[发明专利]一种材料在高温燃气中的烧蚀检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于材料性能测试领域，涉及一种材料在高温燃气中的烧蚀检测装置及方法。

背景技术

在各类与高温燃气接触的装置中，如火焰筒、航空发动机、火箭发动机等，其部件的热学性能非常重要，特别是材料的耐烧蚀性能，是决定装置寿命和安全性能的关键因素。但是，目前对材料在高温燃气中的烧蚀特性的试验方法与实际工况相差较大，不能有效的准确评价材料的耐烧蚀性能。

当前所使用的试验方法主要有氧-乙炔火焰法和高压电弧加热法，它们产生高温的火焰或电弧，对材料表面进行烧蚀，通过测试烧蚀过程中和烧蚀后的状态参数，来评价材料的烧蚀特性，这些方法具有较高的热流密度，对材料的耐烧蚀性能试验有一定的效果，但是，这些试验方法都是在敞开环境中开展的，没有压强的作用，而实际工作环境是有压强作用的，因此，这些试验与研究方法有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种材料在高温燃气中的烧蚀检测装置及方法，本发明不仅能产生压强、温度与速度调节范围宽的燃气，并且还能够根据材料的具体工作环境，试验其在亚音速、音速和超音速燃气中的烧蚀行为。

为达到上述目的，本发明的装置包括：包括火焰喷射器以及通过控制台与火焰喷射器相连接的冷水机组、煤油供给系统、氧气供给系统及送粉器，所说的火焰喷射器包括连为一体的相互密闭的后座、燃烧室外壳、收敛段外壳和喷管外壳，燃烧室外壳、收敛段外壳和喷管外壳内分别设置有相连通的燃烧室、收敛段和喷管，燃烧室试样、收敛段试样和喷管试样分别设置在燃烧室、收敛段和喷管的内壁上，后座上开设有与煤油供给系统相连通的煤油接管嘴、与氧气供给系统相连通的氧气接管嘴和火花塞，燃烧室的入口与煤油接管嘴、氧气接管嘴及火花塞相连通，燃烧室外壳、收敛段外壳和喷管外壳与燃烧室、收敛段和喷管之间形成了一个空腔，且在燃烧室外壳及喷管外壳上分别开设有与冷水机组相连通的入水口和出水口，后座及喷管外壳上还分别开设有与燃烧室、喷管相连通的送粉嘴，所说的煤油接管嘴、氧气接管嘴、送粉嘴和入水口还分别与控制台相连。

本发明的燃烧室、收敛段和喷管之间分别通过凸台及过渡段相连；

控制台包括冷水机组控制器、煤油控制器、氧气控制器和送粉控制器；

所说的冷水机组控制器包括安装在冷水机组出水口管路上的出水压力表P1和出水温度计t1，安装在冷水机组回水管路上的回水压力表P2和回水温度计t2；

所说的煤油控制器包括依次安装在煤油供给系统管路上的电机油泵R2、油电磁阀组1DT、煤油压力表P3、煤油调节阀D1和煤油流量计F1；

所说的氧气供给系统包括依次安装在氧气供给系统管路上的减压器Q1、氧气电磁阀2DT、氧气流量调节阀D2、氧气压力表P4和氧气流量计F2；

所说的送粉控制器包括安装在送粉器管路上的送粉电磁阀3DT；

氧气压力为4.5Mpa，氧气流量为60-120Kg/h；

煤油压力为4.5Mpa，煤油流量为30-40L/h；

燃烧室内的压力为3Mpa；

喷管喉部直径为12-15mm、出口直径为20-30mm；

燃烧室试样、收敛段试样和喷管试样均采用圆环状结构。

本发明的试验方法为：

1)安装试样：将圆环状试样通过粘接的方法安装于喷射器的燃烧室、收敛段和喷管的内壁，并固化，然后装配整个喷射器；

2)启动燃气喷射器：通过煤油调节阀和氧气调节阀分别调节两者的流量，得到预定状态的燃气；

3)送粉：启动送粉器，将喷涂粉末送入火焰中，形成烧蚀用的气固二相流；

4)烧蚀：完成设定烧蚀时间后，停止系统的工作，按照停止送粉、供油、供气的顺序关机；

5)最后，拆开喷射器，取下试样，通过分析试样烧蚀前后的特征参量来表征其耐烧蚀性能。

本发明采用煤油与氧气燃烧产生的燃气作为高温烧蚀热源，通过调节煤油与氧的流量混合比，从而形成具有特定要求的燃气流，包括压强、速度、温度、富氧度，煤油和氧气以一定的压力与流量通过控制台输送到喷射器，经雾化、混合后喷入燃烧室，点火燃烧形成高温高压的燃气，燃气通过喉部后，速度达到超音速，将试验材料制成一定厚度的圆环试样，置于燃烧室、喉部或喷管，并对试样进行烧蚀，试验其在亚音速、音速和超音速高温燃气流中的烧蚀特征。采用送粉装置，可将粉末注入到燃烧室或喷管，形成粒子—燃气两相流，还可对试样进行两相流烧蚀试验。通过分析试样烧蚀前后的特征参量来表征其耐烧蚀性能。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；