盤在高溫均溫場、高溫低溫度梯度(即輪盤盤緣至盤心的徑向溫度梯度≤1.0℃/mm、軸向溫度梯度≤0.5℃/mm)條件下的超轉(zhuǎn)、疲勞試驗(yàn)，但無法滿足高壓渦輪盤在高溫度梯度下的超轉(zhuǎn)、疲勞試驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于目前技術(shù)存在以上不足，本實(shí)用新型提供了一種輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，通過在真空加熱爐內(nèi)增加高度可調(diào)的上、下隔熱套，實(shí)現(xiàn)了對輪盤輪緣進(jìn)行輻射換熱降溫及調(diào)節(jié)功能；在爐內(nèi)增加高度可調(diào)的上、下水套，實(shí)現(xiàn)了對輪盤盤心進(jìn)行輻射換熱降溫及調(diào)節(jié)功能；并在下水套芯部置有通氣孔，實(shí)現(xiàn)了對輪盤盤心附加氣體對流冷卻功能。最終實(shí)現(xiàn)了高壓渦輪盤高溫度梯度下的超轉(zhuǎn)、破裂、低循環(huán)疲勞試驗(yàn)且通用性強(qiáng)、試驗(yàn)成本較低。

2、為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：一種輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，包括爐體、下水套、下隔熱套、通氣管、下調(diào)節(jié)板、爐蓋、上水套、上隔熱套、上調(diào)節(jié)板、底座和吊柱。所述爐體下端面安裝有下調(diào)節(jié)板，所述下水套、下隔熱套安裝在下調(diào)節(jié)板上；所述爐蓋上端面安裝有上調(diào)節(jié)板，所述上水套、上隔熱套安裝在上調(diào)節(jié)板上；所述爐體下端面固定在底座上，通過吊柱、螺母與爐蓋連接；所述吊柱上端連接固定于超轉(zhuǎn)試驗(yàn)器真空艙內(nèi)頂面上；所述爐體的內(nèi)壁上布置三組加熱管，每組加熱管中間布置一支熱點(diǎn)偶ⅰ，用于與溫控柜連接，實(shí)現(xiàn)爐溫溫度的分組控制；在每組加熱管布置熱電偶ⅰ的180°方向均布置一支熱電偶ⅱ，用于與溫控柜連接，實(shí)現(xiàn)對爐溫溫度的分組監(jiān)測；所述爐體的爐壁中填充耐火隔熱材料。

3、優(yōu)選的，所述下水套具有進(jìn)水管ⅰ、出水管ⅰ和調(diào)節(jié)螺桿ⅰ。所述進(jìn)水管ⅰ、出水管ⅰ的下端均通過連接軟水管、高速試驗(yàn)器盲板上連接管路與真空艙外水冷機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)及溫度控制；所述調(diào)節(jié)螺桿ⅰ與下調(diào)節(jié)板通過連接孔ⅰ、螺母連接，實(shí)現(xiàn)對下水套安裝高度的調(diào)節(jié)，并通過固定螺栓ⅰ鎖定安裝高度。

4、優(yōu)選的，所述下隔熱套具有外層隔熱環(huán)ⅰ、中層隔熱環(huán)ⅰ、內(nèi)層隔熱環(huán)ⅰ和調(diào)節(jié)螺桿ⅱ。所述調(diào)節(jié)螺桿ⅱ與下調(diào)節(jié)板通過連接孔ⅰ、螺母連接，實(shí)現(xiàn)對下隔熱套安裝高度的調(diào)節(jié)，并通過固定螺栓ⅰ鎖定安裝高度。

5、優(yōu)選的，所述通氣管，通過焊接方式固定于下水套芯部，其上端置于試驗(yàn)件孔內(nèi)，下端通過連接軟氣管、高速試驗(yàn)器盲板上連接管路、壓力閥與真空艙外氮?dú)夤捱B接，并結(jié)合高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)器真空艙真空度監(jiān)測值≤1000pa，來調(diào)節(jié)氮?dú)鈮毫χ怠?/p>

6、優(yōu)選的，所述下調(diào)節(jié)板具有連接孔ⅰ、調(diào)節(jié)螺桿ⅲ和固定螺栓ⅰ。所述連接孔ⅰ，分別與爐體、下水套、下隔熱套連接；所述調(diào)節(jié)螺桿ⅲ與爐體通過最外圈連接孔ⅰ、螺母連接，實(shí)現(xiàn)對下調(diào)節(jié)板安裝高度的調(diào)節(jié)，并通過固定螺栓ⅰ鎖定安裝高度。

7、優(yōu)選的，所述下調(diào)節(jié)板的安裝高度調(diào)節(jié)范圍為-80～0mm，所述下水套、下隔熱套在下調(diào)節(jié)板上的安裝高度調(diào)節(jié)范圍0～+80mm，實(shí)現(xiàn)了下水套、下隔熱套具有±80mm的高度調(diào)節(jié)范圍。

8、優(yōu)選的，所述爐蓋上具有連接孔ⅱ，用于與吊柱連接。

9、優(yōu)選的，所述上水套具有進(jìn)水管ⅱ、出水管ⅱ和調(diào)節(jié)螺桿ⅳ。所述進(jìn)水管ⅱ、出水管ⅱ的上端均通過連接軟水管、高速試驗(yàn)器盲板上連接管路與真空艙外水冷機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)及溫度控制；所述調(diào)節(jié)螺桿ⅳ與上調(diào)節(jié)板通過連接孔ⅱ、螺母連接，實(shí)現(xiàn)對上水套安裝高度的調(diào)節(jié)，并通過固定螺栓ⅱ鎖定安裝高度。

10、優(yōu)選的，所述上隔熱套具有外層隔熱環(huán)ⅱ、中層隔熱環(huán)ⅱ、內(nèi)層隔熱環(huán)ⅱ和調(diào)節(jié)螺桿ⅴ。所述調(diào)節(jié)螺桿ⅴ與上調(diào)節(jié)板通過連接孔ⅲ、螺母連接，實(shí)現(xiàn)對上隔熱套安裝高度的調(diào)節(jié)，并通過固定螺栓ⅱ鎖定安裝高度。

11、優(yōu)選的，所述上調(diào)節(jié)板具有連接孔ⅲ、調(diào)節(jié)螺桿ⅵ和固定螺栓ⅱ。所述連接孔ⅲ，分別與爐蓋、上水套、上隔熱套連接；所述調(diào)節(jié)螺桿ⅵ與爐蓋通過最外圈連接孔ⅲ、螺母連接，實(shí)現(xiàn)對上調(diào)節(jié)板安裝高度的調(diào)節(jié)，并通過固定螺栓ⅱ鎖定安裝高度。

12、優(yōu)選的，所述上調(diào)節(jié)板的安裝高度調(diào)節(jié)范圍為0～+80mm，所述上水套、上隔熱套在上調(diào)節(jié)板上的安裝高度調(diào)節(jié)范圍-80～0mm，實(shí)現(xiàn)了上水套、上隔熱套具有±80mm的高度調(diào)節(jié)范圍。

13、優(yōu)選的，所述底座具有u型孔，通過吊柱及螺母，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)爐體與爐蓋的安裝固定。

14、優(yōu)選的，所述下水套的結(jié)構(gòu)，依據(jù)試驗(yàn)件的外型結(jié)構(gòu)，采用寶塔狀、保證其表面距試驗(yàn)件下表面及內(nèi)孔壁間距一致。

15、優(yōu)選的，所述下水套、上水套均采用焊接性能良好的奧氏體不銹鋼板制作；并在下水套上表面、上水套下表面噴涂耐高溫吸熱涂層。

16、優(yōu)選的，所述下隔熱套、上隔熱套的外層隔熱環(huán)ⅰ及ⅱ、中層隔熱環(huán)ⅰ及ⅱ、內(nèi)層隔熱環(huán)ⅰ及ⅱ均采用表面為鏡面的耐熱馬氏體不銹鋼1cr11ni2w2mov薄板制作。

17、本實(shí)用新型有益效果在于：通用高溫度梯度真空加溫裝置，在實(shí)現(xiàn)高壓渦輪盤在高溫度梯度(即輪盤盤緣至盤心的徑向溫度梯度≥1.3℃/mm、軸向溫度梯度≥1.0℃/mm)條件下的超轉(zhuǎn)、疲勞試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對爐體內(nèi)三組加熱管加熱功率的分組控制，對上、下水套及上、下隔熱套距試驗(yàn)件表面的間距調(diào)節(jié)，對冷卻水溫度、流量的調(diào)節(jié)以及通氣壓力的調(diào)節(jié)，同時適用于試驗(yàn)溫度梯度較低的風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)輪盤超轉(zhuǎn)、疲勞試驗(yàn)，擴(kuò)大了其適用范圍，有效地降低了輪盤試驗(yàn)成本。

技術(shù)特征：

1.一種輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于,包括：爐體(2)、下水套(3)、下隔熱套(4)、通氣管(5)、下調(diào)節(jié)板(6)、爐蓋(7)、上水套(8)、上隔熱套(9)、上調(diào)節(jié)板(10)、底座(11)和吊柱(12)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于：所述下水套(3)具有進(jìn)水管ⅰ(31)、出水管ⅰ(32)和調(diào)節(jié)螺桿ⅰ(33)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于：所述下隔熱套(4)具有外層隔熱環(huán)ⅰ(41)、中層隔熱環(huán)ⅰ(42)、內(nèi)層隔熱環(huán)ⅰ(43)和調(diào)節(jié)螺桿ⅱ(44)；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于：所述上隔熱套(9)具有外層隔熱環(huán)ⅱ(91)、中層隔熱環(huán)ⅱ(92)、內(nèi)層隔熱環(huán)ⅱ(93)和調(diào)節(jié)螺桿ⅴ(94)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于：所述下水套(3)、上水套(8)均采用焊接性能良好的奧氏體不銹鋼板制作；并且所述下水套(3)的上表面、所述上水套(8)的下表面均設(shè)有耐高溫吸熱涂層；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于：所述通氣管(5)，固定于所述下水套(3)芯部，并且所述通氣管(5)上端置于試驗(yàn)件孔內(nèi)，下端通過連接軟氣管、高速試驗(yàn)器盲板上連接管路、壓力閥與真空艙外氮?dú)夤捱B接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于：所述下調(diào)節(jié)板(6)具有連接孔ⅰ(61)、調(diào)節(jié)螺桿ⅲ(62)和固定螺栓ⅰ(63)；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于：所述上水套(8)具有進(jìn)水管ⅱ(81)、出水管ⅱ(82)和調(diào)節(jié)螺桿ⅳ(83)；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于：所述上調(diào)節(jié)板(10)具有連接孔ⅲ(101)、調(diào)節(jié)螺桿ⅵ(102)和固定螺栓ⅱ(103)；

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其特征在于：所述下水套(3)的結(jié)構(gòu)，依據(jù)試驗(yàn)件的外型結(jié)構(gòu)，采用寶塔狀、保證其表面距試驗(yàn)件下表面及內(nèi)孔壁間距的一致。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及航空發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輪盤試驗(yàn)通用高溫度梯度加溫裝置，其包括爐體、下水套、下隔熱板、通氣管、下調(diào)節(jié)板、爐蓋、上水套、上隔熱套、上調(diào)節(jié)板、底座和吊柱。裝置中下水套、下隔熱套及上水套、上隔熱套分別通過下調(diào)節(jié)板、上調(diào)節(jié)板安裝于爐體及爐蓋上，安裝高度均有上下調(diào)節(jié)功能。該裝置在實(shí)現(xiàn)高壓渦輪盤在高溫度梯度條件下超轉(zhuǎn)、疲勞試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對爐體內(nèi)三組加熱管加熱功率的分組控制，對上下水套、上下隔熱套距試驗(yàn)件表面的間距調(diào)節(jié)，對冷卻水溫度、流量的調(diào)節(jié)以及通氣壓力的調(diào)節(jié)，同時適用于試驗(yàn)溫度梯度較低的風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)輪盤超轉(zhuǎn)、疲勞試驗(yàn)，擴(kuò)大了其適用范圍，有效地降低了輪盤試驗(yàn)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：郭紫龍,高星偉,張曉芳,張輝,焦俊俊,吳俊鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西陜航環(huán)境試驗(yàn)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240326
技術(shù)公布日：2024/11/14