[发明专利]一种基于火焰喷涂的涡轮叶片温度测量方法

说明书

本发明属于航空测试技术领域，具体涉及一种在金属表面用高温绝缘涂层固定微细热电偶，是热电偶测试技术的拓展。本发明通过对涡轮叶片表面处理、火焰喷涂将耐高温绝缘材料Al₂O₃陶瓷棒熔融后喷射到涡轮叶片基体上，使涂层与涡轮叶片基体之间形成牢固的冶金结合，然后将微细热电偶固定在绝缘涂层上。微细热电偶测量端采用平行焊或球形焊固定在基体表面，再通过柔性引线技术，完成信号的传输与获取。本发明基于高温绝缘涂层固定微细热电偶，用微细热电偶精确的测量出了涡轮转子叶片的表面温度。

技术领域

本发明属于航空测试技术领域，具体涉及一种基于火焰喷涂的涡轮叶片温度测量方法。

背景技术

涡轮是航空发动机三大关键部件之一。为了提高推重比，一个重要技术途径是提高涡轮进口温度，这必然导致涡轮温度越来越高，使涡轮叶片承受着巨大的热负荷，涡轮转子叶片还在炽热的高温高压燃气流中高速旋转，将使涡轮叶片经受严重的热应力和应变，因此，涡轮叶片承受的热负荷是叶片烧蚀、断裂的重要因素之一。测量涡轮叶片的温度以及掌握其温度分布规律是分析涡轮叶片烧蚀断裂的重要依据。为了提高叶片的安全工作可靠性，延长其寿命，就必须准确实时监测、研究分析涡轮叶片的温度分布，以便在叶片设计、材料选择、冷却结构等采取有效的措施，主动控制合理的温度分布。

英﹑美﹑俄等航空技术发达国家投入了大量的人力物力研发用于涡轮部件温度测试的传感器和设备仪器，最常用的主要有热电偶传感器、红外传感器、晶体传感器及示温漆等，大都用于涡轮静止叶片。我国开展航空发动机涡轮叶片测试技术研究较晚，投入有限，测试技术水平较低，自主研发的用于涡轮部件温度测试的传感器和设备仪器较少。从国外引进的红外测温设备，由于红外传感器本身难以承受高的环境温度，需要冷却，冷却气流会破坏试验件流场和温度场分布；红外测温受发射率影响较大，难以实现准确测量。而铠装热电偶测温技术，是一种浸入式测量方法，即在叶片表面加工沟槽，然后埋设铠装热电偶，最后用其它材料填平沟槽，这种方法大都用在涡轮叶片不旋转的情况下，即便如此，由于在叶片表面加工沟槽，叶片传热性能发生改变，这将显著降低测试的准确性。针对涡轮动叶温度测试的急迫需求及现有技术水平的局限性，急需寻求一种测量精度高，对试验件无破坏，对试验过程无影响的测试技术，该技术同时需具备实时监测及保证在恶劣工况下可靠工作等特点，满足发动机的研制需求。

发明内容

本发明的目的：为了解决涡轮叶片测试精度低，对涡轮叶片结构破坏大，不能精确测量和实时监测问题。本发明利用火焰喷涂工艺将微细热电偶固定在涡轮叶片表面，对涡轮叶片无破坏，对试验过程无影响，微细热电偶直径小，固定微细热电偶的涂层薄，附着牢靠，可有效完成高温、高压和高转速环境下涡轮叶片表面温度的精确测量和实时监测。

本发明的技术方案：一种基于火焰喷涂的涡轮叶片温度测量方法，其特征为：首先对涡轮叶片表面进行预处理，除去叶片表面各种异物；其次，采用火焰喷涂工艺制备绝缘涂层；再次，在绝缘层上固定直径小于250μm的热电偶；最后，再次采用火焰喷涂工艺制备保护层。

作为本技术方案的一种改进，采用以下方法对涡轮叶片表面进行预处理：首先，将涡轮叶片榫槽用高温胶带保护；其次，对热电偶安装位置进行喷砂处理，喷砂处理完成后对涡轮叶片清洁处理，吹净残留砂粒；再次，使用丙酮对涡轮叶片表面进行超声清洗；最后，干燥试片表面。

作为本技术方案的一种改进，砂粒为棕刚玉，砂粒度为20目～30目，喷砂压力为0.6MPa，在此条件下，破坏叶片表面氧化层，净化和粗化叶片表面程度适宜，使后续火焰喷涂达到最佳效果；使用丙酮进行超声清洗时间不少于10min，可有效消除涡轮叶片表面及缝隙残留污渍。

作为本技术方案的一种改进，通过平行焊将热电偶焊接在涡轮叶片表面测温点位置，并通过火焰喷涂固定热电偶引线端。