燃機(jī)熱障涂層高效熱循環(huán)性能測試裝置及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱障涂層熱循環(huán)性能檢測，具體地講是燃機(jī)熱障涂層高效熱循環(huán)性能測試裝置及其測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著燃機(jī)等級(jí)的提高，燃?xì)鉁囟纫苍诓粩嗵岣撸@就對燃機(jī)的高溫部件提出了越來越高的要求。目前使用合金基材加上空氣冷卻系統(tǒng)已不能完全滿足燃機(jī)高溫部件的要求。在合金基材上采用合適的熱障涂層(Thermal barrier coating,TBC)是一種經(jīng)濟(jì)而有效的方法。熱障涂層不但可以降低金屬基體的工作溫度，還可以防止高溫零部件的高溫氧化、腐蝕，提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率、減少燃油消耗、延長高溫部件使用壽命。
[0003]但研制出的熱障涂層性能，尤其是熱性能是否達(dá)標(biāo)，沒有標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)的儀器可以測量。其熱性能檢測一直本領(lǐng)域的難題，而這些性能將直接影響未來涂層的服役壽命。這些問題不解決，熱障涂層后續(xù)工作將無法繼續(xù)。所以建設(shè)一套完整的熱循環(huán)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)模擬燃汽輪機(jī)的實(shí)際工作環(huán)境，并用此套系統(tǒng)驗(yàn)證熱障涂層的熱性能和壽命等，保證熱障涂層研制和燃機(jī)生產(chǎn)順利進(jìn)行迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種燃機(jī)熱障涂層高效熱循環(huán)性能測試裝置及其測試方法，該裝置及測試方法能夠模擬燃?xì)廨啓C(jī)葉片實(shí)際工況環(huán)境，測試比較研制出的多種新型熱障涂層試樣在燃汽輪機(jī)模擬工況環(huán)境下工作時(shí)的熱循環(huán)性能，從而有利于開發(fā)出更經(jīng)久耐用的燃?xì)廨啓C(jī)葉片熱障涂層。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種燃機(jī)熱障涂層高效熱循環(huán)性能測試裝置，包括控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)和機(jī)加系統(tǒng)；所述控溫系統(tǒng)包括加熱火焰槍和錐形冷卻空氣口，所述加熱火焰槍被安裝在火焰槍位置調(diào)節(jié)裝置上，其槍頭正對加熱位置的試件的加熱面，加熱火焰槍上還有燃?xì)狻⒀鯕饬髁康恼{(diào)節(jié)裝置；所述錐形冷卻空氣口，對準(zhǔn)式樣的冷卻面，并連接冷卻空氣流量的控制裝置；通過加熱和冷卻為待測試樣建立指定梯度溫差，模擬燃機(jī)葉片實(shí)際工況環(huán)境，使熱障涂層熱循環(huán)性能檢測更具針對性。
[0006]所述機(jī)加系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤、試樣夾具，所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤設(shè)置有四、六或八位試樣固定點(diǎn)，試樣夾具分別裝在固定點(diǎn)上；系統(tǒng)工作時(shí)，可根據(jù)加熱冷卻時(shí)間，調(diào)整驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角度，使式樣處于加熱位置或冷卻位置；所述冷卻位置的式樣前后都有錐形冷卻空氣口 ；工作時(shí)，同時(shí)對多個(gè)試樣分別進(jìn)行加熱或冷卻。
[0007]所述試樣夾具包括前罩、墊圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤上，待測試樣固定在前罩和墊圈中間，使待測試樣檢測區(qū)域形成無盲區(qū)。
[0008]所述控制系統(tǒng)連接機(jī)加系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤、控溫系統(tǒng)中加熱火焰槍位置控制裝置及火焰槍自動(dòng)點(diǎn)火裝置、監(jiān)控系統(tǒng)中紫外火焰探測器以及燃?xì)?、氧氣開關(guān)閥連接，保證系統(tǒng)在無人監(jiān)護(hù)情況下安全運(yùn)行。
[0009]所述管路系統(tǒng)共有十一路氣體，其中兩路燃?xì)狻陕费鯕夂推呗穳嚎s空氣，所述十一路氣體采用分層交錯(cuò)硬管連接，每根管路上分別裝有流量控制器、電磁閥、單向閥和回火閥，其布局是，都集成在一個(gè)小于一個(gè)立方米的空間內(nèi)；外部留有各氣路管道接口，使設(shè)備使用更加便捷。
[0010]所述試件前后溫度均安裝高光學(xué)分辨率激光紅外測溫儀進(jìn)行溫度監(jiān)控，并通過熱電偶進(jìn)行溫度校準(zhǔn)。
[0011]所述試件加熱面前方有CCD工業(yè)相機(jī)記錄試件實(shí)驗(yàn)失效的整個(gè)過程。
[0012]一種運(yùn)用上述燃機(jī)熱障涂層高效熱循環(huán)性能測試裝置的測試方法，包括如下步驟，
1)將多個(gè)待測試樣安裝在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤的試樣固定點(diǎn)上，啟動(dòng)自動(dòng)點(diǎn)火按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)；
2)在加熱位置，加熱火焰槍對前方試件進(jìn)行加熱，試件加熱面溫度通過加熱火焰槍的燃?xì)?、氧氣流量調(diào)節(jié)和加熱火焰槍位置調(diào)節(jié)來到達(dá)預(yù)期的溫度；試件冷卻面溫度通過控制錐形冷卻空氣口氣體流量的大小來控制溫度；通過試件前后加熱火焰槍和錐形冷卻空氣口進(jìn)行控制建立試件溫度梯度差；試件前后溫度均通過安裝高光學(xué)分辨率激光紅外測溫儀進(jìn)行溫度監(jiān)控，并通過熱電偶進(jìn)行溫度校準(zhǔn)。
[0013]3)控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的加熱時(shí)間和冷卻時(shí)間驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，加熱火焰槍對下一組試件進(jìn)行加熱；前一組加熱試件被旋轉(zhuǎn)到冷卻位置，通過前后錐形冷卻空氣孔進(jìn)行兩面強(qiáng)制冷卻，或關(guān)閉冷卻空氣進(jìn)行自然冷卻；如此一直循環(huán)下去，直到試件全部無效，關(guān)閉加熱火焰槍，關(guān)閉系統(tǒng)，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。
[0014]所述步驟I)中加熱火焰槍在自動(dòng)點(diǎn)火啟動(dòng)后一直處于工作狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束；實(shí)驗(yàn)過程中，火焰探測器一直處于火焰檢測狀態(tài)，如果由于不可預(yù)測的原因，火焰熄滅，火焰探測器將發(fā)送信號(hào)給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)二次點(diǎn)火，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)點(diǎn)火失敗，控制系統(tǒng)將關(guān)閉燃?xì)夂脱鯕夤苈房刂崎y，防止氣體泄漏，發(fā)生危險(xiǎn)。
[0015]所述步驟1)、步驟2)和步驟3)中均用CXD工業(yè)相機(jī)記錄試件實(shí)驗(yàn)失效的整個(gè)過程。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
1、所述控溫系統(tǒng)中加熱火焰槍和錐形冷卻孔根據(jù)燃?xì)?、氧氣和冷卻空氣流量的控制，可以為待測試樣建立指定梯度溫差，模擬燃機(jī)葉片實(shí)際工況環(huán)境，使熱障涂層熱循環(huán)性能檢測更具針對性。
[0017]2、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤可以根據(jù)需求設(shè)置四、六或八位試樣固定點(diǎn)，試樣夾具可分別裝在固定點(diǎn)上，系統(tǒng)工作時(shí)，可根據(jù)加熱冷卻時(shí)間，調(diào)整驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角度，同時(shí)對多個(gè)試樣進(jìn)行檢測，提高工作效率。
[0018]3、加熱火焰槍在自動(dòng)點(diǎn)火啟動(dòng)后一直處于工作狀態(tài)，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束；實(shí)驗(yàn)過程中，火焰探測器一直處于火焰檢測狀態(tài)，如果由于不可預(yù)測的原因，火焰熄滅，火焰探測器將發(fā)送信號(hào)給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)二次點(diǎn)火，在預(yù)定時(shí)間內(nèi)點(diǎn)火失敗，控制系統(tǒng)將關(guān)閉燃?xì)夂脱鯕夤苈房刂崎y，防止氣體泄漏，發(fā)生危險(xiǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明燃機(jī)熱障涂層高效熱循環(huán)測試裝置前視圖；
圖2為本發(fā)明燃機(jī)熱障涂層高效熱循環(huán)測試裝置后視圖；
圖3為圖1的A放大圖；
圖4為本發(fā)明燃機(jī)熱障涂層高效熱循環(huán)測試裝置自動(dòng)點(diǎn)火邏輯圖。
[0020]圖中標(biāo)號(hào):I一紫外火焰探測器，2 — C⑶工業(yè)相機(jī)，3—加熱火焰槍，4一火焰槍自動(dòng)點(diǎn)火裝置，5—試件夾具，6—驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，7—錐形冷卻空氣口，8—計(jì)算機(jī)監(jiān)視器，9一控制系統(tǒng)，10—管路系統(tǒng)，11一高光學(xué)分辨率激光紅外測溫儀，12—管路系統(tǒng)外部接口。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1至圖3所示，燃機(jī)熱障涂層高效熱循環(huán)性能測試裝置，包括控制系統(tǒng)9、監(jiān)控系統(tǒng)8、管路系統(tǒng)10、控溫系統(tǒng)和機(jī)加系統(tǒng)；所述控溫系統(tǒng)包括加熱火焰槍3和錐形冷卻空氣口 7，所述加熱火焰槍3被安裝在火焰槍位置調(diào)節(jié)裝置上，其槍頭正對加熱位置的試件的加熱面，加熱火焰槍3上還有燃?xì)狻⒀鯕饬髁康恼{(diào)節(jié)裝置；所述錐形冷卻空氣口 7，對準(zhǔn)加熱位置的式樣的冷卻面，并連接冷卻空氣流量的控制裝置；通過加熱和冷卻為待測試樣建立指定梯度溫差，模擬燃機(jī)葉片實(shí)際工況環(huán)境，使熱障涂層熱循環(huán)性能檢測更具針對性。所述機(jī)加系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6、試樣夾具5，所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6設(shè)置有四位試樣固定點(diǎn)，試樣夾具5分別裝在固定點(diǎn)上，系統(tǒng)工作時(shí)，可根據(jù)加熱冷卻時(shí)間，調(diào)整驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角度，使式樣處于加熱位置或冷卻位置；所述冷卻位置的式樣前后都有錐形冷卻空氣口 ；工作時(shí)，同時(shí)對多個(gè)試樣分別進(jìn)行加熱或冷卻。所述試樣夾具5包括前罩、墊圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6上，待測試樣固定在前罩和墊圈中間，使待測試樣檢測區(qū)域形成無盲區(qū)。所述控制系統(tǒng)9連接機(jī)加系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤6、控溫系統(tǒng)中加熱火焰槍位置控制裝置及加熱火焰槍自動(dòng)點(diǎn)火裝置4、監(jiān)控系統(tǒng)中紫外火焰探測器I以及燃?xì)狻⒀鯕忾_關(guān)閥連接，保證系統(tǒng)在無人監(jiān)護(hù)情況下安全運(yùn)行。所述加熱、冷卻、檢測和記錄均采用兩套系統(tǒng)同時(shí)工作。所述管路系統(tǒng)共有十一路氣體，其中兩