大型回转体耐火性能测试平台的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种大型回转体耐火性能测试平台，包括：模拟加热装置，提供真实的加热环境，并且火焰大小及加热温度可控可调；被测件位姿调整平台，提供被测件的安装定位接口，并且实现空间五自由度转动及移动，实现相对空间位置可控可调，真实模拟被测件在温度场中的姿态；控制系统，实时采集温度及被测件的位姿信号，并实时控制相关敏感参数。本发明能够真实、高效的模拟火灾现场，并且被测件温度分布可控可调，安装定位十分方便，通用性强，为耐火回转体工件的在实际应用提供参考依据，整套机械系统结构巧妙、高度集成化，安装定位十分方便，具有开放性、柔性设计、精度高等诸多优点。
【专利说明】大型回转体耐火性能测试平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大型回转体耐火性能测试平台。
【背景技术】
[0002]自从美国“9.11”事件以后，世界各国对钢结构防火问题倍加关注，特别是在舰船及飞机等领域内，一旦发生火灾，如果材料本身就不具备防火性甚至可燃烧，那只能带来更大的火灾危害，因此材料自身的防火耐火特性得到极大关注，如:钢结构防火涂料应在受火时具有良好的隔热性(厚型防火涂料)、发热后膨胀隔热防火(薄型防火涂料)；无机复合防火板在受火时仍然具有较低的热导率、减缓热传导速率；无机纤维不仅有良好的附着力，而且在高温下的热导率增加缓慢，板应在受火时不会有较大的萎缩、保持孔隙率、导热系数不随温度的升高而增加太快；柔性卷材在受火时既要膨胀发泡隔热、还要有良好的附着力。针对不同的应用场合，对不同材料提出不同的耐火分隔等级要求，目前，我国进行材料及产品的耐火试验，主要采用三面受火简支梁，即将试件安装在炉子上部，两端铰支于墙上，保证有效跨度约4500mm，加热，检测钢材内部温度临界值和跨中挠度最大允许值。对于大型圆柱体、圆锥体等大型回转件的高温抗压强度及耐火度测试，一般是将大型回转件等比例缩放，放置在高温炉中或者吊装在高温炉口上，进行测试，这种测试方式不仅繁琐代价高，而且准确性十分之差，整个测试过程敏感参数难以控制，无法真实的模拟材料在实际火灾状况下的耐火性能。
【发明内容】
[0003]鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种大型回转体耐火性能测试平台，其能够真实的模拟火灾现场，并且被测件温度分布可控可调，安装定位十分方便，通用性强，为耐火回转体工件的在实际应用提供参考依据。
[0004]本发明提供一种大型回转体耐火性能测试平台，包括:模拟加热装置，提供真实的加热环境，并且火焰大小及加热温度可控可调；被测件位姿调整平台，提供被测件的安装定位接口，并且实现空间五自由度转动及移动，实现相对空间位置可控可调，真实模拟被测件在温度场中的姿态；控制系统，实时采集温度及被测件的位姿信号，并实时控制相关敏感参数。
[0005]模拟加热装置，包括:燃烧室、燃烧器、低温整流器、高温整流器、风机及供风管路等，所述低温整流器采用蜂窝结构，高温整流器采用水冷不锈钢结构；所述测控系统采集压力、流量、温度等信号，燃气出口温度及速度由供油压力及电动风量阀门耦合控制，并实现供风及供油协调一致，使得燃烧效率不低于99%，运行稳定，脉动小。
[0006]作为优选，喷嘴设计采用成熟的离心喷嘴设计，所述燃烧室采用全环燃烧室，产生同等热量比单个火焰筒耗油量小，并且在给定的参数范围内稳定、参数易控制，由于运行稳定脉动小，参数易控制，因此更加真实的模拟火灾现场，并且延长其使用寿命。
[0007]作为优选，燃烧室出口混合段长度设计为I米，即综合考虑了使用现场的空间限制，又保证了气流出口的准直性，而且保证出口气流均匀性，所述燃烧室壁面及整流器采用耐高温陶瓷材料，与传统采用耐热不锈钢加冷却水套的结构相比，极大地减少了能量损失；燃烧室出口设计有可拆卸的防止高温燃气反射装置，即可以保证燃气流出的准直性，又方便拆卸更换。
[0008]被测件位姿调整平台，共有横向平移运动、纵向平移运动、竖直方向平移运动、绕竖直方向转动及工件自旋运动5个自由度，实现真实模拟工件的与喷射燃气及火焰之间的相对位置关系；所述横向移动总成、纵向移动总成及竖直方向移动总成均采用伺服电机加丝杠加滚珠直线导轨的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高、承载力大等优点，所述丝杠均采用具有自锁功能的TM33螺纹，方便位置调整并使其在调定位置可靠锁定，保证在系统断电后不发生‘溜车’现象；在行程两端均设计双余度限位开关，起到行程限位和保护作用。
[0009]绕竖直方向转动总成，包括驱动电机、传动机构、支撑轴承等，所述传动机构选择斜齿圆锥齿轮减速器，速比为5.41:1，以便于空间布置并且实现平稳传动。
[0010]工件自旋机构，包括驱动电机、减速器、驱动轴、安装平台以及工装等，驱动电机采用直流无刷调速电机驱动，采用可控无极调速方式，从而适应不同回转体转速要求；作为优选，安装机构设计成通用拆装形式，根据不同工件任务需要，更换工装；所述安装平台为圆盘形钢制平台，其上开有T型槽，以便于不同工件安装、定位；优选地，安装平台上设计有安装定位工装，工装采用聚四氟乙烯材料，防止安装定位过程中对工件产生碰损，并且聚四氟乙烯工装做成楔形结构，方便安装定位；所述驱动电机输出轴端均加装光电编码器，不仅以实现位置伺服闭环控制，又可以将信号返回上位机进行实时反馈监控。
[0011]本发明能够真实、高效的模拟火灾现场，并且被测件温度分布可控可调，安装定位十分方便，通用性强，为耐火回转体工件的在实际应用提供参考依据，整套机械系统结构巧妙、高度集成化，安装定位十分方便，具有开放性、柔性设计、精度高等诸多优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台系轴测图1 ;
[0013]图2是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台轴测图2 ；
[0014]图3是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台俯视图；
[0015]图4是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台左视图；
[0016]图5是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台测试位置轴测图；
[0017]图6是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台测试位置主视图；
[0018]图7是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台测试位置俯视图。
[0019]图8是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台转台结构示意图；
[0020]图9是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台转台主视图；
[0021]图10是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台转台俯视图；
[0022]图11是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台转台上部轴测图；
[0023]图12是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台转台上部主视图；
[0024]图13是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台转台上部剖视图1 ;
[0025]图14是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台转台上部剖视图2。
[0026]图15是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台加热系统图。
[0027]图16是根据本发明的一个实施方式的大型回转体耐火性能测试平台燃烧室结构图。
[0028]图中:1、火焰喷嘴；2、加热装置；3、五自由度平台；4、地基；5、旋转电机；6、旋转电机减速器；7、升降电机；8、自转电机；9、自转电机减速器；10、上壳体；11、被测锥体；12、横向导轨；13、横向安装平台；14、横向丝杠；15、横向电机；16、纵向安装平台；17、纵向导轨；18、纵向丝杠；19、固定肋板；20、纵向电机；21、滑块；22、工装；23、安装平台；24、自转轴；25、轴承；26、轴承；27、端盖；28、轴承；29、壳体；30、轴承；31、主轴；32、轴承；33、螺母；34、垫圈；35、螺母；36、底部支撑架；37、丝杠；38、固体润滑轴承；39、螺母；40、安装支架；41、过渡件；42、升降螺母；43、固体润滑轴承；44、螺母；45、锥齿轮；46、定位套；47、齿轮轴；48、锥齿轮；49、风机；50、电动风量阀；51、低温整流器；52、压力传感器；53、温度传感器；54、流量计；55、高温整流器；56、高能点火器；57、燃烧室；58、高温温度传感器；59、喷嘴燃油；60、高温测速计；61、可拆卸防高温烟气反射装置；62、喷嘴；63、旋流杯；64、火焰筒；65、点火器；66、喷嘴进油口。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图详细说明根据本发明的实施方式。
[0030]如附图所示，一种大型回转体耐火性能测试平台，包括:模拟加热装置2，提供真实的加热环境，并且火焰大小及加热温度可控可调；被测件位姿调整平台3，提供被测件的安装定位接口，并且实现空间五自由度转动及移动，实现相对空间位置可控可调，真实模拟被测件在温度场中的姿态；控制系统，实时采集温度及被测件的位姿信号，并实时控制相关敏感参数。
[0031]模拟加热装置2，包括:燃烧室57、低温整流器51、高温整流器55、风机49及供风管路等，所述低温整流器51采用蜂窝结构，高温整流器55采用水冷不锈钢结构；所述测控系统采集压力、流量、温度等信号，燃气出口温度及速度由供油压力及电动风量阀门耦合控制，并实现供风及供油协调一致，使得燃烧效率不低于99%，运行稳定，脉动小。
[0032]作为优选，喷嘴62设计采用成熟的离心喷嘴设计，所述燃烧室57采用全环燃烧室，产生同等热量比单个火焰筒耗油量小，并且在给定的参数范围内稳定、参数易控制，由于运行稳定脉动小，参数易控制，因此更加真实的模拟火灾现场，并且延长其使用寿命。
[0033]作为优选，燃烧室57出口混合段长度设计为I米，即综合考虑了使用现场的空间限制，又保证了气流出口的准直性，而且保证出口气流均匀性，所述燃烧室57壁面及整流器55采用耐高温陶瓷材料，与传统采用耐热不锈钢加冷却水套的结构相比，极大地减少了能量损失；燃烧室出口设计有可拆卸的防止高温燃气反射装置，即可以保证燃气流出的准直性，又方便拆卸更换。
[0034]被测件位姿调整平台3，共有横向平移运动、纵向平移运动、竖直方向平移运动、绕竖直方向转动及工件自旋运动5个自由度，实现真实模拟工件的与喷射燃气及火焰之间的相对位置关系；所述横向移动总成、纵向移动总成及竖直方向移动总成均采用伺服电机加丝杠加滚珠直线导轨的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高、承载力大等优点，所述丝杠均采用具有自锁功能的TM33螺纹，方便位置调整并使其在调定位置可靠锁定，保证在系统断电后不发生‘溜车’现象；在行程两端均设计双余度限位开关，起到行程限位和保护作用。
[0035]绕竖直方向转动总成，包括驱动电机、传动机构、支撑轴承等，所述传动机构选择斜齿圆锥齿轮减速器48，速比为5.41:1,以便于空间布置并且实现平稳传动。
[0036]工件自旋机构，包括驱动电机8、减速器9、驱动轴24、安装平台23以及工装22等，驱动电机8采用直流无刷调速电机驱动，采用可控无极调速方式，从而适应不同回转体转速要求；作为优选，安装机构设计成通用拆装形式，根据不同工件任务需要，更换工装22 ；所述安装平台23为圆盘形钢制平台，其上开有T型槽，以便于不同工件安装、定位；优选地，安装平台23上设计有安装定位工装22，工装22采用聚四氟乙烯材料，防止安装定位过程中对工件产生碰损，并且聚四氟乙烯工装做成楔形结构，方便安装定位；所述驱动电机输出轴端均加装光电编码器，不仅以实现位置伺服闭环控制，又可以将信号返回上位机进行实时反馈监控。
[0037]大型回转体耐火性能测试平台的一个示例性实施方式的工作方式如下，也可以其它方式工作。
[0038]如附图所示，工件自旋驱动机构提供工件的安装接口，在安装平台23上通过螺栓对聚四氟乙烯工装22进行安装定位，通过移动安装平台23上T型槽内的螺栓，保证聚四氟乙烯工装22与主轴24之间的同轴度，聚四氟乙烯工装22做成楔形结构，工件11卡在聚四氟乙烯工装22上并该安装定位方式不仅防止安装定位过程中对工件产生碰损，而且不需利用工件原有安装孔，避免了对原有安装孔的磨损或破坏；还起到工件11轴心定位作用，避免偏心引起的振动；不同类型工件只配置不同的工装即可；采用变频调速驱动，其转速可在O?1500rpm范围内无极调节，根据实际工况的需要，通过控制器设定自旋转速；电机通过锥齿轮48将运动传递到主轴上并带动工件自旋转。
[0039]设定风机49的通风流量及压力，启动风机49，鼓风机49出来的风，经电动调节阀门及整流装置后，到达气体流量计54，以控制进入燃烧室57的风量。待达到点火流量后，自动启动油泵，达到点火油压后，自动打开断油阀，同时间断点火，待出口温度升到200°C后，关闭点火器65，自动根据预设参数先调节油压至预设温度，再向预设参数方向第一次小幅调节空气流量，此时出口气流温度会变化，然后再自动调节油压至预设温度，再向预设参数方向第二次小幅调节空气流量，然后再自动调节油压至预设温度，再向预设参数方向第三次小幅调节空气流量，如此循环，直到出口温度和速度均达到预设状态。此后通过控制器分别控制横向驱动电机、纵向驱动电机、竖直方向驱动电机以及旋转电机实现对工件空间位姿的设定，根据实际工况的要求，设定工件自旋转速度，被测回转体以一定的空间姿态及转速，在燃气或/和火焰中测试其材料的耐火特性，并记录相应敏感参数。
[0040]本发明能够真实、高效的模拟火灾现场，并且被测件温度分布可控可调，安装定位十分方便，通用性强，为耐火回转体工件的在实际应用提供参考依据，整套机械系统结构巧妙、高度集成化，安装定位十分方便，具有开放性、柔性设计、精度高等诸多优点。
[0041]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种大型回转体耐火性能测试平台，其特征在于，包括: 模拟加热装置，提供真实的加热环境，并且火焰大小及加热温度可控可调； 被测件位姿调整平台，提供被测件的安装定位接口，并且实现空间五自由度转动及移动，实现相对空间位置可控可调，真实模拟被测件在温度场中的姿态； 控制系统，实时采集温度及被测件的位姿信号，并实时控制相关敏感参数。
2.根据权利要求1所述的大型回转体耐火性能测试平台，其特征在于，模拟加热装置，包括:燃烧室、燃烧器、低温整流器、高温整流器、风机及供风管路等，所述低温整流器采用蜂窝结构，高温整流器采用水冷不锈钢结构；所述测控系统采集压力、流量、温度等信号，燃气出口温度及速度由供油压力及电动风量阀门耦合控制，并实现供风及供油协调一致，使得燃烧效率不低于99%，运行稳定，脉动小。
3.根据权利要求1所述的大型回转体耐火性能测试平台，其特征在于，喷嘴设计采用成熟的离心喷嘴设计，所述燃烧室采用全环燃烧室，产生同等热量比单个火焰筒耗油量小，并且在给定的参数范围内稳定、参数易控制，由于运行稳定脉动小，参数易控制，因此更加真实的模拟火灾现场，并且延长其使用寿命。
4.根据权利要求1所述的大型回转体耐火性能测试平台，其特征在于，燃烧室出口混合段长度设计为I米，即综合考虑了使用现场的空间限制，又保证了气流出口的准直性，而且保证出口气流均匀性，所述燃烧室壁面及整流器采用耐高温陶瓷材料，与传统采用耐热不锈钢加冷却水套的结构相比，极大地减少了能量损失；燃烧室出口设计有可拆卸的防止高温燃气反射装置，即可以保证燃气流出的准直性，又方便拆卸更换。
5.根据权利要求1所述的大型回转体耐火性能测试平台，其特征在于，被测件位姿调整平台，共有横向平移运动、纵向平移运动、竖直方向平移运动、绕竖直方向转动及工件自旋运动5个自由度，实现真实模拟工件的与喷射燃气及火焰之间的相对位置关系；所述横向移动总成、纵向移动总成及竖直方向移动总成均采用伺服电机加丝杠加滚珠直线导轨的直线驱动方式，所述丝杠均采用具有自锁功能的TM33螺纹，方便位置调整并使其在调定位置可靠锁定，保证在系统断电后不发生‘溜车’现象；在行程两端均设计双余度限位开关，起到行程限位和保护作用；所述自转传动机构选择斜齿圆锥齿轮减速器，速比为5.41:1，以便于空间布置并且实现平稳传动。
6.根据权利要求1所述的大型回转体耐火性能测试平台，其特征在于，工件自旋机构，包括驱动电机、减速器、驱动轴、安装平台以及工装等，安装机构设计成通用拆装形式，根据不同工件任务需要，更换工装；所述安装平台为圆盘形钢制平台，其上开有T型槽，以便于不同工件安装、定位；优选地，安装平台上设计有安装定位工装，工装采用聚四氟乙烯材料，防止安装定位过程中对工件产生碰损，并且聚四氟乙烯工装做成楔形结构，方便安装定位。
【文档编号】G01N25/00GK104181190SQ201410427825
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】刘永光, 杨晓伟, 刘文磊, 高晓辉, 程楠楠, 孙健, 王一轩 申请人:北京航空航天大学