[发明专利]一种涡轮叶片热障涂层的冷却工况加载设备

说明书

一种涡轮叶片热障涂层的冷却工况加载设备，包括冷却控制装置、冷却介质供给装置和冷却工况加载模型件；冷却控制装置与冷却介质供给装置连接，用于为冷却介质供给装置发送控制指令，控制指令是对冷却介质供给装置输出的冷却介质的压力、流量和温度中至少一个进行控制的指令；冷却介质供给装置与冷却工况加载模型件连接，以基于控制指令为冷却工况加载模型件输送冷却介质。通过冷却控制装置控制冷却介质供给装置输出冷却介质，达到冷却介质可控、可调的目的，模拟热障涂层服役过程中的内部冷却工况的变化，进而对涡轮叶片热障涂层进行分析测试，可以有效分析涡轮叶片热障涂层温度梯度服役环境下的失效机制，得出服役环境中涡轮叶片热障涂层可靠性。

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮叶片热障涂层的测试领域，具体是一种涡轮叶片热障涂层的冷却工况加载设备。

背景技术

随着航空发动机推重比与热效率的进一步提升，涡轮前燃气进口温度越来越高，对承温最高的高压涡轮叶片材料要求也越来越高。目前先进高温单晶的发展潜力已十分有限，无法满足先进航空发动机迅速发展的迫切需求。热障涂层因为具有高隔热、耐腐蚀、抗冲蚀等优点，成为涡轮叶片等高温部件必不可少的热防护材料。热障涂层应用在高压涡轮叶片等高温部件上时，受到的服役环境是涂层表面受到高温、高压、高速的燃气热冲击，而空心的叶片金属基底面受到压缩空气的冷却，实现涂层表面高温、基底面低温的温度梯度工况。温度梯度工况不仅实现了热障涂层对涡轮叶片的隔热，同时也是造成涂层剥落的重要原因。因此，研制能模拟热障涂层温度梯度工况的加载装置，对其剥落失效机制的分析尤为重要，而空心叶片内部冷却的实现是实现温度梯度工况模拟的关键。

在现有热障涂层燃气热冲击的试验装置中，试验样品多位平板状等简单结构或是单一的涡轮叶片热障涂层，冷却介质多通过压缩室温下的空气输送至基底表面，实现基底面的冷却。但在实际发动机内，涡轮叶片热障涂层有静止的导向叶片、旋转的工作叶片，且需要轴、涡轮盘、轮毂等部件为其提供支撑，这些部件都处于高温燃气可以作用的环境中，但是现有技术并未对所有需冷却部件都进行冷却，并且冷却温度不可根绝需要调节调节。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡轮叶片热障涂层温度梯度服役环境中温度可控、可调的冷却介质加载设备。

为解决上述问题，本发明提供了一种涡轮叶片热障涂层的冷却工况加载设备，包括冷却控制装置、冷却介质供给装置和冷却工况加载模型件；冷却控制装置，与冷却介质供给装置连接，用于向冷却介质供给装置发送控制指令，控制指令是对冷却介质供给装置输出的冷却介质的压力、流量和温度中至少一个进行控制的指令；冷却介质供给装置，与冷却工况加载模型件连接，用于基于控制指令为冷却工况加载模型件输送冷却介质。

进一步地，冷却介质供给装置包括空气压缩机、空气加热机和流量阀门；空气压缩机与空气加热机连通，将压缩后的空气输送至空气加热机；空气加热机与冷却工况加载模型件通过管道连通，将加热后的压缩空气输送至冷却工况加载模型件；流量阀门设置于管道上，用于控制加热后的压缩空气的流量。

进一步地，冷却控制装置包括压力控制模块、温度控制模块和流量控制模块中的至少一个；冷却介质为空气；压力控制模块，与空气压缩机通信连接，用于发送对空气的压力进行控制的指令至空气压缩机，以控制空气压缩机将空气压缩至预定压力；温度控制模块，与空气加热机通信连接，用于发送对空气的温度进行控制的指令至空气压缩机，以控制空气加热机将空气升温至预定温度；流量控制模块，与流量阀门通信连接，用于发送对空气的流量进行控制的指令至空气压缩机，以控制流量阀门将空气以预设流量输入冷却工况加载模型件。

进一步地，冷却工况加载模型件包括涡轮盘、导流板和涡轮叶片热障涂层，导流板与涡轮盘平行设置；涡轮叶片热障涂层包括工作叶片热障涂层和导向叶片热障涂层；工作叶片热障涂层的一端设置有榫头，涡轮盘上设置有榫槽，工作叶片热障涂层通过榫头插入榫槽与涡轮盘连接；导流板的边缘设置有轮毂，轮毂远离导流板的一侧与导向叶片热障涂层连接。