多工位轉盤的製作方法

2023-05-29 20:30:16

多工位轉盤的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多工位轉盤，包括：具有用於安裝試樣的多個安裝部的轉盤主體；設置於所述轉盤主體內以使冷卻液流通的通道。本實用新型的多工位轉盤可適用於用於動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置中，由此，可以在測試過程中降低該多工位轉盤的溫度，防止其過熱，可使其在測試過程中保持可靠的強度。
【專利說明】多工位轉盤
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種多工位轉盤，具體地，涉及一種用於動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置的多工位轉盤。
【背景技術】
[0002]提高航空發動機、尤其指航空燃氣渦輪發動機的熱效率的重要途徑之一是提高該渦輪發動機的渦輪入口燃氣溫度。隨著航空發動機向更高推重比的方向發展，其渦輪入口燃氣溫度也隨之不斷攀升，即使在採用高效氣膜冷卻技術的前提下，高壓渦輪導向葉片的工作溫度也超過了目前高溫性能最優異的單晶高溫合金葉片的可靠服役溫度。因此，在葉片的表面採用隔熱防護塗層(即熱障塗層)已成為解決這一問題的有效措施之一。
[0003]熱障塗層能夠顯著減少高溫燃氣向高溫合金葉片基體傳遞的熱量，降低葉片表面溫度，並利於延長葉片服役壽命。熱障塗層技術已成為航空發動機的核心技術之一。美國、歐盟和我國的航空發動機推進計劃中均將熱障塗層技術列為與高溫結構材料、高效葉片冷卻技術並重的高性能航空發動機高壓渦輪葉片技術的三大關鍵技術之一。隨著高推重比航空發動機研製進程的快速推進，對具有耐高溫、隔熱和抗熱衝擊等優異性能的熱障塗層材料的需求愈加迫切。
[0004]其中，抗熱衝擊性能是衡量熱障塗層使役性能的一項重要性能指標，直接關係到其可靠性和服役壽命。研製的熱障塗層材料能否滿足實際服役要求，需先期通過反覆的地面臺架試車考核來驗證。然而，研製的材料直接進行臺架試車考核，未免成本高、周期長、風險大。因此，為獲得熱障塗層材料使役性能的初步評價結果，亟待開展臺架試車考核前的模擬實際工況條件下的熱障塗層材料使役行為研究。
[0005]對於熱障塗層的抗熱衝擊性能測試，在高溫電爐靜態試驗過程中，塗層和高溫合金基材處於同一溫場環境，與熱障塗層的實際服役工況條件差異較大，採用常規的氧/乙炔焰雖然可以對材料進行高低溫循環衝擊測試，但焰流徑向溫度梯度較大，不能滿足較大均恆溫場範圍的測試要求，將不可避免地造成試樣局部過熱，導致對塗層失效的誤判，因而不能真實反映塗層的抗熱衝擊性能。因此，亟需在能夠滿足較大均恆溫場範圍測試要求的裝置上開展模擬實際工況條件下的熱障塗層的抗熱衝擊性能測試。
[0006]目前，可進行材料抗熱衝擊性能動態測試的設備多為自製，並無統一的規格和標準，不同設備的功能參數差別亦較大，且該類測試裝置用途具有特殊性，許多性能參數不予公開。目前可查到的資料顯示，國內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、乙炔燃氣焰流的熱焓值均較低，加熱能力不強；而且，這幾家單位採用的是焰流噴嘴均為孔徑小於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域直徑小於Φ30 _。
[0007]針對以上問題，且為了應對熱障塗層抗熱衝擊性能測試的需求，研製了一種能夠滿足較大均恆溫場範圍測試要求的高溫焰流裝置，開展模擬實際工況條件下熱障塗層的抗熱衝擊性能測試。高溫焰流裝置的火焰射流噴嘴採用大口徑多芯多圈同心設計，可產生較大束斑且呈層流狀態的焰流，而且使用的燃氣(丙烷)具有遠高於煤氣、天然氣和乙炔的熱焓值，助燃氣使用純氧，獲得了具有較強加熱能力的焰流。同時，為提高測試結果的可比性和重複性，同時提高測試效率，滿足高溫焰流裝置多工位並行考核測試的需求，多工位試樣夾持機構採用多工位轉盤設計,多個試樣並行測試時多路火焰同時加熱，因此,對夾持試樣的轉盤提出了更高的長時間可靠強度要求。
實用新型內容
[0008]針對上述存在的問題和不足，本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種可保持長時間可靠強度的多工位轉盤，其可適用於用於動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置。
[0009]為了解決上述技術問題，本實用新型的一種多工位轉盤，包括:具有用於安裝試樣的多個安裝部的轉盤主體；設置於所述轉盤主體內以使冷卻液流通的通道。
[0010]根據本實用新型，通過在該多工位轉盤的轉盤主體內設置使冷卻液流通的通道，可以對該多工位轉盤進行冷卻。尤其是，本實用新型的多工位轉盤適用於用於動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置中，由此，可以在測試過程中降低該多工位轉盤的溫度，防止其過熱，可使其在測試過程中保持可靠的強度。有利於用於熱障塗層試樣抗熱衝擊性能的自動循環測試的實現。
[0011]又，在本實用新型中也可以是，所述通道圍繞各安裝部的至少一部分。
[0012]根據本實用新型，由於在該多工位轉盤中，各安裝部處所承受的溫度較高，通過使冷卻液流通的通道圍繞各安裝部的至少一部分，可以有效地對各安裝部進行冷卻，更有利於在測試過程中降低該多工位轉盤的溫度。
[0013]又，在本實用新型中也可以是，所述多個安裝部設置為靠近所述轉盤主體的周緣分布。
[0014]根據本實用新型，通過將多個安裝部設置為靠近轉盤主體的周緣分布，可以在轉盤主體中設置儘可能多的安裝部，可提高測試效率。
[0015]又，在本實用新型中也可以是，所述多個安裝部沿所述轉盤主體的周緣等間隔分布。
[0016]根據本實用新型，由於各個安裝部對應於該多工位轉盤的各個工位，通過使該多個安裝部沿轉盤主體的周緣等間隔分布，可以有利於控制該轉盤主體的各個工位的轉動。
[0017]又，在本實用新型中也可以是，所述通道的冷卻液輸入口和冷卻液輸出口均位於所述轉盤主體的中心，所述通道形成為從位於所述中心處的所述冷卻液輸入口起延伸至所述轉盤主體的周緣處，並沿所述周緣延伸後回到位於所述中心處的所述冷卻液輸出口的結構。
[0018]根據本實用新型，通過由此構成的冷卻液流通通道可以使該通道在轉盤主體內的長度設置為儘可能長，從而可較大程度發揮冷卻液對該多工位轉盤的冷卻作用。
[0019]又，在本實用新型中也可以是，所述冷卻液輸入口和冷卻液輸出口分別與支撐所述轉盤主體的支撐構件中的冷卻液輸入通道和冷卻液輸出通道相連。
[0020]根據本實用新型，可以易於使冷卻液經冷卻液輸入口流入至該轉盤主體中的通道後再經冷卻液輸出口離開轉盤主體。[0021]又，在本實用新型中也可以是，所述冷卻液輸入通道與冷卻液輸出通道相互嵌套。
[0022]根據本實用新型，通過將冷卻液輸入通道與冷卻液輸出通道相互嵌套，可以使流出該轉盤主體中的通道的熱的冷卻液直接流出而不會和進入該轉盤主體中的通道的冷的冷卻液混合。
[0023]又，在本實用新型中也可以是，所述多個安裝部形成為沿所述轉盤主體的周緣分布且向所述轉盤主體的徑向外側開口的多個槽部。
[0024]根據本實用新型，可以將各個測試試樣安裝於上述各槽部中。
[0025]又，在本實用新型中也可以是，所述多個安裝部包括沿所述轉盤主體的周緣分布的多個孔部。
[0026]根據本實用新型，可以將各個測試試樣安裝於上述各孔部中。
[0027]又，在本實用新型中也可以是，所述通道在所述轉盤主體內形成為彎曲的形狀。
[0028]根據本實用新型，可以進一步使該通道在轉盤主體內的長度設置為儘可能長，從而可更大程度發揮冷卻液對該多工位轉盤的冷卻作用。
[0029]根據下述【具體實施方式】並參考附圖，本實用新型的上述及其他目的、特徵和優點將更加清晰。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本實用新型的多工位轉盤所適用的用於動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置的一實施形態的局部結構示意圖；
[0031]圖2是根據本實用新型的多工位轉盤的一實施形態的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和具體的實施形態對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0033]本實用新型的多工位轉盤適用於動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置。該動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置適用於在航空發動機領域中，對作為衡量熱障塗層使役性能的一項重要性能指標的抗熱衝擊性能進行測試。圖1是本實用新型的多工位轉盤所適用的動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置的一實施形態的局部結構示意圖。
[0034]如圖1所示，本實用新型的用於動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置，至少包括用於安裝多個試樣的可轉動的試樣安裝單元(即後文所述的多工位轉盤3);用於對試樣的塗層面進行加熱的加熱單元；用於對試樣進行冷卻的冷卻單元；以及對上述各單元的運行進行控制的控制單元(圖示省略)，該控制單元配置為控制該多工位轉盤的轉動以使多個試樣交替進行加熱和冷卻。其中，採用本實用新型的高溫焰流裝置進行測試的試樣例如可以是以高溫合金圓片為基材，而基材正面採用熱噴塗或氣相沉積工藝製備的陶瓷熱障塗層。
[0035]更具體地，在本實用新型中，通過控制單元使加熱單元的焰流噴嘴I對多個試樣中的至少一部分試樣的塗層面進行噴焰加熱後，通過傳動軸2轉動帶動該多工位轉盤3轉動，使冷卻單元的噴嘴4對加熱後的該至少一部分試樣的塗層面進行冷卻，且在冷卻的同時對多個試樣中剩餘試樣的塗層面進行噴焰加熱。由此，能夠有效地使多個試樣並行進行抗熱衝擊性能的動態循環測試。從而，本實用新型可以有利於在進行模擬航空發動機渦輪葉片熱障塗層材料服役工況條件下的塗層材料試樣抗熱衝擊性能的自動循環測試。
[0036]尤其是，上述高溫焰流裝置的焰流噴嘴採用大口徑多芯多圈同心設計，可產生較大束斑且呈層流狀態的焰流，而且使用的燃氣(丙烷)具有遠高於煤氣、天然氣和乙炔的熱焓值，助燃氣使用純氧，獲得了具有較強加熱能力的焰流。因此，對夾持試樣的該多工位轉盤提出了更高的長時間可靠強度要求。
[0037]圖2是根據本實用新型的多工位轉盤3的一實施形態的結構示意圖。本實用新型的多工位轉盤3，包括具有用於安裝試樣的多個安裝部5的轉盤主體6，以及設置於該轉盤主體6內以使冷卻液流通的通道7。通過在該多工位轉盤3的轉盤主體6內設置使冷卻液流通的通道7，可以對該多工位轉盤3進行冷卻。尤其是，本實用新型的多工位轉盤3適用於動態循環測試熱障塗層抗熱衝擊性能的高溫焰流裝置中，由此，可以在測試過程中降低該多工位轉盤3的溫度，防止其過熱，可使其在測試過程中保持可靠的強度。有利於熱障塗層試樣抗熱衝擊性能自動循環測試的實現。
[0038]該多個安裝部5可以設置為靠近轉盤主體6的周緣分布。由此，可以在轉盤主體6中設置儘可能多的安裝部5，可提高測試效率。優選地，該多個安裝部5沿轉盤主體6的周緣等間隔分布。由於各個安裝部5對應於該多工位轉盤3的各個工位，通過使該多個安裝部5沿轉盤主體6的周緣等間隔分布，可以有利於控制該轉盤主體6的各個工位的轉動。
[0039]在圖2所示的實施形態中，該多工位轉盤3是具有八工位的轉盤，其材質可以為不鏽鋼，直徑例如為900 mm，厚30 mm，且沿轉盤主體6的圓周八等分角度(45度)各有一個形狀、尺寸相同的對應於試樣工位的安裝部5，用以夾持待測試的試樣。
[0040]且在該實施形態中，該多個安裝部5形成為沿轉盤主體6的周緣分布且向該轉盤主體6的徑向外側開口的多個槽部。更具體地，該槽部由70 mmX70 mm的正方形和Φ70mm的半圓組合，用以夾持試樣。但本實用新型並不限於此，在本實用新型的其他實施形態中，該多個安裝部5也可以形成為沿轉盤主體6的周緣分布的多個孔部等其他結構。
[0041]在本實施形態中，上述通道7可以是截面呈矩形，孔道寬20 mm，深10 mm，為冷卻液提供流動通道，達到測試過程中降低轉盤溫度之目的。但本實用新型的該通道的形狀及尺寸並不限於此。
[0042]此外，該通道7可以圍繞各安裝部5的至少一部分。由於在該多工位轉盤3中，各安裝部5 (工位位置)處在測試過程中受熱較為集中的部位，即所承受的溫度較高，通過使冷卻液流通的通道7圍繞各安裝部5的至少一部分，可以有效地對各安裝部5進行冷卻，更有利於在測試過程中降低該多工位轉盤3的溫度。在圖2所示的實施形態中，該通道7半環繞上述各安裝部5。優選地，在本實施形態中，該通道7距轉盤主體6的周緣最近處為20_，儘量靠近轉盤周緣可更大程度降低轉盤的溫度。
[0043]又，在本實施形態中，該通道7的冷卻液輸入口 8與冷卻液輸出口 9均位於轉盤主體6的中心,該通道7形成為從位於該中心處的冷卻液輸入口 8起延伸至轉盤主體6的周緣處，並沿該周緣延伸後回到位於該中心處的冷卻液輸出口 9的結構。通過由此構成的冷卻液流通通道7可以使該通道7在轉盤主體6內的長度設置為儘可能長，從而可較大程度發揮冷卻液對該多工位轉盤的冷卻作用。
[0044]此外，該通道7的冷卻液輸入口 8和冷卻液輸出口 9可以分別與支撐轉盤主體6的支撐構件中的冷卻液輸入通道和冷卻液輸出通道(圖示省略)相連通。從而可以易於使冷卻液經冷卻液輸入口 8流入至該轉盤主體6中的通道7後再經冷卻液輸出口 9離開轉盤主體6。
[0045]優選地，該支撐構件中的冷卻液輸入通道與冷卻液輸出通道相互嵌套。從而可以使流出該轉盤主體6中的通道7的熱的冷卻液直接流出而不會和進入該轉盤主體6中的通道7的冷的冷卻液混合。
[0046]因此，通過以上設計的通道7的走向可更有效降低轉盤八工位試樣位置附近的溫度，以使轉盤能夠長時間保持可靠的強度，保障測試的連續進行。
[0047]又，如圖2所示，該通道7在轉盤主體6內形成為彎曲的形狀。從而可以進一步使該通道在轉盤主體6內的長度設置為儘可能長，從而可更大程度發揮冷卻液對該多工位轉盤3的冷卻作用。
[0048]在利用該高溫焰流裝置進行熱障塗層抗熱衝擊性能的長時間連續測試過程中，該多工位轉盤3未出現變形等現象，表明該轉盤主體6中的冷卻液通道7的設計可保障轉盤在測試試驗過程中能夠長時間保持可靠的強度。
[0049]在不脫離本實用新型的基本特徵的宗旨下，本實用新型可體現為多種形式，因此本實用新型中的實施形態是用於說明而非限制，由於本實用新型的範圍由權利要求限定而非由說明書限定，而且落在權利要求界定的範圍，或其界定的範圍的等價範圍內的所有變化都應理解為包括在權利要求書中。
【權利要求】
1.一種多工位轉盤，其特徵在於，包括: 具有用於安裝試樣的多個安裝部的轉盤主體； 設置於所述轉盤主體內以使冷卻液流通的通道。
2.根據權利要求1所述的多工位轉盤，其特徵在於，所述通道圍繞各安裝部的至少一部分。
3.根據權利要求1所述的多工位轉盤，其特徵在於，所述多個安裝部設置為靠近所述轉盤主體的周緣分布。
4.根據權利要求1所述的多工位轉盤，其特徵在於，所述多個安裝部沿所述轉盤主體的周緣等間隔分布。
5.根據權利要求1所述的多工位轉盤，其特徵在於，所述通道的冷卻液輸入口和冷卻液輸出口均位於所述轉盤主體的中心，所述通道形成為從位於所述中心處的所述冷卻液輸入口起延伸至所述轉盤主體的周緣處，並沿所述周緣延伸後回到位於所述中心處的所述冷卻液輸出口的結構。
6.根據權利要求5所述的多工位轉盤，其特徵在於，所述冷卻液輸入口和冷卻液輸出口分別與支撐所述轉盤主體的支撐構件中的冷卻液輸入通道和冷卻液輸出通道相連。
7.根據權利要求6所述的多工位轉盤，其特徵在於，所述冷卻液輸入通道與冷卻液輸出通道相互嵌套。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的多工位轉盤，其特徵在於，所述多個安裝部形成為沿所述轉盤主體的周緣分布且向所述轉盤主體的徑向外側開口的多個槽部。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的多工位轉盤，其特徵在於，所述多個安裝部包括沿所述轉盤主體的周緣分布的多個孔部。
10.根據權利要求1至7中任一項所述的多工位轉盤，其特徵在於，所述通道在所述轉盤主體內形成為彎曲的形狀。
【文檔編號】G01N3/60GK203519411SQ201320629568
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】鍾興華, 趙華玉, 陶順衍, 劉晨光, 楊凱, 王亮, 周霞明, 丁傳賢, 張順 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所