[发明专利]一种用于航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命试验加热装置

说明书

本发明提供的一种用于航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命试验加热装置，加热元件分别设置在炉底、炉罩和炉顶的夹层中，采用热辐射的方式对涡轮盘试验组件进行加热，热辐射加热使涡轮盘试验组件受热更加均匀，且更加节约能源。同时，避免加热元件占用炉体的空间，间接增大了炉体的内部工作空间，使炉体适用于任何型号的涡轮盘试验组件的热态试验，提高试验的安全性能。

技术领域

本发明涉及航空发动机试验技术，具体为一种用于航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命试验加热装置。

背景技术

航空发动机涡轮盘通过主轴联结到压气机并带动压气机旋转，涡轮盘破坏会危及飞行安全，造成极其严重的后果，因此要求涡轮盘具有很高的可靠性。发动机工作时，涡轮盘承受着较大的扭矩、轴向力、陀螺力矩、离心力及振动等负荷，在发动机高温区工作的涡轮盘，除受到离心力及振动负荷外，热负荷是涡轮盘受到主要载荷之一，这些对发动机涡轮盘疲劳寿命影响较大。仅靠应力分析和材料试验，还不能准确地预计涡轮盘的疲劳寿命。涡轮盘试验是通过旋转试验器将要求的载荷施加到涡轮盘的考核部位，真实地模拟涡轮盘考核部位的工作载荷和温度状态，保证涡轮盘具有发动机飞行状态的边界条件和温度环境。通过热态环境下对涡轮盘进行静强度考核或疲劳寿命试验验证，验证其静强度或给出预定安全循环寿命。

由于发动机结构上的需要，涡轮盘往往设计成不同的几何形状，在其上加工有台阶、孔、榫槽、花键等几何形状，这些部位都是涡轮盘应力集中的部位，也是涡轮盘的关键部位，通常局部应力很高，涡轮盘的寿命一般都是由这些局部应力很高的危险截面决定。另外，温度对试验件疲劳寿命的影响有两个方面，一是引起材料力学性能下降，导致试验件疲劳寿命减小；二是不均匀的温度分布在试验件中产生热应力与机械应力一起随发动机的使用循环而变化，造成试验件的疲劳破坏。

以往在“立式旋转试验器”上进行发动机涡轮盘热态试验时，为了达到温度场要求，只能针对某一型号的涡轮盘进行试验。原设备加热系统是框架式结构，用石棉布包裹隔热，即在试验件外面用中间夹有隔热石棉布的双层不锈钢将试验件和加热器包围住，以防止热量散发。加热器是由电阻丝和瓷棒组成，如图2所示，不仅安装繁锁且容易损坏，每个支架固定4个1KW的加热器，分别安装在顶部隔板、底部隔板、测面隔板上，占用了内部大量空间。特别是安装在试验器顶部的加热器，当涡轮盘高速旋转时瓷棒因振动破损会砸坏试验件，造成试验件无故损伤及破裂。同时还要通入适量空气，空气进口，以防止因真空度过高，造成加热器的电阻丝因电离而损坏，如图1所示。

因此，必须对以前的加热方法进行改进。使该装置能适应多种型号发动机涡轮盘的热态试验，并提高试验的安全性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命试验加热装置，能够适应多种型号发动机涡轮盘的热态试验要求，并增大了加热装置内部使用空间，为其他试验设备的安装提供条件。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命试验加热装置，包括炉体、加热元件和电热偶；

其中，炉体包炉罩以及分别设置在其顶部和底部的炉顶和炉底，炉罩、炉顶和炉底的结构相同，均由外壳和内衬板组成，外壳和内衬板之间填充有保温材料和加热元件，加热元件与温控装置连接，加热元件通过热辐射对涡轮盘试验组件进行加热；

炉顶的中心设置有连接轴，连接轴的下端位于炉体中，用于连接涡轮盘试验组件，连接轴的上端穿过炉顶与试验器的旋转轴连接；

炉顶的底部和炉底的顶部均设置有电热偶，电热偶与检测系统连接，电热偶分别用于测量涡轮盘试验组件顶部和底部的温度。

优选的，所述外壳和保温材料之间设置冷却风道，用于降低外壳的温度。

优选的，所述保温材料为硅酸铝纤维。

优选的，所述加热元件的材料为Cr20Ni80的加热带。