用于模拟机匣的实验设备的制作方法

本发明涉及发动机模拟实验设备领域，具体涉及一种用于模拟机匣的实验设备。

背景技术：

旋转机械设备由于结构复杂，工作环境特殊，零部件众多，通常在高温高压环境下高速旋转一定阶段后，由于气体的热驱流动等现象，使发动机内部不同位置的温度存在不均匀分布，旋转部件会在不同横截面处产生不同的温差。这种温差会导致旋转部件的结构发生变形产生热弯曲现象，从而降低旋转部件的性能。此外，由于转子轴向温度不同并承受大幅载荷，引起转子前后热膨胀量不一致更加加剧了旋转部件的受热不均现象。因此在旋转机械系统设计和研制过程中，能够利用模拟受热不均匀引起的温度变化分布的加热装置对旋转机械的影响会具有很大的研究价值。

在航空发动机整机研制过程中，加热装置的功能开发和加工设计方法比较有限，大部分实现方式都是利用加热管或区域加热来模拟旋转部件轴向方向的温度变化，部分发明设计出实现周向和轴向加热的装置，但是通常是给定的加热温度，缺少不同部位加热温度的自主控制能力。而航空发动机真实运行环境内的温度分布非常复杂，不仅径向方向温度分布不均，在轴向方向也存在温度分布不均匀，且温度差随着位置的不同也有一定的差异特性。因此设计一种能够同时实现周向和轴向温度不均匀分布以及控制不同区域温度差的加热装置，对于更加真实模拟发动机转子旋转系统所处的真实受热环境，具有极大的工程研究价值。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：业内亟需一种能够准确模拟机匣内部状态的实验设备。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的是提出一种用于模拟机匣的实验设备，用以准确模拟机匣轴向和径向各区域的温度情况。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种用于模拟机匣的实验设备，包括壳体和加热装置，所述壳体沿着自身的周向和径向均被分成多个区域，每个区域都设有所述加热装置，各个区域内的所述加热装置能单独控制。

在可选的实施例中，所述各个区域内设有一个或多个所述加热装置。

在可选的实施例中，所述各个区域内设有多个所述加热装置，位于同一所述区域内的所有所述加热装置通过一个控制设备控制温度。

在可选的实施例中，所述加热装置设于所述壳体的内壁。

在可选的实施例中，所述加热装置沿着所述壳体的周向和径向均成排设置。

在可选的实施例中，所述加热装置沿着所述壳体的周向均匀排布。

在可选的实施例中，所述加热装置沿着所述壳体的径向均匀排布。

在可选的实施例中，所述加热装置包括加热瓦以及夹具，所述加热瓦通过所述夹具与所述壳体固定相连。

在可选的实施例中，所述加热瓦贴设于所述壳体的内壁。

在可选的实施例中，所述加热瓦和所述壳体的内壁之间设有隔热层。

在可选的实施例中，所述隔热层包括隔热棉。

在可选的实施例中，所述加热瓦包括外壳以及设于所述外壳内部的电阻丝和热电偶。

在可选的实施例中，实验设备还包括控制开关，所述加热装置与所述控制开关电连接，所述控制开关用于控制所述加热装置所在电路的通断。

在可选的实施例中，实验设备还包括温控器，所述温控器设于所述加热装置所在的所述电路中，所述温控器与所述加热装置电连接，所述温控器用于控制所述加热装置的温度。

在可选的实施例中，所述电路中还设有以下其中一种或多种：断路器、电源指示灯。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

上述技术方案，机匣各区域均有能独立控制的加热装置，故能独立控制实验设备各区域的温度，进而使得实验设备内部的温度场与实际机匣的温度场一致。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的实验设备的主视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的实验设备的壳体及加热装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的实验设备的侧视示意图；

图4为图3中a局部放大示意图；

图5为加热装置在壳体上的安装示意图；

图6为加热装置的剖面示意图；

图7为加热装置的内部结构示意图；

图8为加热装置所在电路示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图8对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

本发明实施例提供一种用于模拟机匣的实验设备，包括壳体10和加热装置20，壳体10沿着自身的周向和径向均被分成多个区域，每个区域都设有加热装置20，各个区域内的加热装置20能单独控制。

参见图3和图4，壳体10为空心的，壳体10用于模拟机匣，其具有与机匣类似的结构和尺寸。

可以根据所需要模拟机匣的实际温度情况划分壳体10的区域，在每个区域内单独设置加热装置20。每个区域内的加热装置20可以设置一个或多个，取决于所采用的加热装置20的结构以及所划分的区域的尺寸大小。

各个区域内的加热装置20能独立控制，使得其能在各自的加热区域内自由控制不同加热部位的温度，同时产生轴向和周向温度不均匀分布的受热环境，可用于模拟旋转机械系统的受热不均匀分布，也可以为测试转子在不同温度下的静变形以及转子在不同温度下的动态特性提供必要的温度场条件。上述技术方案，可在壳体10内部产生任意想要的轴向和周向非均匀温度场，且温度分布规律可控。

在可选的实施例中，各个区域内设有一个或多个加热装置20。

参见图1，各个区域内设有多个加热装置20，位于同一区域内的所有加热装置20通过一个控制设备控制温度。

参见图4，加热装置20设于壳体10的内壁。加热装置20用于在壳体10内部形成热场。

参见图1和图2，加热装置20沿着壳体10的周向和径向均成排设置。如此设置，使得壳体10的周向和径向的温度均能变化。

参见图1和图2，加热装置20沿着壳体10的周向均匀排布。这样能子啊壳体10周向形成均匀、可控的温度变化。

参见图1和图2，加热装置20沿着壳体10的径向均匀排布。这样能子啊壳体10径向形成均匀、可控的温度变化。

参见图4和图7，加热装置20包括加热瓦24以及夹具25，加热瓦24通过夹具25与壳体10固定相连。

参见图4和图6，本实施例中，夹具25是u形的，夹具25设于壳体10的外部，夹具25夹住加热瓦24位于壳体10外部的颈部。加热瓦24的主体部分能够直接安装到壳体10内部，减少了空间占用。加热瓦24通过设定的安装位置和方向，利用隔热棉50和夹具25固定在壳体10预留的安装位上，其安装过程相对简单，且易于调整和维护。

参见图7，加热瓦24包括外壳21以及设于外壳21内部的电阻丝22和热电偶23。

本实施例中，加热瓦24设有与壳体10内壁弧度匹配的弧面，加热瓦24采用下述方式制成：在无缝金属器内加入电热阻丝和热电偶23，空隙部分填满具有良好导热性和绝缘性物质后，以一定弧度缩管制成。

参见图4，加热瓦24贴设于壳体10的内壁。如此设置，加热瓦24占用的空间小，且安装更为可靠。

参见图4，加热瓦24和壳体10的内壁之间设有隔热层。隔热层可以减少热量传递至壳体10外部。

参见图4，隔热层包括隔热棉50。隔热棉50的隔热效果好，且质量轻便。

参见图8，实验设备还包括控制开关，加热装置20与控制开关电连接，控制开关用于控制加热装置20所在电路的通断。

参见图8，实验设备还包括温控器40，温控器40设于加热装置20所在的电路中，温控器40与加热装置20电连接，温控器40用于控制加热装置20的温度。

参见图8，电路中还设有以下其中一种或多种：断路器、电源指示灯。本实施例中，在每个加热回路都设有断路器和电源指示灯，断路器可以起到过流保护的作用，防止回路中电流过大。

下面介绍一种具体实施例。

该实验装置可模拟机匣轴向和轴向温度分布不均匀的温度变化，以增加机匣内转子实验测试的准确性。该实验装置包括模拟机匣的壳体10、加热瓦24、隔热棉50、夹具25和温控电路。壳体10的两端都设有端盖60。加热瓦24在壳体10内部轴向和周向分布，轴向分8列，且每列周向含有12个加热瓦24。隔热棉50在加热瓦24与壳体10之间，用于隔绝温度。每个加热瓦24包含电阻丝22和热电偶23。电阻丝22用于加热，热电偶23用来温度反馈，使温度达到设定的范围。周向每相邻的3个加热瓦24由1个温度控制箱单独控制温度，可以分别按轴向和周向设定不同的加热温度。利用该功能，可实现在壳体10内产生沿轴向和周向方向的非均匀的温度场。

如图4所示，壳体101为空心圆柱形，材料为铁，在轴向开有8列均匀分布的矩形孔，且每列含由12个周向均匀分布的矩形孔。

加热瓦24的结构如图5、图6、图7所示，加热瓦24外形为扇形，由外壳21、电阻丝22、热电偶23组成，在外壳21背后加工有一工字型结构，弧形加热瓦24内部由电阻丝22和热电偶23组成，电阻丝22来进行加热，热电偶23进行测温。加热瓦24内部的电阻丝22和热电偶23焊接固定在外壳21内部，电阻丝22和热电偶23的输入和输出线在外壳21工字型结构中心的小孔处引出。

参见图2，夹具25为外形为u形的铝薄片，夹具25的两个u脚处均开有两个45°的倒角。

隔热棉50为空心圆柱形，在轴向开有8列均匀分布的矩形孔，且每列含有12个周向均匀分布的矩形孔。隔热棉50的外圆直径与壳体10内圆直径相等，且长度相同，隔热棉50嵌入到壳体10内，隔热棉50外表面与壳体10内表面相接触，隔热棉50两端端面与壳体10两端端面对齐，隔热棉50的矩形孔与壳体10的矩形孔大小相同且一一同心对应。

壳体10与加热瓦24、夹具25和隔热棉50的配合方式为：首先把隔热棉50嵌入到壳体10内，隔热棉50外表面与壳体10内表面相接触，隔热棉50两端端面与壳体10两端端面对齐，隔热棉50的矩形孔与壳体10的矩形孔大小相同且一一同心对应。加热瓦24通过把工字型结构插入到壳体101和隔热棉50的每个矩形槽内，然后通过夹具25固定在壳体10外侧矩形孔处。隔热棉50介于加热瓦24和壳体10之间。

参见图8，其中qf为空气开关，km为接触器，ssr为固态继电器。把加热瓦24与温控电路用信号线相连接，其中每列相邻三个相连的弧形加热瓦24连接为构成心形连接，然后与固态继电器、温控器40、电源指示灯、电源开关、加热开关、允许加热指示灯、接触器相连构成温控电路。电源指示灯来指示是否接通电源，固态继电器与接触器来接通和断开加热开关，温控器40通过热电偶23的信号来调节温度。

工作原理如下：该实验装置的壳体10上轴向开有8列均匀分布的矩形孔，且每列含有12个周向均匀分布的矩形孔。每个加热瓦24包含电阻丝22和热电偶23。加热瓦24里的电阻丝22和热电偶23与温控系统用信号线相连接，每周向相邻3个加热瓦24温度可由温度控制箱单独控制，其中电阻丝22用来加热，热电偶23用来反馈温度信号。分别按轴向方向和周向方向设定不同的加热温度，在机匣壳体10内，便产生了沿轴向和周向方向的非均匀的温度场。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。