燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热障涂层热循环性能检测，具体地讲是燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]随着燃机等级的提高，燃气温度也在不断提高，这就对燃机的高温部件提出了越来越高的要求。目前使用合金基材加上空气冷却系统已不能完全满足燃机高温部件的要求。在合金基材上采用合适的热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)是一种经济而有效的方法。热障涂层不但可以降低金属基体的工作温度，还可以防止高温零部件的高温氧化、腐蚀，提高燃气轮机的效率、减少燃油消耗、延长高温部件使用寿命。
[0003]但研制出的热障涂层性能，尤其是热性能是否达标，没有标准和专业的仪器可以测量。其热性能检测一直本领域的难题，而这些性能将直接影响未来涂层的服役寿命。这些问题不解决，热障涂层后续工作将无法继续。所以建设一套完整的热循环试验台系统模拟燃汽轮机的实际工作环境，并用此套系统验证热障涂层的热性能和寿命等，保证热障涂层研制和燃机生产顺利进行迫在眉睫。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法，该装置及测试方法能够模拟燃气轮机叶片实际工况环境，测试比较研制出的多种新型热障涂层试样在燃汽轮机模拟工况环境下工作时的热循环性能，从而有利于开发出更经久耐用的燃气轮机叶片热障涂层。
[0005]实现本发明的技术方案是:一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，包括控制系统、监控系统、管路系统、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪和锥形冷却空气口，所述加热火焰枪被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口，对准式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。
[0006]所述机加系统包括驱动转盘、试样夹具，所述驱动转盘设置有四、六或八位试样固定点，试样夹具分别装在固定点上；系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，使式样处于加热位置或冷却位置；所述冷却位置的式样前后都有锥形冷却空气口 ；工作时，同时对多个试样分别进行加热或冷却。
[0007]所述试样夹具包括前罩、垫圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驱动转盘上，待测试样固定在前罩和垫圈中间，使待测试样检测区域形成无盲区。
[0008]所述控制系统连接机加系统中的驱动转盘、控温系统中加热火焰枪位置控制装置及火焰枪自动点火装置、监控系统中紫外火焰探测器以及燃气、氧气开关阀连接，保证系统在无人监护情况下安全运行。
[0009]所述管路系统共有十一路气体，其中两路燃气、两路氧气和七路压缩空气，所述十一路气体采用分层交错硬管连接，每根管路上分别装有流量控制器、电磁阀、单向阀和回火阀，其布局是，都集成在一个小于一个立方米的空间内；外部留有各气路管道接口，使设备使用更加便捷。
[0010]所述试件前后温度均安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。
[0011]所述试件加热面前方有CCD工业相机记录试件实验失效的整个过程。
[0012]一种运用上述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置的测试方法，包括如下步骤，
1)将多个待测试样安装在驱动转盘的试样固定点上，启动自动点火按钮，系统进入正常运行状态；
2)在加热位置，加热火焰枪对前方试件进行加热，试件加热面温度通过加热火焰枪的燃气、氧气流量调节和加热火焰枪位置调节来到达预期的温度；试件冷却面温度通过控制锥形冷却空气口气体流量的大小来控制温度；通过试件前后加热火焰枪和锥形冷却空气口进行控制建立试件温度梯度差；试件前后温度均通过安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。
[0013]3)控制系统根据预先设定的加热时间和冷却时间驱动转盘旋转，加热火焰枪对下一组试件进行加热；前一组加热试件被旋转到冷却位置，通过前后锥形冷却空气孔进行两面强制冷却，或关闭冷却空气进行自然冷却；如此一直循环下去，直到试件全部无效，关闭加热火焰枪，关闭系统，结束实验。
[0014]所述步骤I)中加热火焰枪在自动点火启动后一直处于工作状态，直到实验结束；实验过程中，火焰探测器一直处于火焰检测状态，如果由于不可预测的原因，火焰熄灭，火焰探测器将发送信号给控制系统，控制系统自动启动二次点火，在预定时间内点火失败，控制系统将关闭燃气和氧气管路控制阀，防止气体泄漏，发生危险。
[0015]所述步骤1)、步骤2)和步骤3)中均用CXD工业相机记录试件实验失效的整个过程。
[0016]本发明的有益效果是:
1、所述控温系统中加热火焰枪和锥形冷却孔根据燃气、氧气和冷却空气流量的控制，可以为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。
[0017]2、驱动转盘可以根据需求设置四、六或八位试样固定点，试样夹具可分别装在固定点上，系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，同时对多个试样进行检测，提高工作效率。
[0018]3、加热火焰枪在自动点火启动后一直处于工作状态，直到实验结束；实验过程中，火焰探测器一直处于火焰检测状态，如果由于不可预测的原因，火焰熄灭，火焰探测器将发送信号给控制系统，控制系统自动启动二次点火，在预定时间内点火失败，控制系统将关闭燃气和氧气管路控制阀，防止气体泄漏，发生危险。
【附图说明】
[0019]图1为本发明燃机热障涂层高效热循环测试装置前视图；
图2为本发明燃机热障涂层高效热循环测试装置后视图；
图3为图1的A放大图；
图4为本发明燃机热障涂层高效热循环测试装置自动点火逻辑图。
[0020]图中标号:I一紫外火焰探测器，2 — C⑶工业相机，3—加热火焰枪，4一火焰枪自动点火装置，5—试件夹具，6—驱动转盘，7—锥形冷却空气口，8—计算机监视器，9一控制系统，10—管路系统，11一高光学分辨率激光红外测温仪，12—管路系统外部接口。
【具体实施方式】
[0021]如图1至图3所示，燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，包括控制系统9、监控系统8、管路系统10、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪3和锥形冷却空气口 7，所述加热火焰枪3被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪3上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口 7，对准加热位置的式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。所述机加系统包括驱动转盘6、试样夹具5，所述驱动转盘6设置有四位试样固定点，试样夹具5分别装在固定点上，系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，使式样处于加热位置或冷却位置；所述冷却位置的式样前后都有锥形冷却空气口 ；工作时，同时对多个试样分别进行加热或冷却。所述试样夹具5包括前罩、垫圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驱动转盘6上，待测试样固定在前罩和垫圈中间，使待测试样检测区域形成无盲区。所述控制系统9连接机加系统中的驱动转盘6、控温系统中加热火焰枪位置控制装置及加热火焰枪自动点火装置4、监控系统中紫外火焰探测器I以及燃气、氧气开关阀连接，保证系统在无人监护情况下安全运行。所述加热、冷却、检测和记录均采用两套系统同时工作。所述管路系统共有十一路气体，其中两