复杂结构电磁感应加热线圈的设计方法
【专利摘要】复杂结构电磁感应加热线圈的设计方法，实现步骤如下：（1）制作针对发动机涡轮榫接结构加热线圈的工装，所述加热线圈工装即加热线圈的支撑，通过在工装上缠绕保证加热线圈的形状；所述工装设计了凸台作为加热线圈缠绕的起始位置，同时为保证所缠绕加热线圈顺利在工装上拆卸，在凸台上设计有四个斜槽；（2）利用所述工装所设计的加热线圈实现对涡轮榫接均匀加热，保证了发动机涡轮榫接均温的试验条件。
【专利说明】复杂结构电磁感应加热线圈的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用电磁感应加热复杂结构时加热线圈的设计方法，属于航空发动机涡轮榫接等大型复杂结构【技术领域】。
【背景技术】
[0002]航空发动机涡轮榫接等大型复杂结构对加热线圈要求高的特点，但目前的加热线圈的制作多为传统的手工制作，电磁感应加热时加热线圈形状没有严格要求。对于小件试验，加热过程温度梯度不明显，这样的线圈基本是可以满足加温要求。但对于大件试验，尤其是航空发动机涡轮榫接等形状复杂的结构，由于热传导的滞后性，加热过程中温度梯度明显，因此对加热线圈的要求比较高。航空发动机涡轮榫接由于故障多发，因此涡轮榫接的试验研究及试验定寿在涡轮研究中举足轻重。航空发动机涡轮榫接工作在高温环境中，只有高温试验才有工程意义。受到涡轮榫接形状及大小的限制，在涡轮榫接试验中多采用电磁感应加热。因此，加热线圈的设计严重影响涡轮榫接试验效果。传统的加热线圈设计很难保证涡轮榫接均匀加热。
【发明内容】
[0003]本发明技术解决问题:克服现有技术的不足，提供一种复杂结构电磁感应加热线圈的设计方法，实现了对航空发动机涡轮榫接均匀加热，保证了发动机涡轮榫接均温的试验条件。
[0004]本发明技术解决方案:复杂结构电磁感应加热线圈的设计方法，其特征在于实现步骤如下:
[0005](I)制作针对发动机涡轮榫接结构加热线圈的工装，所述加热线圈工装即加热线圈的支撑，通过在工装上缠绕保证加热线圈的形状；所述工装设计了凸台作为加热线圈缠绕的起始位置，同时为保证所缠绕加热线圈顺利在工装上拆卸，在凸台上设计有四个斜槽；
[0006](2)利用所述工装所设计的加热线圈实现对涡轮榫接均匀加热，保证了发动机涡轮榫接均温的试验条件。
[0007]本发明与现有技术相比的优点在于:传统的加热线圈的制作方式很难满足发动机涡轮榫接均匀温度场的要求，本发明设计了针对发动机涡轮榫接结构加热线圈的工装。航空发动机涡轮揪树形榫接呈一齿最薄，逐齿加厚的形式。经大量试验对比研究，当加热线圈边界线与涡轮榫接中心线平行时，所制作加热线圈加热均匀度最优。涡轮榫接轴向截面一般随着半径的增大而增大。经大量试验对比研究，当加热线圈边界线与涡轮榫接轴向截面外形平行时，所制作加热线圈加热均匀度最优。所以本发明中的工装设计了凸台作为加热线圈缠绕的起始位置，同时为保证所缠绕加热线圈顺利在工装上拆卸，在凸台上设计有四个斜槽；利用此工装所设计的加热线圈可以实现对涡轮榫接均匀加热，保证了发动机涡轮榫接均温的试验条件，为航空发动机涡轮榫接疲劳试验等的顺利进行奠定了基础，具有一定的工程意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为榫接轴向截面图；
[0009]图2为榫接子午面；
[0010]图3为榫接加热线圈轴向效果图；
[0011]图4为榫接加热线圈子午面效果图；
[0012]图5为本发明中加热线圈工装正视图；
[0013]图6为本发明中加热线圈工装左视图；
[0014]图7为本发明中加热线圈工装仰视图。
[0015]图中:1:加热线圈右边界线，2:加热线圈左边界线，3:涡轮榫接中心线，4:加热线圈前边界线，5:加热线圈后边界线，6:凸台，7:前斜槽，8:左斜槽，9:右斜槽，10:后斜槽。
【具体实施方式】
[0016]航空发动机涡轮揪树形榫接如图1所示，呈一齿最薄、逐齿加厚的形式。加热时一齿所需热量相对于四齿而言较少，加热线圈呈一齿最远、四齿最近的形式具有比较好的加热效果。经大量试验对比研究，当加热线圈右边界线1、加热线圈左边界线2均与涡轮榫接中心线3平行时即如图3所示时，所制作加热线圈加热均匀度最优。涡轮榫接轴向截面如图2所示，一般随着半径的增大而增大。经大量试验对比研究，当加热线圈前边界线4和加热线圈后边界线5均与涡轮榫接轴向截面外形平行时，如图4所示，S卩加热线圈前后边界与涡轮榫接距离保持相等时，所制作加热线圈加热均匀度最优。根据上述原则确定1、2、4、5四个加热线圈边界线，完成工装整体设计。这样的工装形状保证了加热线圈与涡轮榫接具有“两个平行”的特点，即加热线圈左右边界线与涡轮榫接中心线平行，前后边界线与涡轮榫接轴向截面外形平行。经大量实验对比说明，如此形状的加热线圈是有利于涡轮榫接结构均匀受热的。
[0017]如图5、6、7所示，加热线圈工装作为加热线圈的支撑，通过在工装上缠绕保证加热线圈的形状。为保证加热线圈排列紧密，加热线圈的起始缠绕位置必须固定，因此工装设计了凸台6用于固定加热线圈,如图5中所示。目前加热线圈外径约为8mm,为保证固定可靠，凸台高度应大于10mm。工装采用45号钢，为保证凸台强度，凸台6厚度应大于20mm。加热线圈的形状完全由工装确定，因此加热线圈必须紧贴工装，且需具有一定的预紧力，同时加热线圈在拆卸过程中不允许有大变形。由此可见，加热线圈的拆卸存在一定困难。为此，在工装的凸台上设计有四个斜槽用于加热线圈的拆卸，如图7中前斜槽7、左斜槽8、右斜槽
9、后斜槽10所示。为保证拆卸的对称性，四个斜槽均位于凸台6正中位置。为保证拆卸过程中，加热线圈更好受力，四个斜槽厚度与凸台高度一致，均应大于10mm。为保证斜槽具有足够的下刀空间，在斜槽不影响加热线圈形状的前提下斜槽宽度应尽量大，因此斜槽宽度设计为20mm。
[0018]为了分析传统方式制作的加热线圈与本发明制作的加热线圈的加热效果，利用某发动机涡轮榫接进行了试验对比，并通过多通道测温仪同时测量涡轮榫接加热部位不同点温度。传统方式制作的加热线圈加热涡轮榫接最大温差可达20摄氏度，最小温差也在10摄氏度左右。而本专利制作的加热线圈加热涡轮榫接，最大温差5摄氏度。通过对比说明，本发明制作加热线圈的方式很好的保证了涡轮榫接结构电磁感应加热时温度场的均匀性，是保证涡轮榫接相关试验精度的重要手段。
[0019]本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
[0020]以上所述，仅为本发明部分【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.复杂结构电磁感应加热线圈的设计方法，其特征在于实现步骤如下: (1)制作针对发动机涡轮榫接结构加热线圈的工装，所述加热线圈工装即加热线圈的支撑，通过在工装上缠绕保证加热线圈的形状；所述工装设计了凸台作为加热线圈缠绕的起始位置，同时为保证所缠绕加热线圈顺利在工装上拆卸，在凸台上设计有四个斜槽； (2)所述工装使加热线圈左右边界线与涡轮榫接中心线平行，前后边界线与涡轮榫接轴向截面外形平行；利用所述工装所设计加热线圈，实现对航空发动机涡轮榫接均匀加热。
2.根据权利要求1所述的复杂结构电磁感应加热线圈的设计方法，其特征在于:所述步骤(I)四个斜槽均位于凸台正中位置，且四个斜槽厚度与凸台高度一致。
3.根据权利要求1或2所述的复杂结构电磁感应加热线圈的设计方法，其特征在于:所述步骤(I)中的四个斜槽宽度设计为20mm。
【文档编号】H05B6/40GK103561496SQ201310567798
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】王荣桥, 刘华伟, 胡殿印, 申秀丽, 樊江 申请人:北京航空航天大学