復雜結(jié)構(gòu)電磁感應加熱線圈的設計方法
【專利摘要】復雜結(jié)構(gòu)電磁感應加熱線圈的設計方法，實現(xiàn)步驟如下：（1）制作針對發(fā)動機渦輪榫接結(jié)構(gòu)加熱線圈的工裝，所述加熱線圈工裝即加熱線圈的支撐，通過在工裝上纏繞保證加熱線圈的形狀；所述工裝設計了凸臺作為加熱線圈纏繞的起始位置，同時為保證所纏繞加熱線圈順利在工裝上拆卸，在凸臺上設計有四個斜槽；（2）利用所述工裝所設計的加熱線圈實現(xiàn)對渦輪榫接均勻加熱，保證了發(fā)動機渦輪榫接均溫的試驗條件。
【專利說明】復雜結(jié)構(gòu)電磁感應加熱線圈的設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用電磁感應加熱復雜結(jié)構(gòu)時加熱線圈的設計方法，屬于航空發(fā)動機渦輪榫接等大型復雜結(jié)構(gòu)【技術領域】。
【背景技術】
[0002]航空發(fā)動機渦輪榫接等大型復雜結(jié)構(gòu)對加熱線圈要求高的特點，但目前的加熱線圈的制作多為傳統(tǒng)的手工制作，電磁感應加熱時加熱線圈形狀沒有嚴格要求。對于小件試驗，加熱過程溫度梯度不明顯，這樣的線圈基本是可以滿足加溫要求。但對于大件試驗，尤其是航空發(fā)動機渦輪榫接等形狀復雜的結(jié)構(gòu)，由于熱傳導的滯后性，加熱過程中溫度梯度明顯，因此對加熱線圈的要求比較高。航空發(fā)動機渦輪榫接由于故障多發(fā)，因此渦輪榫接的試驗研究及試驗定壽在渦輪研究中舉足輕重。航空發(fā)動機渦輪榫接工作在高溫環(huán)境中，只有高溫試驗才有工程意義。受到渦輪榫接形狀及大小的限制，在渦輪榫接試驗中多采用電磁感應加熱。因此，加熱線圈的設計嚴重影響渦輪榫接試驗效果。傳統(tǒng)的加熱線圈設計很難保證渦輪榫接均勻加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明技術解決問題:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種復雜結(jié)構(gòu)電磁感應加熱線圈的設計方法，實現(xiàn)了對航空發(fā)動機渦輪榫接均勻加熱，保證了發(fā)動機渦輪榫接均溫的試驗條件。
[0004]本發(fā)明技術解決方案:復雜結(jié)構(gòu)電磁感應加熱線圈的設計方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下:
[0005](I)制作針對發(fā)動機渦輪榫接結(jié)構(gòu)加熱線圈的工裝，所述加熱線圈工裝即加熱線圈的支撐，通過在工裝上纏繞保證加熱線圈的形狀；所述工裝設計了凸臺作為加熱線圈纏繞的起始位置，同時為保證所纏繞加熱線圈順利在工裝上拆卸，在凸臺上設計有四個斜槽；
[0006](2)利用所述工裝所設計的加熱線圈實現(xiàn)對渦輪榫接均勻加熱，保證了發(fā)動機渦輪榫接均溫的試驗條件。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:傳統(tǒng)的加熱線圈的制作方式很難滿足發(fā)動機渦輪榫接均勻溫度場的要求，本發(fā)明設計了針對發(fā)動機渦輪榫接結(jié)構(gòu)加熱線圈的工裝。航空發(fā)動機渦輪揪樹形榫接呈一齒最薄，逐齒加厚的形式。經(jīng)大量試驗對比研究，當加熱線圈邊界線與渦輪榫接中心線平行時，所制作加熱線圈加熱均勻度最優(yōu)。渦輪榫接軸向截面一般隨著半徑的增大而增大。經(jīng)大量試驗對比研究，當加熱線圈邊界線與渦輪榫接軸向截面外形平行時，所制作加熱線圈加熱均勻度最優(yōu)。所以本發(fā)明中的工裝設計了凸臺作為加熱線圈纏繞的起始位置，同時為保證所纏繞加熱線圈順利在工裝上拆卸，在凸臺上設計有四個斜槽；利用此工裝所設計的加熱線圈可以實現(xiàn)對渦輪榫接均勻加熱，保證了發(fā)動機渦輪榫接均溫的試驗條件，為航空發(fā)動機渦輪榫接疲勞試驗等的順利進行奠定了基礎，具有一定的工程意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為榫接軸向截面圖；
[0009]圖2為榫接子午面；
[0010]圖3為榫接加熱線圈軸向效果圖；
[0011]圖4為榫接加熱線圈子午面效果圖；
[0012]圖5為本發(fā)明中加熱線圈工裝正視圖；
[0013]圖6為本發(fā)明中加熱線圈工裝左視圖；
[0014]圖7為本發(fā)明中加熱線圈工裝仰視圖。
[0015]圖中:1:加熱線圈右邊界線，2:加熱線圈左邊界線，3:渦輪榫接中心線，4:加熱線圈前邊界線，5:加熱線圈后邊界線，6:凸臺，7:前斜槽，8:左斜槽，9:右斜槽，10:后斜槽。
【具體實施方式】
[0016]航空發(fā)動機渦輪揪樹形榫接如圖1所示，呈一齒最薄、逐齒加厚的形式。加熱時一齒所需熱量相對于四齒而言較少，加熱線圈呈一齒最遠、四齒最近的形式具有比較好的加熱效果。經(jīng)大量試驗對比研究，當加熱線圈右邊界線1、加熱線圈左邊界線2均與渦輪榫接中心線3平行時即如圖3所示時，所制作加熱線圈加熱均勻度最優(yōu)。渦輪榫接軸向截面如圖2所示，一般隨著半徑的增大而增大。經(jīng)大量試驗對比研究，當加熱線圈前邊界線4和加熱線圈后邊界線5均與渦輪榫接軸向截面外形平行時，如圖4所示，S卩加熱線圈前后邊界與渦輪榫接距離保持相等時，所制作加熱線圈加熱均勻度最優(yōu)。根據(jù)上述原則確定1、2、4、5四個加熱線圈邊界線，完成工裝整體設計。這樣的工裝形狀保證了加熱線圈與渦輪榫接具有“兩個平行”的特點，即加熱線圈左右邊界線與渦輪榫接中心線平行，前后邊界線與渦輪榫接軸向截面外形平行。經(jīng)大量實驗對比說明，如此形狀的加熱線圈是有利于渦輪榫接結(jié)構(gòu)均勻受熱的。
[0017]如圖5、6、7所示，加熱線圈工裝作為加熱線圈的支撐，通過在工裝上纏繞保證加熱線圈的形狀。為保證加熱線圈排列緊密，加熱線圈的起始纏繞位置必須固定，因此工裝設計了凸臺6用于固定加熱線圈,如圖5中所示。目前加熱線圈外徑約為8mm,為保證固定可靠，凸臺高度應大于10mm。工裝采用45號鋼，為保證凸臺強度，凸臺6厚度應大于20mm。加熱線圈的形狀完全由工裝確定，因此加熱線圈必須緊貼工裝，且需具有一定的預緊力，同時加熱線圈在拆卸過程中不允許有大變形。由此可見，加熱線圈的拆卸存在一定困難。為此，在工裝的凸臺上設計有四個斜槽用于加熱線圈的拆卸，如圖7中前斜槽7、左斜槽8、右斜槽
9、后斜槽10所示。為保證拆卸的對稱性，四個斜槽均位于凸臺6正中位置。為保證拆卸過程中，加熱線圈更好受力，四個斜槽厚度與凸臺高度一致，均應大于10mm。為保證斜槽具有足夠的下刀空間，在斜槽不影響加熱線圈形狀的前提下斜槽寬度應盡量大，因此斜槽寬度設計為20mm。
[0018]為了分析傳統(tǒng)方式制作的加熱線圈與本發(fā)明制作的加熱線圈的加熱效果，利用某發(fā)動機渦輪榫接進行了試驗對比，并通過多通道測溫儀同時測量渦輪榫接加熱部位不同點溫度。傳統(tǒng)方式制作的加熱線圈加熱渦輪榫接最大溫差可達20攝氏度，最小溫差也在10攝氏度左右。而本專利制作的加熱線圈加熱渦輪榫接，最大溫差5攝氏度。通過對比說明，本發(fā)明制作加熱線圈的方式很好的保證了渦輪榫接結(jié)構(gòu)電磁感應加熱時溫度場的均勻性，是保證渦輪榫接相關試驗精度的重要手段。
[0019]本發(fā)明未詳細闡述部分屬于本領域公知技術。
[0020]以上所述，僅為本發(fā)明部分【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領域的人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.復雜結(jié)構(gòu)電磁感應加熱線圈的設計方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下: (1)制作針對發(fā)動機渦輪榫接結(jié)構(gòu)加熱線圈的工裝，所述加熱線圈工裝即加熱線圈的支撐，通過在工裝上纏繞保證加熱線圈的形狀；所述工裝設計了凸臺作為加熱線圈纏繞的起始位置，同時為保證所纏繞加熱線圈順利在工裝上拆卸，在凸臺上設計有四個斜槽； (2)所述工裝使加熱線圈左右邊界線與渦輪榫接中心線平行，前后邊界線與渦輪榫接軸向截面外形平行；利用所述工裝所設計加熱線圈，實現(xiàn)對航空發(fā)動機渦輪榫接均勻加熱。
2.根據(jù)權利要求1所述的復雜結(jié)構(gòu)電磁感應加熱線圈的設計方法，其特征在于:所述步驟(I)四個斜槽均位于凸臺正中位置，且四個斜槽厚度與凸臺高度一致。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的復雜結(jié)構(gòu)電磁感應加熱線圈的設計方法，其特征在于:所述步驟(I)中的四個斜槽寬度設計為20mm。
【文檔編號】H05B6/40GK103561496SQ201310567798
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權日:2013年11月14日
【發(fā)明者】王榮橋, 劉華偉, 胡殿印, 申秀麗, 樊江 申請人:北京航空航天大學