一种高温高压气体冲刷实验装置的制作方法

1.本发明属于材料冲刷试验技术领域，具体涉及一种高温高压气体冲刷实验装置。本发明所述高温高压气体是指温度不低于100℃、压力不小于0.5mpa的气体。


背景技术：

2.高温高压气流冲刷材料表面时，会对材料表面产生摩擦、氧化和腐蚀等作用，导致材料表面损伤，进而导致零件失效。高温冲刷是一个很复杂的过程，影响因素很多，主要受三个方面因素影响：材料性质与状态、冲刷气流的性质与状态以及材料与气流之间的反应；材料性质与状态包括化学成分、组织结构、机械性能、硬度、表面粗糙度、耐蚀性能等；冲刷气流的性质与状态包括气流的成分、温度、压力、速度以及微粒等。
3.近年来，航空发动机向高性能、高可靠性、高安全性、低污染、低成本以及轻量化方向快速发展，材料研发和试验测试是航空发动机技术突破的关键。航空发动机叶片的抗冲刷性能是衡量叶片使役性能的重要指标。另外，各国都在致力于提高超临界以及超超临界蒸汽轮机的蒸汽温度和压力，从而提高蒸汽轮机的效率，轮机叶片的冲刷、腐蚀时效问题也是其面临的关键问题。无论是航空发动机叶片还是蒸汽轮机叶片的服役环境都非常复杂。因此，迫切需要一种简单、快速且高效地评价材料的抗高温冲刷性能的实验装置。
4.目前，通常是采用多种试验综合评价或地面模拟实验评价上述叶片抗冲刷性能。采用多种试验方面综合评价时，涉及试验种类多，试验量大，不同试验模拟不同的使役条件，单项试验不能阐明多种使役条件的耦合关系；地面模拟试验条件比较接近服役的真实状态，结果比较准确，但是，地面模拟实验装备复杂，实验成本高，特别是实验设施成本高达数十万万元，不适用于设计阶段选材需要。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种结构简单、成本低且能够快速高效评价材料抗高温冲刷性能的高温高压气体冲刷实验装置。
6.本发明目的是采用如下所述技术方案实现的。
7.一种高温高压气体冲刷实验装置，包括高温高压气体生成装置，用于产生稳定持续的高温高压气流，其特征在于：产生的高温高压气流引入两端敞口的敞口通道内并对设置在敞口通道内的试样进行冲刷，且敞口通道内的试样能够进行轴向运动和旋转运动；在敞口通道内布置有用于检测实验参数的检测点，检测点外接检测设备。
8.为能够更好地汇集高温高压气流，所述敞口通道由锥形通道和直通道组成，直通道前端连接锥形通道的小径端、直通道后端敞口。
9.为减小实验误差，所述锥形通道与所述直通道的连接部位呈圆弧状；所述锥形通道的大径端正对高温高压气体生成装置的气流出口。
10.为能够更真实地模拟冲刷试验，在所述敞口通道内轴向设置有导杆，导杆轴线与所述敞口通道的直通道轴线重合；导杆前端设置有试样夹持部，导杆尾部伸出所述敞口通
道外并连接驱动机构，该驱动机构用于控制导杆按照预设参数进行轴向运动和/或旋转运动。
11.为提高本发明装置的通用性，在所述驱动机构输出端与所述导杆连接部位设置有离合部，或者在所述导杆上设置有离合部，该离合部用于中断或者衔接所述导杆与所述驱动机构输出端的力矩传递。当控制离合部中断所述导杆与所述驱动机构输出端的力矩传递时，所述敞口通道内的试样能够在气流的作用下转动；当控制离合部衔接所述导杆与所述驱动机构输出端的力矩传递时，所述驱动机构的转轴与所述敞口通道内的试样、所述导杆同步转动，这两种状态能够适用于多种使役情况下的试样冲刷实验。
12.为能够更顺利地实施冲刷实验，所述检测点包括多个温度检测点、多个速度检测点、多个压力检测点；其中一个温度检测点用于检测试样温度，其余温度检测点用于检测气流温度，沿轴向方向，在所述直通道的壁上间隔设置有多个温度检测孔，每个温度检测孔内嵌装气流温度传感器；速度检测点用于检测气流流速，沿轴向方向，在所述直通道的壁上间隔设置有多个速度检测孔，每个速度检测孔内嵌装速度传感器；其中一个压力检测点设置在所述直通道后端的支架上，用于检测气流对该支架的压力，其余压力检测点用于检测气流压力，在所述直通道的壁上间隔设置有多个压力检测孔，每个压力检测孔内嵌装压力传感器。
13.进一步地，各检测点的传感器探测端与所述敞口通道内壁齐平。
14.更进一步地，所述直通道上用于检测气流温度的所有温度检测点位于同一直线上，所述直通道上用于检测气流速度的所有速度检测点位于同一直线上，所述直通道上用于检测气流压力的所有压力检测点位于同一直线上，且所述直通道上同一径向区域的温度检测点、速度检测点、压力检测点均布在同一圆周上。
15.为提高本发明装置的稳定性，在所述导杆上至少设置有两个支架，所述敞口通道内、外各设置有一个支架。
16.本发明中，产生的高温高压气流温度为100~5000℃，压力大于0.5mpa。
17.有益效果：本发明高温高压气体冲刷实验装置的结构简单，成本低，且能够快速高效评价材料抗高温冲刷性能，特别是开展高温高压气体冲刷实验的设施成本大幅低于现有多种试验综合评价或地面模拟实验评价设施成本；采用本发明装置开展高温高压气体冲刷实验，安全性好，完全杜绝了冲刷设施燃爆的情况发生，且在允许范围内能够适用于任意流速、任意压力下的气体冲刷实验，通用性好，还能够在同一气源工况条件下模拟不同节点/位置的试样抗冲刷性能。
附图说明
18.图1是实施例中高温高压气体冲刷实验装置示意图，图中箭头方向表示高温高压气流方向；图2是实施例中高温高压气体冲刷实验装置的部分检测点布置示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些简单的替
换或调整，均在本发明的保护范围之内。
实施例
20.参见图1，一种高温高压气体冲刷实验装置，包括高温高压气体生成装置，用于产生稳定持续的高温高压气流。所用的高温高压气体生成装置能够持续喷射压力大于0.5mpa、温度为100~5000℃的高温高压气体，该气体包括但不限于高压水蒸气、高压燃气、高压惰性气体。所用的高温高压气体生成装置可以采用商用设备，如：超高压水蒸气锅炉、超音速氧气助燃喷枪（hvof）、超音速空气助燃喷枪（hvaf）、等离子喷枪。高温高压气体生成装置还可以配置微粒供应装置（如商用热喷涂送粉装置），用于向高温高压气流中供给陶瓷微粒，模拟沙尘影响。
21.高温高压气体生成装置产生的高温高压气流20引入两端敞口的敞口通道内并对设置在敞口通道内的试样10进行冲刷，且敞口通道内的试样10能够进行轴向运动和旋转运动；在敞口通道内布置有用于检测实验参数的检测点，检测点外接检测系统。
22.参见图1，采用两段敞口的管体内腔作为敞口通道，管体分为两部分，一部分呈锥形体21，另一部分呈柱形体22，锥形体21内腔为锥形通道，柱形体22内腔为直通道，直通道前端连接锥形通道的小径端、直通道后端敞口，锥形通道与直通道的连接部位呈圆弧状，锥形通道的大径端正对高温高压气体生成装置的气流出口。
23.在柱形体22上设置有支撑座23和支撑座24，支撑座23和支撑座24固定在底座11上；在柱形体22内腔（敞口通道内）轴向设置有导杆32，导杆32轴线与敞口通道的直通道轴线重合；在导杆32上至少设置有两个支架，敞口通道内设置支架33，敞口通道外设置支架34，支架33、支架34与导杆32通过轴承连接。导杆32前端设置有试样夹持部31，导杆32尾部伸出敞口通道外并连接驱动机构36，该驱动机构36用于控制导杆32按照预设参数进行轴向运动和/或旋转运动。
24.本实施例中，在驱动机构36输出端与导杆32连接部位设置有离合部35，或者在导杆32上设置有离合部35，该离合部35用于中断或者衔接导杆32与驱动机构36输出端的力矩传递。当控制离合部35中断导杆32与驱动机构36输出端的力矩传递时，敞口通道内的试样10能够在气流的作用下转动；当控制离合部35衔接导杆32与驱动机构36输出端的力矩传递时，驱动机构36的转轴与敞口通道内的试样10、导杆32同步转动，借助于驱动机构36进行转动，这两种状态能够适用于多种使役情况下的试样冲刷实验。
25.本实施例中，检测点包括多个温度检测点、多个速度检测点、多个压力检测点；其中一个温度检测点k414用于检测试样10的温度，其余温度检测点（k411
‑
k413）用于检测气流温度，沿轴向方向，在直通道的壁上间隔设置有多个温度检测孔，每个温度检测孔内嵌装气流温度传感器；速度检测点包括（k421
‑
k423），速度检测点用于检测气流流速，沿轴向方向，在直通道的壁上间隔设置有多个速度检测孔，每个速度检测孔内嵌装速度传感器；其中一个压力检测点k434设置在直通道后端的支架34上，用于检测气流对该支架34的压力，其余压力检测点（k431
‑
k433）用于检测气流压力，在直通道的壁上间隔设置有多个压力检测孔，每个压力检测孔内嵌装压力传感器。各检测点的传感器探测端与敞口通道内壁齐平。
26.本实施例中，直通道上用于检测气流温度的所有温度检测点位于同一直线上，直通道上用于检测气流速度的所有速度检测点位于同一直线上，直通道上用于检测气流压力
的所有压力检测点位于同一直线上。
27.本实施例中，直通道上同一径向区域的温度检测点、速度检测点、压力检测点均布在同一圆周上。如图2所示，温度检测点k411、速度检测点k421、压力检测点k431均布在柱形体22的同一圆周上。温度检测点k 412、速度检测点k422、压力检测点k432均布在柱形体22的同一圆周上，温度检测点k413、速度检测点k423、压力检测点k433均布在柱形体22的同一圆周上。
28.本实施例中，导杆32采用中空耐热钢管，导杆32内孔用于穿插温度检测点k414的温度传感器导线，该温度传感器用于检测试样10的温度。
29.本实施例中，检测点外接的检测系统包括温度显示端、速度显示端以及压力显示端，各显示端用于显示对应的传感器感知的数据。
30.本实施例中，锥形通道采用圆锥形、方锥形或其它多边锥形；锥形体21和柱形体22采用不锈钢制得，最好是采用耐热不锈钢，并在锥形体21和柱形体22表面处理进行喷涂处理，以提高其内壁的抗腐蚀、抗冲刷能力。
31.在具体应用中，试样夹持部上可以均布设置有三个试样安装位置，也可以均布设置六个试样安装位置。试样夹持部31采用热作模具钢（如高温合金钢）制造试样夹持部31固定连接在导杆32上。
32.有益效果：实施例中高温高压气体冲刷实验装置的结构简单，成本低，采用它能够快速高效评价材料抗高温冲刷性能，特别是开展高温高压气体冲刷实验的设施成本大幅低于现有多种试验综合评价或地面模拟实验评价设施成本；采用该装置开展高温高压气体冲刷实验，安全性好，完全杜绝了冲刷设施燃爆的情况发生，且在允许范围内能够适用于任意流速、任意压力下的气体冲刷实验，通用性好，还能够在同一气源工况条件下模拟不同节点/位置的试样抗冲刷性能。