一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置

本发明属于辐射热冲击、热震试验，具体涉及一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，采用的加热方式为石英灯辐射加热。

背景技术：

1、在航空发动机中，发动机热端部件处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位。先进燃气轮机、先进航空发动机、先进高超声速飞行器、先进原子能技术的发展不可避免地会遇见材料的耐热性设计与系统的热管理问题。为了有效地对材料极端高温的服役特性考核、系统极端高温热管理能力考核、系统高温热强度考核等，良好的试验装备具有至关重要的任务。例如在燃气轮机运行时，发动机热端部件在宽广的工况范围内工作，燃烧室进口的空气流量、温度、压力速度以及燃油消耗量都会发生变化，这些变化反过来又会影响整台燃气轮机的性能。因此，对发动机热端部件进行热冲击和热震试验具有非常重要的研究意义。

2、石英灯辐射加热是通过被卤素气体保护的特殊钨合金灯丝将电能转化成热辐射能，向试验件表面进行定向辐射。通过对辐射波段的设计，可使系统加热性能更为优良，加热效率更高。石英灯采用电能转化的方式进行加热，具有热惯性小、便于控制、清洁无污染的使用特点，并被广泛地应用在民用与工业加热领域。国内外均有采用石英灯对飞行器进行热强度考核的案例。

3、石英灯加热试验台虽然具有辐射波段易于选择、加热模块易于添加、加热系统易于控制的特点，但是在进行发动机热端部件的热冲击及热震试验时采用的冷却方式不同，更换设备及改变冷却方式将显著影响试验的严谨性和效率。试验设备无法通用、试验方法无法集成成为影响发动机热端部件热冲击及热震试验的主要问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置。该转置通过使用石英灯辐射加热的方式对试件进行加热，并增设试件冷却装置，通过改变试件位置的情况实现对试件的不同冷却效果，完成形如航空发动机小型热端零部件热冲击及热震试验。

2、本发明采用如下技术方案来实现的：

3、一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，包括底座、石英灯加热模块、气冷模块、变频电机以及水冷模块，所有装置均安装于底座桌上。石英灯加热模块位于水冷模块的上方，气冷模块位于石英灯加热模块的侧面，水冷模块的水槽内设置有瓦片夹具，瓦片夹具通过升降机与变频电机连接，升降机通过变频电机进行控制，能够带动瓦片夹具进行垂直方向的位置移动，进而操作试件以不同的方式进行冷却，实现热冲击/热震的联合试验。

4、本发明进一步的改进在于，石英灯加热模块包括固定在底座桌上的石英灯灯架，石英灯灯架上设置有若干平行的石英灯灯箱滑道，每个石英灯灯箱滑道上均安装有多个石英灯灯箱，石英灯灯箱上盖支撑在石英灯灯架上，石英灯灯箱上盖上布置有接线孔，便于石英灯珠接电，在石英灯灯箱中接入若干个石英灯灯丝，石英灯灯箱能够在带有滑道的石英灯灯架上的滑道上移动或通过石英灯箱上的固定孔进行固定。

5、本发明进一步的改进在于，气冷模块包括固定在底座桌上的导轨，导轨上开设有滑道b，滑道b上设置有滑块a和滑块b，滑块a通过滑块连杆a连接有温度托架，温度托架的小孔中固定有热电偶用于测量试验区温度；滑块b通过滑块连杆b连接有喷气嘴，通过喷气嘴的出气口将冷气喷出，实现试件的风冷。

6、本发明进一步的改进在于，水冷模块包括水槽，水槽内设置有进出水循环系统，对水槽采取水冷的强制对流换热方式，水槽内的瓦片夹具包括瓦片支撑、瓦片托架b和瓦片托架a，瓦片支撑用于放置瓦片，瓦片支撑与瓦片托架b的一端连接，瓦片托架b的另一端与瓦片托架a的一端连接，瓦片托架a的另一端与升降机连接。

7、本发明进一步的改进在于，变频电机设置在底座桌下方，变频电机的转换开关面板设置于底座桌上。

8、本发明进一步的改进在于，增加的热电偶测温装置和风冷装置，可根据要求在导轨上自由移动。

9、本发明的进一步改进在于，增设了试件冷却装置，将加热与冷却装置进行集成，并且有风冷或水冷两种冷却方式可供选择，通过将变频电机与升降机进行组合，能够操作试件以不同的方式进行冷却，从而进行不同的试验。

10、本发明进一步的改进在于，灯架、工件台、水槽上均布置有热防护材料或热防护涂层。

11、本发明至少具有如下有益的技术效果：

12、1、本发明一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，通过石英灯装置实现被加热的小型试件的主要温度场建立。

13、2、对水槽采取水冷的强制对流换热方式，有效的减轻了水槽箱体的热损伤。

14、3、每个独立的石英灯灯管的功率都独立受到控制系统控制，该装置的加热易于控制与大规模调整。

15、4、在同一台设备上可进行发动机热端部件热冲击及热震两种试验，有效的节省了试验设备。

16、5、采用了模块化的设计理念以及独立的冷却单元。同时单个石英灯灯箱在加热过程中，正常工作时温度恒处于稳定状态。可以进行拼接组合，应用于不同的温度场要求中。

17、6、对试件夹具的不同设计方案可应用于本发明中，从而可以对不同的试件进行试验。

18、7、冷却过程中可保证瓦片相对位置不改变，能够有效消除因试件位置变化而带来的误差。

19、进一步的，通过水冷装置对试件与水槽进行冷却降温，对于部分极高温区域布置隔热防护材料与涂层，同时石英灯灯箱采用间隔式布置等技术手段实现上述技术方法的复合方法，实现加热技术适应性与可调整性。

20、进一步的，本发明提供的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，可对被测试样加热面或者点进行远程连续非接触式可控加热及冷却，既克服了传统燃气热冲击实验装置成本高、噪音污染大、温度分布以及升降速率难以控制、安全性低以及等温热循环试验装置无法实现梯度热冲击的缺点，又克服了传统石英灯加热装置效率低、温升低、温度上限低、持续加热时间短、适应性差等缺点。同时，还可通过调节石英灯加热功率、加热距离、模块化拼接数量实现大范围内的梯度或等温热冲击。并且在加热结束后能够实现不同方式的冷却以达到不同的试验要求，实现了试验装置的通用性。因此，本发明实现了一种经济、安全、清洁、高效的热冲击/热震联合试验平台。

技术特征：

1.一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，包括底座桌(3)，以及设置在底座桌(3)上的石英灯加热模块(1)、气冷模块(2)、变频电机(4)和水冷模块(5)；

2.根据权利要求1所述的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，石英灯加热模块(1)包括固定在底座桌(3)上的石英灯灯架(1-1)，石英灯灯架(1-1)上开设有若干平行设置的滑道a(101)，每个滑道a(101)上均安装有多个石英灯灯箱，石英灯灯箱上盖支撑在石英灯灯架(1-2)上，石英灯灯箱上盖上布置有接线孔，便于石英灯珠接电，在石英灯灯箱中接入若干个石英灯灯丝；石英灯灯箱(1-2)能够在带有滑道的石英灯灯架(1-1)上的滑道(101)上移动或通过石英灯箱(1-2)上的固定孔(201)进行固定。

3.根据权利要求2所述的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，石英灯灯架(1-1)上布置有热防护材料或热防护涂层。

4.根据权利要求1所述的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，气冷模块(2)包括固定在底座桌(3)上的导轨(2-4)，导轨(2-4)上开设有滑道b(401)，滑道b(401)上设置有滑块a(2-3)和滑块b(2-7)，滑块a(2-3)通过滑块连杆a(2-2)连接有温度托架(2-1)，温度托架(2-1)的小孔中固定有热电偶用于测量试验区温度；滑块b(2-7)通过滑块连杆b(2-6)连接有喷气嘴(2-5)。

5.根据权利要求4所述的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，喷气嘴(2-5)的进气口(501)连接用于降温的气体气泵，气体通过喷气嘴(2-5)的出气口(502)将气体喷出。

6.根据权利要求1所述的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，水冷模块(5)包括水槽(5-6)，水槽(5-6)两边均设有冷却水口，分别为进水口(601)和出水口(602)。

7.根据权利要求6所述的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，水槽(5-6)上布置有热防护材料或热防护涂层。

8.根据权利要求6所述的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，水槽(5-6)连接进出水循环装置，对水槽(5-6)采取水冷的强制对流换热方式。

9.根据权利要求1所述的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，瓦片夹具包括瓦片支撑(5-1)、瓦片托架b(5-3)和瓦片托架a(5-4)，瓦片支撑(5-1)用于放置瓦片(5-2)，瓦片支撑(5-1)与瓦片托架b(5-3)的一端连接，瓦片托架b(5-3)的另一端与瓦片托架a(5-4)的一端连接，瓦片托架a(5-4)的另一端与升降机(5-5)连接。

10.根据权利要求1所述的一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，其特征在于，变频电机(4)设置在底座桌(3)下方，变频电机(4)的转换开关面板设置于底座桌(3)上。

技术总结
本发明公开了一种针对于发动机热端部件的热冲击/热震联合试验装置，包括底座桌，以及设置在底座桌上的石英灯加热模块、气冷模块、变频电机和水冷模块；水冷模块的水槽内设置有瓦片夹具，瓦片夹具通过升降机与变频电机连接，升降机通过变频电机进行控制，能够带动瓦片夹具进行垂直方向的位置移动；石英灯加热模块位于水冷模块的上方，气冷模块位于石英灯加热模块的侧面。本发明克服了在试验中工件难以冷却的问题，既满足进行热冲击试验要求，又满足进行热震试验的要求，体现了装置的通用性，并且在两类试验的过程中能够保证工件相对位置不变，有效消除因工件位置变化而带来的误差。

技术研发人员：范学领,马荣,吕奕森,李东旭,杨晶晶,侯成,冯圣
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13