用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置，包括：用于安裝多個(gè)試樣的可轉(zhuǎn)動(dòng)的試樣安裝單元；用于對(duì)所述試樣的涂層面進(jìn)行加熱的加熱單元，所述加熱單元具備至少一個(gè)具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)焰芯的火焰噴嘴；用于對(duì)所述試樣進(jìn)行冷卻的冷卻單元；以及控制單元，所述控制單元配置為控制所述試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)，以使所述多個(gè)試樣交替地進(jìn)行加熱和冷卻。采用本發(fā)明的高溫焰流裝置可以具有較小徑向溫度梯度的均恒溫場焰流，并且能夠使多個(gè)試樣并行進(jìn)行抗熱沖擊性能動(dòng)態(tài)循環(huán)測試。
【專利說明】用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱障涂層性能測試，具體地，涉及一種用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)、尤其指航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率的重要途徑之一是提高該渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪入口燃?xì)鉁囟?。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)向更高推重比的方向發(fā)展，其渦輪入口燃?xì)鉁囟纫搽S之不斷攀升，即使在采用高效氣膜冷卻技術(shù)的前提下，高壓渦輪導(dǎo)向葉片的工作溫度也超過了目前高溫性能最優(yōu)異的單晶高溫合金葉片的可靠服役溫度。因此，在葉片的表面采用隔熱防護(hù)涂層(即熱障涂層)已成為解決這一問題的有效措施之一。
[0003]熱障涂層能夠顯著減少高溫燃?xì)庀蚋邷睾辖鹑~片基體傳遞的熱量，降低葉片表面溫度，并利于延長葉片服役壽命。熱障涂層技術(shù)已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心技術(shù)之一。美國、歐盟和我國的航空發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)計(jì)劃中均將熱障涂層技術(shù)列為與高溫結(jié)構(gòu)材料、高效葉片冷卻技術(shù)并重的高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪葉片技術(shù)的三大關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制進(jìn)程的快速推進(jìn)，對(duì)具有耐高溫、隔熱和抗熱沖擊等優(yōu)異性能的熱障涂層材料的需求愈加迫切。
[0004]其中，抗熱沖擊性能是衡量熱障涂層使役性能的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，直接關(guān)系到其可靠性和服役壽命。研制的熱障涂層材料能否滿足實(shí)際服役要求，需先期通過反復(fù)的地面臺(tái)架試車考核來驗(yàn)證。然而，研制的材料直接進(jìn)行臺(tái)架試車考核，未免成本高、周期長、風(fēng)險(xiǎn)大。因此，為獲得熱障涂層材料使役性能的初步評(píng)價(jià)結(jié)果，亟待開展臺(tái)架試車考核前的模擬實(shí)際工況條件下的熱障涂層材料使役行為研究。
[0005]對(duì)于熱障涂層的抗熱沖擊性能測試，在高溫電爐靜態(tài)試驗(yàn)過程中，涂層和高溫合金基材處于同一溫場環(huán)境，與熱障涂層的實(shí)際服役工況條件差異較大，采用常規(guī)的氧/乙炔焰雖然可以對(duì)材料進(jìn)行高低溫循環(huán)沖擊測試，但焰流(火焰射流)徑向溫度梯度較大，不能滿足較大均恒溫場范圍的測試要求，將不可避免地造成試樣局部過熱，導(dǎo)致對(duì)涂層失效的誤判，因而不能真實(shí)反映涂層的抗熱沖擊性能。因此，亟需在能夠滿足較大均恒溫場范圍測試要求的裝置上開展模擬實(shí)際工況條件下的熱障涂層的抗熱沖擊性能測試。
[0006]目前，可進(jìn)行材料抗熱沖擊性能動(dòng)態(tài)測試的設(shè)備多為自制，并無統(tǒng)一的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)，不同設(shè)備的功能參數(shù)差別亦較大，且該類測試裝置用途具有特殊性，許多性能參數(shù)不予公開。目前可查到的資料顯示，國內(nèi)幾家科研院所搭建了以氧/煤氣或氧/乙炔焰流為熱源的測試裝置，煤氣、乙炔燃?xì)庋媪鞯臒犰手稻^低，加熱能力不強(qiáng)；而且，這幾家單位采用的是焰流噴嘴均為孔徑小于30 mm的單孔火焰噴嘴，火焰射流的束斑較小，且焰流徑向溫度梯度較大，所以焰流的有效測試區(qū)域直徑小于30 _。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述存在的問題和不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置，可以具有較小徑向溫度梯度的均恒溫場焰流，并且能夠使多個(gè)試樣并行進(jìn)行抗熱沖擊性能動(dòng)態(tài)循環(huán)測試。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置，包括:用于安裝多個(gè)試樣的可轉(zhuǎn)動(dòng)的試樣安裝單元；用于對(duì)所述試樣的涂層面進(jìn)行加熱的加熱單元，所述加熱單元具備至少一個(gè)具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)焰芯的火焰噴嘴；用于對(duì)所述試樣進(jìn)行冷卻的冷卻單元；以及控制單元，所述控制單元配置為控制所述試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)，以使所述多個(gè)試樣交替地進(jìn)行加熱和冷卻。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，通過使火焰噴嘴形成為具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)焰芯，可以使產(chǎn)生的焰流呈層流狀態(tài)，以獲得徑向溫度梯度小、溫場較為均恒的火焰射流，從而可有效地對(duì)熱障涂層抗熱沖擊性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)循環(huán)測試。又，通過設(shè)置安裝多個(gè)試樣的可轉(zhuǎn)動(dòng)的試樣安裝單元，并通過控制單元控制該試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以使所述多個(gè)試樣交替地進(jìn)行加熱和冷卻。由此，能夠有效地使多個(gè)試樣并行地自動(dòng)進(jìn)行抗熱沖擊性能動(dòng)態(tài)循環(huán)測試。
[0010]具體地，本發(fā)明通過控制單元使加熱單元的火焰噴嘴對(duì)多個(gè)試樣中的至少一部分試樣的涂層面進(jìn)行噴焰加熱后，通過轉(zhuǎn)動(dòng)試樣安裝單元，使冷卻單元對(duì)加熱后的該至少一部分試樣的涂層面進(jìn)行冷卻，且在冷卻的同時(shí)對(duì)多個(gè)試樣中的剩余的試樣的涂層面進(jìn)行噴焰加熱。從而，本發(fā)明可以有利于在進(jìn)行模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層材料服役工況條件下的涂層材料試樣抗熱沖擊性能的自動(dòng)循環(huán)測試。
[0011]又，在本發(fā)明中也可以是，所述火焰噴嘴的孔徑為30 mm?50 mm。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，采用直徑30 mm?50 mm的大孔徑火焰噴嘴，可以使該火焰噴嘴所產(chǎn)生的焰流的束斑較大，有利于對(duì)熱障涂層的抗熱沖擊性能進(jìn)行更有效的動(dòng)態(tài)循環(huán)測試。
[0013]又，在本發(fā)明中也可以是，所述加熱單元包括用于供給燃?xì)獾娜細(xì)夤┙o部，連接所述燃?xì)夤┙o部與所述火焰噴嘴的燃?xì)馔ǖ?，以及用于?duì)所述火焰噴嘴的出口處的燃?xì)膺M(jìn)行點(diǎn)火的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，由燃?xì)夤┙o部供給的燃?xì)饨?jīng)燃?xì)馔ǖ赖竭_(dá)至火焰噴嘴，并通過點(diǎn)火機(jī)構(gòu)對(duì)火焰噴嘴的出口處的燃?xì)膺M(jìn)行點(diǎn)火，以從該火焰噴嘴的出口處產(chǎn)生焰流，從而可對(duì)試樣的涂層面進(jìn)行噴焰加熱。
[0015]優(yōu)選地，該燃?xì)夤┙o部可包括丙烷氣源和氧氣氣源，其各自經(jīng)過過濾、流量調(diào)節(jié)和/或壓力調(diào)節(jié)等后進(jìn)行混合，進(jìn)而通過燃?xì)馔ǖ拦┙o至各火焰噴嘴。采用丙烷，可具有遠(yuǎn)高于煤氣、天然氣和乙炔等的熱焓值，焰流加熱能力強(qiáng)。
[0016]又，在本發(fā)明中也可以是，所述試樣安裝單元包括用于安裝試樣的安裝盤，所述安裝盤通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)源相連，以由所述驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)所述安裝盤轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，通過驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)安裝盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以有效地實(shí)現(xiàn)上述多個(gè)試樣的涂層面的交替加熱及冷卻。
[0018]又，在本發(fā)明中也可以是，在所述安裝盤內(nèi)設(shè)有使冷卻液流通的通道。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，通過在安裝盤內(nèi)設(shè)置使冷卻液流通的通道，可以在測試過程中降低安裝盤的溫度，防止其過熱，又可使其在測試過程中保持可靠的強(qiáng)度。
[0020]又，在本發(fā)明中也可以是，所述冷卻單元包括壓縮空氣供給部，與所述壓縮空氣供給部相連的多個(gè)壓縮空氣噴嘴，各壓縮空氣噴嘴具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)噴嘴芯。[0021]根據(jù)本發(fā)明，通過使該壓縮空氣噴嘴形成為具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)噴嘴芯，可以使吹到試樣上的冷卻氣較為集中和均勻，避免單孔噴嘴吹掃造成的氣體擴(kuò)散問題，從而確保較好的冷卻效果。
[0022]又，在本發(fā)明中也可以是，所述多個(gè)壓縮空氣噴嘴包括設(shè)置為用于對(duì)所述試樣的涂層面進(jìn)行冷卻的噴嘴以及設(shè)置為用于對(duì)所述試樣的基材背面進(jìn)行冷卻的噴嘴。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)置為用于對(duì)試樣的涂層面進(jìn)行冷卻的噴嘴并結(jié)合試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)，可有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)試樣的涂層面的交替冷卻，即對(duì)加熱后的至少一部分試樣的涂層面進(jìn)行冷卻。另外，通過設(shè)置為用于對(duì)所述試樣的基材背面進(jìn)行冷卻的噴嘴可對(duì)所有試樣的基材背面一直持續(xù)進(jìn)行壓縮空氣冷卻。由此，可更好地模擬與航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層較為相似的服役工況。
[0024]又，在本發(fā)明中也可以是，還包括用于采集所述試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)和所述試樣的溫度的數(shù)據(jù)采集單元。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，通過該數(shù)據(jù)采集單元可對(duì)試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)和試樣的溫度進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、采集和存儲(chǔ)。
[0026]優(yōu)選地，該數(shù)據(jù)采集單元可包括用于采集試樣的涂層面的溫度的紅外高溫計(jì)組件，以及用于采集試樣的基材背面的溫度的熱電偶組件。從而可有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的溫度(包括涂層面的溫度及基材背面的溫度)的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、采集和存儲(chǔ)。另外，該數(shù)據(jù)采集單元可包括用于采集試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)的計(jì)數(shù)器組件。從而可有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、采集和存儲(chǔ)。
[0027]又，在本發(fā)明中也可以是，還包括用于監(jiān)測所述加熱單元的燃?xì)庑孤┑臍怏w泄漏監(jiān)測單元。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)置該氣體泄漏監(jiān)測單元，可以在加熱單元的燃?xì)庑孤r(shí)及時(shí)報(bào)警，從而保障測試裝置的安全運(yùn)行和操作人員的人身安全。
[0029]又，在本發(fā)明中也可以是，還包括用于監(jiān)測進(jìn)行測試的工作室的溫濕度的溫濕度監(jiān)測單元。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)置該溫濕度監(jiān)測單元，可以對(duì)進(jìn)行測試的工作室的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而保障測試裝置的安全運(yùn)行和操作人員的人身安全。
[0031]根據(jù)下述【具體實(shí)施方式】并參考附圖，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更加清晰。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明的動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置的一實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的高溫焰流裝置的一實(shí)施形態(tài)的焰流產(chǎn)生和氣冷結(jié)構(gòu)的平面示意
圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的高溫焰流裝置的一實(shí)施形態(tài)的火焰射流噴嘴的截面示意圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的高溫焰流裝置的一實(shí)施形態(tài)的壓縮空氣噴嘴的截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】[0033]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施形態(tài)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0034]本發(fā)明的動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置適用于在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中，對(duì)作為衡量熱障涂層使役性能的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)的抗熱沖擊性能進(jìn)行測試。圖1是本發(fā)明的動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置的一實(shí)施形態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖。而圖3是根據(jù)本發(fā)明的高溫焰流裝置的一實(shí)施形態(tài)的火焰射流噴嘴(以下稱為火焰噴嘴)的截面示意圖。
[0035]本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置，包括用于安裝多個(gè)試樣的可轉(zhuǎn)動(dòng)的試樣安裝單元；用于對(duì)試樣的涂層面進(jìn)行加熱的加熱單元；用于對(duì)試樣進(jìn)行冷卻的冷卻單元；以及對(duì)上述各單元的運(yùn)行進(jìn)行控制的控制單元，該控制單元配置為控制試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)以使多個(gè)試樣交替地進(jìn)行加熱和冷卻。其中，采用本發(fā)明的高溫焰流裝置進(jìn)行測試的試樣例如可以是以高溫合金圓片為基材，而基材正面采用熱噴涂或氣相沉積工藝制備的陶瓷熱障涂層。
[0036]更具體地，在本發(fā)明中，通過控制單元使加熱單元的火焰噴嘴對(duì)多個(gè)試樣中的至少一部分試樣的涂層面進(jìn)行噴焰加熱后，通過轉(zhuǎn)動(dòng)試樣安裝單元，使冷卻單元對(duì)加熱后的該至少一部分試樣的涂層面進(jìn)行冷卻，且在冷卻的同時(shí)對(duì)多個(gè)試樣中的剩余的試樣的涂層面進(jìn)行噴焰加熱。由此，能夠有效地使多個(gè)試樣并行進(jìn)行抗熱沖擊性能的動(dòng)態(tài)循環(huán)測試。從而，本發(fā)明可以有利于在進(jìn)行模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層材料服役工況條件下的涂層材料試樣抗熱沖擊性能的自動(dòng)循環(huán)測試。
[0037]在本發(fā)明中，上述加熱單元具備至少一個(gè)具有呈同心圓環(huán)狀布置(具體參照圖3)的多個(gè)焰芯38的火焰噴嘴9。在圖1所示的實(shí)施例中，例如設(shè)置為四個(gè)火焰噴嘴9。通過使火焰噴嘴9形成為具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)焰芯38，可以使該火焰噴嘴9產(chǎn)生的焰流呈層流狀態(tài)，以獲得徑向溫度梯度小、溫場較為均恒的火焰射流，從而可有效地對(duì)熱障涂層抗熱沖擊性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)循環(huán)測試。優(yōu)選地，該火焰噴嘴9可以是銅質(zhì)的。
[0038]此外，該火焰噴嘴的孔徑可以為30 mm?50 mm。米用30 mm?50 mm的大孔徑的火焰噴嘴9，可以使該火焰噴嘴9所產(chǎn)生的焰流的束斑較大。有利于對(duì)熱障涂層抗熱沖擊性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)循環(huán)測試。例如，如圖3所示，在本實(shí)施例中，該火焰噴嘴9的孔徑為50 mm。在該孔徑的設(shè)定下，且結(jié)合上述火焰噴嘴9的焰芯結(jié)構(gòu)，根據(jù)溫度測量結(jié)果顯示，在直徑50mm的焰流束斑范圍內(nèi)，焰流徑向溫度梯度(Λ T/ Δ LX 50 °C /cm，可實(shí)現(xiàn)直徑50 mm試樣的有效測試。
[0039]另外，上述試樣安裝單元可以包括用于安裝多個(gè)試樣的安裝盤，安裝盤通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)源相連，以由該驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)安裝盤轉(zhuǎn)動(dòng)。從而可有效地實(shí)現(xiàn)上述多個(gè)試樣的涂層面的交替加熱及冷卻。在圖1所示的實(shí)施形態(tài)中，該安裝盤是配置為八工位機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝盤5，其可同時(shí)安裝八個(gè)試樣?？赏ㄟ^例如夾具等將八個(gè)試樣分別夾持在該安裝盤5的八個(gè)試樣夾持工位8上，從而能夠進(jìn)行八個(gè)試樣并行動(dòng)態(tài)循環(huán)測試。
[0040]且，優(yōu)選地，該安裝盤5可以由不銹鋼制成，從而其強(qiáng)度高且耐腐蝕性強(qiáng)。在一實(shí)施例中，該安裝盤5的直徑為900 mm,圓盤厚30 mm，八工位夾持試樣的位置是在安裝盤5的圓周的八等分角度上(45° )。該安裝盤5通過傳動(dòng)軸37與作為驅(qū)動(dòng)源的例如直流伺服電機(jī)3相連。由該直流伺服電機(jī)3通過傳動(dòng)軸37驅(qū)動(dòng)安裝盤5轉(zhuǎn)動(dòng)。支撐直流伺服電機(jī)3和傳動(dòng)軸37的支架4均固定于操作臺(tái)I上。[0041]此外，該試樣安裝單元還可以進(jìn)一步包括失電制動(dòng)器、失電離合器、及導(dǎo)塑電位計(jì)等構(gòu)件(圖示省略)。優(yōu)選地配設(shè)有減速器的直流伺服電機(jī)3通過傳動(dòng)軸37與安裝盤5連接，經(jīng)安裝在傳動(dòng)軸37上的導(dǎo)塑電位計(jì)的實(shí)時(shí)精確測量，使安裝盤5實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。且安裝在傳動(dòng)軸37上的失電制動(dòng)器是一個(gè)可控脫接機(jī)構(gòu)，上電時(shí)阻尼為零，不阻礙安裝盤5轉(zhuǎn)動(dòng)，失電時(shí)阻尼很大，嚴(yán)重阻礙安裝盤5轉(zhuǎn)動(dòng)，失電制動(dòng)器與失電離合器協(xié)調(diào)工作，可實(shí)現(xiàn)安裝盤5的釋放、啟動(dòng)、制動(dòng)、鎖定等功能。
[0042]另外,還可以在安裝盤5內(nèi)設(shè)有使冷卻液流通的通道(圖示省略)。通過在安裝盤5內(nèi)設(shè)置使冷卻液流通的通道，可以在測試過程中降低安裝盤5的溫度，防止其過熱，又可使其在測試過程中保持可靠的強(qiáng)度。
[0043]又，在本發(fā)明中，上述加熱單元可以包括用于供給燃?xì)獾娜細(xì)夤┙o部15，連接燃?xì)夤┙o部15與火焰噴嘴9的燃?xì)馔ǖ?2，以及用于對(duì)火焰噴嘴9的出口處的燃?xì)膺M(jìn)行點(diǎn)火的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)(圖示省略)。由燃?xì)夤┙o部15供給的燃?xì)饨?jīng)燃?xì)馔ǖ?2到達(dá)至火焰噴嘴9，并通過點(diǎn)火機(jī)構(gòu)對(duì)火焰噴嘴9的出口處的燃?xì)膺M(jìn)行點(diǎn)火，以從該火焰噴嘴9的出口處產(chǎn)生焰流，從而可對(duì)試樣的涂層面進(jìn)行噴焰加熱。
[0044]更具體地，該點(diǎn)火機(jī)構(gòu)可以為自動(dòng)點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，包括自動(dòng)點(diǎn)火器和紫外、紅外信號(hào)傳感器。其中，氣體點(diǎn)火采用脈沖高壓點(diǎn)火方式，紫外、紅外信號(hào)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測火焰狀態(tài)，并將信號(hào)反饋給自動(dòng)點(diǎn)火器，因此可實(shí)現(xiàn)火焰意外熄火后立即自動(dòng)重新點(diǎn)火的功能。
[0045]優(yōu)選地，如圖2示出了本發(fā)明的高溫焰流裝置的一實(shí)施形態(tài)的焰流產(chǎn)生和氣冷結(jié)構(gòu)的平面示意圖，本發(fā)明的燃?xì)夤┙o部15可包括丙烷氣源19和氧氣氣源25，其各自經(jīng)過過濾、流量調(diào)節(jié)和/或壓力調(diào)節(jié)等后進(jìn)行混合，進(jìn)而通過上述燃?xì)馔ǖ?2供給至各火焰噴嘴
9。采用丙烷，可具有遠(yuǎn)高于煤氣、天然氣和乙炔等氣體的熱焓值，焰流加熱能力強(qiáng)。
[0046]如圖1和圖2所示，丙烷氣源19和氧氣氣源25，經(jīng)各自氣路的減壓閥，過濾器20、26，電磁閥21、27，氣體質(zhì)量流量控制器22、28，氣體壓力傳感器23、29，氣包24、30后，均分為四路，每一路丙烷均與對(duì)應(yīng)的一路氧氣經(jīng)氣體混合器14混合后，分別供給至各火焰噴嘴9，并在火焰噴嘴9的出口處點(diǎn)火產(chǎn)生火焰射流。從而，在本實(shí)施形態(tài)中，共有從四個(gè)火焰噴嘴9噴射出的四路焰流，即夾持試樣的安裝盤5正面對(duì)著四路焰流。此外，在上述燃?xì)夤┙o部15與火焰噴嘴9之間的燃?xì)馔ǖ?2內(nèi)還可設(shè)置有回火防止器13。
[0047]又，還參照圖1和圖2，在本發(fā)明中，上述冷卻單元采用氣冷結(jié)構(gòu)，其包括壓縮空氣供給部16，與該壓縮空氣供給部16相連的多個(gè)壓縮空氣噴嘴6、10，各壓縮空氣噴嘴6、10分別具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)噴嘴芯39。通過使該壓縮空氣噴嘴6、10形成為具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)噴嘴芯39，可以使吹到試樣上的冷卻氣較為集中和均勻，避免單孔噴嘴吹掃造成的氣體擴(kuò)散問題，從而確保較好的冷卻效果。
[0048]具體地，該冷卻單元的多個(gè)壓縮空氣噴嘴包括設(shè)置為用于對(duì)試樣的涂層面進(jìn)行冷卻的噴嘴10以及設(shè)置為用于對(duì)試樣的基材背面進(jìn)行冷卻的噴嘴6。在圖1所示的實(shí)施形態(tài)中，用于對(duì)試樣的涂層面進(jìn)行冷卻的噴嘴10設(shè)置為四個(gè)，與火焰噴嘴9的數(shù)量相對(duì)應(yīng)，從而可以相應(yīng)地對(duì)經(jīng)過加熱后的試樣的涂層面進(jìn)行冷卻，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)試樣的涂層面的交替冷卻。而用于對(duì)試樣的基材背面進(jìn)行冷卻的噴嘴6設(shè)置為八個(gè)，分別對(duì)應(yīng)于安裝盤5的八個(gè)工位8，從而可對(duì)所有試樣的基材背面一直持續(xù)進(jìn)行壓縮空氣冷卻。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可更好地模擬與航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層較為相似的服役工況。[0049]更具體地，參照圖1和圖2，該壓縮空氣供給部16可包括空氣壓縮機(jī)和存儲(chǔ)壓縮后的空氣的壓縮空氣儲(chǔ)罐31。該壓縮空氣儲(chǔ)罐31內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)減壓閥、過濾器32、電磁閥33、氣體質(zhì)量流量控制器34、氣體壓力傳感器35、氣包36后，均分為12路氣體管道，分別連接至多個(gè)壓縮空氣噴嘴6、10。其中對(duì)著安裝盤5背面的八路氣體用于冷卻試樣的高溫合金基材背面，其余對(duì)著安裝盤5正面的四路氣體用于冷卻試樣的涂層面。
[0050]此外，本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置還可以包括用于采集上述試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)和試樣的溫度的數(shù)據(jù)采集單元。通過該數(shù)據(jù)采集單元可對(duì)試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)和試樣的溫度進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、采集和存儲(chǔ)。
[0051]優(yōu)選地，該數(shù)據(jù)采集單元包括用于采集試樣的涂層面的溫度的紅外高溫計(jì)組件，以及用于采集試樣的基材背面的溫度的熱電偶組件。從而可有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的溫度(包括涂層面的溫度及基材背面的溫度)的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、采集和存儲(chǔ)。另外，該數(shù)據(jù)采集單元包括用于采集試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)的計(jì)數(shù)器組件。從而可有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)的自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測、采集和存儲(chǔ)。
[0052]如圖1所示，測試過程中試樣的涂層表面溫度由雙色紅外高溫計(jì)組件17采集，四支紅外高溫計(jì)分別采集測試過程中四個(gè)處于火焰加熱狀態(tài)的試樣的涂層面溫度，支撐紅外高溫計(jì)的支桿18固定于操作臺(tái)I上。
[0053]又，本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置還可以包括用于監(jiān)測上述加熱單元的燃?xì)庑孤┑臍怏w泄漏監(jiān)測單元。通過設(shè)置該氣體泄漏監(jiān)測單元，可以在加熱單元的燃?xì)庑孤r(shí)及時(shí)報(bào)警，從而保障操作人員的人身安全和測試裝置的安全運(yùn)行。
[0054]具體地，在本實(shí)施形態(tài)中，雖然未圖示，但是上述該氣體泄漏監(jiān)測單元包括丙烷泄漏探測器組件和氧氣泄漏探測器組件。如果丙烷泄漏量達(dá)到設(shè)定的下限值，將觸發(fā)與之聯(lián)動(dòng)的聲光報(bào)警；同樣，如果氧氣泄漏量使氧氣含量達(dá)到設(shè)定的上限值，亦將觸發(fā)與之聯(lián)動(dòng)的
聲光報(bào)警。
[0055]又，本發(fā)明的熱障涂層抗熱沖擊性能的測試，通常在工作室內(nèi)進(jìn)行。因此，本發(fā)明的用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置還可以包括用于監(jiān)測進(jìn)行測試的工作室的溫濕度的溫濕度監(jiān)測單元。通過設(shè)置該溫濕度監(jiān)測單元，可以對(duì)進(jìn)行測試的工作室的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而保障測試裝置的安全運(yùn)行和操作人員的人身安全。
[0056]具體地，在本實(shí)施形態(tài)中，雖然未圖示，但是上述溫濕度監(jiān)測單元包括溫濕度探測器組件。當(dāng)工作室內(nèi)的溫濕度達(dá)到設(shè)定的上限值，將觸發(fā)與之聯(lián)動(dòng)的聲光報(bào)警。
[0057]本發(fā)明可通過控制單元(圖示省略)控制上述各部件的運(yùn)行，該控制單元包括但不限于供電系統(tǒng)控制模塊、氣體流量控制模塊、自動(dòng)點(diǎn)火控制模塊、八工位機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制模塊、氣體泄漏和工作室溫濕度監(jiān)測控制模塊和控制界面等，各個(gè)控制模塊可一體集成于控制單元，且該控制單元與上述各部件之間的通訊接口例如可采用RS422標(biāo)準(zhǔn)串行異步通訊接口。
[0058]此外，還如圖1所示，本實(shí)施形態(tài)的高溫焰流裝置所處的工作室上方還可以安裝有抽風(fēng)罩2，在測試過程中，抽風(fēng)實(shí)時(shí)開啟，及時(shí)抽出廢氣，確保安全。
[0059]采用本實(shí)施形態(tài)的用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置，可進(jìn)行以下測試:
該高溫焰流裝置的焰流對(duì)試樣的加熱溫度可通過調(diào)控丙烷和氧氣的流量(比)來實(shí)現(xiàn)，測試試驗(yàn)表明，該高溫焰流裝置對(duì)陶瓷熱障涂層試樣表面的持續(xù)加熱溫度可達(dá)1800°C，完全能夠滿足目前對(duì)高溫?zé)嵴贤繉拥臏y試溫度要求。測試過程的開始、運(yùn)行、暫停和停止功能，均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，測試開始前，預(yù)先設(shè)定好氣體(丙烷、氧氣和壓縮空氣)流量、每個(gè)循環(huán)的加熱和冷卻時(shí)間、循環(huán)次數(shù)等參數(shù)后，只需按觸摸屏上的“開始”，測試即自動(dòng)開始運(yùn)行。
[0060]丙烷、氧氣分別經(jīng)各自氣路的減壓閥，過濾器20、26，電磁閥21、27，氣體質(zhì)量流量控制器22、28，氣體壓力傳感器23、29，氣包24、30后均分為四路，每一路丙烷均與對(duì)應(yīng)的一路氧氣經(jīng)氣體混合器14混合，在火焰噴嘴9出口處點(diǎn)火產(chǎn)生火焰射流，共有四路焰流，即夾持試樣的安裝盤5正面對(duì)著四路焰流。測試開始前將試樣夾持在安裝盤5的工位8的位置上。本實(shí)施形態(tài)中的高溫焰流裝置可進(jìn)行八個(gè)熱障涂層試樣的并行循環(huán)測試，四路焰流一一對(duì)應(yīng)地加熱其中四個(gè)試樣的涂層面一定時(shí)間后，夾持試樣的安裝盤5順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，四路焰流再一一對(duì)應(yīng)地加熱另四個(gè)試樣的涂層面相同時(shí)間，同時(shí)，前四個(gè)試樣在這段時(shí)間內(nèi)涂層面進(jìn)行壓縮空氣冷卻，之后，圓盤逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，如此交替反復(fù)。
[0061]試樣的涂層面經(jīng)過一次焰流加熱和壓縮空氣冷卻，為一次熱沖擊循環(huán)(相當(dāng)于安裝盤5轉(zhuǎn)動(dòng)45° )。測試過程中，八個(gè)試樣的高溫合金基材背面一直持續(xù)進(jìn)行壓縮空氣冷卻。在氣冷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上，安裝盤5的正面和背面分別對(duì)著四路和八路壓縮空氣氣路。以上敘述的試樣循環(huán)測試過程，是模擬與航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片熱障涂層較為相似的服役工況。
[0062]測試過程中，試樣的涂層面溫度和高溫合金基材背面溫度分別由紅外高溫計(jì)組件17和熱電偶組件測量、采集和存儲(chǔ)，而循環(huán)測試次數(shù)(即安裝盤5轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù))可由控制單元的計(jì)數(shù)器組件進(jìn)行計(jì)數(shù)、采集和存儲(chǔ)。
[0063]試樣經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)的測試后，涂層面開始發(fā)生開裂、剝落，至剝落面積達(dá)到涂層總面積約5%時(shí)，判定涂層試樣失效，測試停止。在相同的測試溫度、冷卻條件、循環(huán)時(shí)間間隔等測試條件下，試樣從測試開始至判定失效期間經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)越多，表明試樣的循環(huán)熱沖擊壽命越長，即涂層試樣的抗熱沖擊性能越好。
[0064]在不脫離本發(fā)明的基本特征的宗旨下，本發(fā)明可體現(xiàn)為多種形式，因此本發(fā)明中的實(shí)施形態(tài)是用于說明而非限制，由于本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定而非由說明書限定，而且落在權(quán)利要求界定的范圍，或其界定的范圍的等價(jià)范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)理解為包括在權(quán)利要求書中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于動(dòng)態(tài)循環(huán)測試熱障涂層抗熱沖擊性能的高溫焰流裝置，其特征在于，包括: 用于安裝多個(gè)試樣的可轉(zhuǎn)動(dòng)的試樣安裝單元； 用于對(duì)所述試樣的涂層面進(jìn)行加熱的加熱單元，所述加熱單元具備至少一個(gè)具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)焰芯的火焰噴嘴； 用于對(duì)所述試樣進(jìn)行冷卻的冷卻單元；以及 控制單元，所述控制單元配置為控制所述試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)，以使所述多個(gè)試樣交替地進(jìn)行加熱和冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫焰流裝置，其特征在于，所述火焰噴嘴的孔徑為30mm?50 mmη
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫焰流裝置，其特征在于，所述加熱單元包括用于供給燃?xì)獾娜細(xì)夤┙o部，連接所述燃?xì)夤┙o部與所述火焰噴嘴的燃?xì)馔ǖ?，以及用于?duì)所述火焰噴嘴的出口處的燃?xì)膺M(jìn)行點(diǎn)火的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的高溫焰流裝置，其特征在于，所述試樣安裝單元包括用于安裝試樣的安裝盤，所述安裝盤通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)源相連，以由所述驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)所述安裝盤轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫焰流裝置，其特征在于，在所述安裝盤內(nèi)設(shè)有使冷卻液流通的通道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的高溫焰流裝置，其特征在于，所述冷卻單元包括壓縮空氣供給部，與所述壓縮空氣供給部相連的多個(gè)壓縮空氣噴嘴，各壓縮空氣噴嘴具有呈同心圓環(huán)狀布置的多個(gè)噴嘴芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫焰流裝置，其特征在于，所述多個(gè)壓縮空氣噴嘴包括設(shè)置為用于對(duì)所述試樣的涂層面進(jìn)行冷卻的噴嘴以及設(shè)置為用于對(duì)所述試樣的基材背面進(jìn)行冷卻的噴嘴。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的高溫焰流裝置，其特征在于，還包括用于采集所述試樣安裝單元的轉(zhuǎn)動(dòng)循環(huán)次數(shù)和所述試樣的溫度的數(shù)據(jù)采集單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的高溫焰流裝置，其特征在于，還包括用于監(jiān)測所述加熱單元的燃?xì)庑孤┑臍怏w泄漏監(jiān)測單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的高溫焰流裝置，其特征在于，還包括用于監(jiān)測進(jìn)行測試的工作室的溫濕度的溫濕度監(jiān)測單元。
【文檔編號(hào)】G01N3/60GK103487345SQ201310475477
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】鐘興華, 趙華玉, 陶順衍, 周霞明, 楊凱, 劉晨光, 王亮, 丁傳賢 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所