[发明专利]一种热障涂层服役工况模拟试验用涡轮模型

说明书

本发明公开了一种热障涂层服役工况模拟试验用涡轮模型，包括：转轴、工作叶片涡轮盘、工作叶片、导向叶片、机匣和固定件；工作叶片涡轮盘固定套设在转轴上，工作叶片涡轮盘的圆周上设置有多组工作叶片；机匣与工作叶片涡轮盘平行且间隔预设距离，机匣上设置有环形的通道，通道与工作叶片的位置相对应；导向叶片为多组，固定设置在通道内；固定件与机匣固定连接，用于将机匣固定到预设位置；转轴和工作叶片涡轮盘同轴，工作叶片和导向叶片上涂覆有热障涂层。本发明用于热障涂层高温、冲蚀、CMAS腐蚀、高速旋转、湍流、尾迹、热斑等复杂工况的模拟试验与测试，包括：工作叶片热障涂层的模拟考核与导向叶片热障涂层检测。

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机高压涡轮部件热障涂层测试与考核领域，特别涉及一种航空发动机的热障涂层服役工况模拟试验用涡轮模型。

背景技术

燃气涡轮发动机是体现国家科技水平与核心竞争力的重要标志，高涡轮前燃气进口温度是先进燃气涡轮发动机的一大特征，承温、承载最为苛刻的高压涡轮叶片是最核心部件，迫切需要热障涂层这一热防护材料。然而，涡轮叶片热障涂层除了承受高温、高速的燃气冲击外，还需承受外界颗粒冲蚀、CMAS腐蚀，以及工作叶片、导向叶片相互运动、与高温燃气交互作用等所产生的热斑、尾迹、湍流等复杂效应，致使涂层发生极难预测的失效。为此，研制热障涂层服役工况的试验模拟测试平台是这一研究领域的重要手段，而模拟平台运行的关键是需要有能模拟热障涂层服役工况的试验模型件，能实现各种复杂载荷的模拟，并尽可能的节省试验成本，保障试验安全。

目前国内外研究较为成熟的是导向叶片等静止件热障涂层的试验模拟测试平台，通过产生高温、高速的燃气来冲击静止件热障涂层的表面，分析和考核其性能。在这类试验模拟测试平台中，所用的试验件大多是简单片状、圆筒状的热障涂层试样，涡轮叶片热障涂层多为单个(联)叶片。随着工作叶片上热障涂层的应用需求越来越迫切，模拟考核与分析的要求也越来越高，研制考虑工作叶片高速旋转工作状态的试验模拟测试平台也成为必然。在这类试验模拟装置中，如何制备能模拟热障涂层实际工况的涡轮模型件也是需要考虑的重要方面。

在实际发动机中，高温燃气需经过导向叶片导流，改变方向与速度后流向工作叶片热障涂层，并与高速旋转的工作叶片热障涂层发生交互作用，产生尾迹、湍流、热斑等复杂载荷效应。因此，发明一种模型件的设计方法，是热障涂层复杂服役环境模拟的必要基础，为分析导向叶片热障涂层失效和破坏机理的重要手段，为设计和优化导向叶片热障涂层提供重要参考。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种热障涂层服役工况模拟试验用涡轮模型，通过采用涡轮模型提供了高速旋转的热障涂层工作叶片和热障涂层导向叶片，模拟出热障涂层导向叶片在复杂的服役环境的失效破坏，为分析导向叶片热障涂层失效和破坏机理的重要手段，模拟了各种服役工况，大幅节省了热障涂层服役工况模拟试验的成本，提高了试验的可靠性与安全性，为设计和优化导向叶片热障涂层提供重要参考。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种热障涂层服役工况模拟试验用涡轮模型，包括：转轴、工作叶片涡轮盘、工作叶片、导向叶片、机匣和固定件；所述工作叶片涡轮盘固定套设在所述转轴上，所述工作叶片涡轮盘的圆周上设置有多组所述工作叶片；所述机匣与所述工作叶片涡轮盘平行且间隔预设距离，所述机匣上设置有环形的通道，所述通道与所述工作叶片的位置相对应；所述导向叶片为多组，固定设置在所述通道内；所述固定件和所述机匣固定连接，用于将所述机匣固定到预设位置；所述转轴和工作叶片涡轮盘同轴；所述工作叶片和所述导向叶片上涂覆有热障涂层；所述工作叶片和所述导向叶片中空，设有冷却通道。

进一步地，所述工作叶片与所述工作叶片涡轮盘榫接。

进一步地，所述工作叶片涡轮盘的外壁沿圆周方向设有多组榫槽；所述工作叶片与所述工作叶片涡轮盘连接的一端设置有与所述榫槽形状相匹配的榫头。

进一步地，相邻两组所述工作叶片的夹角相同；和/或，相邻两组所述导向叶片的夹角相同。