一种气流‑热机耦合激励试验装置，包括驱动系统、旋转交变气流发生装置、气源系统、气流加热装置和被试件加热装置，具有气流加热装置，模拟高温气流激励；具有被试件加热装置，模拟被试件高温环境；采用前置储气箱对压缩气体进行存贮，增加进气量，避免进气量不足缺陷；采用转盘圆周表面布置方式，并结合篦齿密封，避免气体泄露，提高压缩气体使用效率；采用主轴和箱体主、辅进气孔以及主轴椭圆腰孔、箱体锥孔等结构形式，气体流动顺畅，保证气体具有足够的能量，实现高效、高强度、高温气流交变激励以及被试件温度环境的模拟。
【技术实现步骤摘要】
一种气流-热机耦合激励试验装置
本专利技术涉及力学激振试验设备领域。
技术介绍
燃气涡轮发动机内叶片等零部件用于压缩气流或者产生推力，如航空发动机的风扇压气机叶片用于将空气压缩，使压缩空气进入燃烧室，而涡轮叶片则是燃烧后的高温气体作用在叶片上产生推力，因此叶片处在一个复杂气流激励和温度环境外，如风扇叶片上为低温气流和低温环境，而压气机叶片为低温气流和递进变化的温度环境(约靠近燃烧室的叶片，环境温度越高)，涡轮叶片则为高温气流和高温环境，这些复杂气流激励和温度环境的差异对叶片等零件结构的固有特性和振动响应特性产生影响，而且气流激励-温度环境-叶片等零部件存在复杂耦合关系，如气流温度引起气流的粘滞性等力学特性发生变化，此外，气流温度变化引起叶片温度变化导致叶片的材料特性变化，进而引起振动的变化。传统的电动振动台或一般的气流激励试验台往往难以模拟叶片的复杂气流激励和温度工作环境，不能激发由于耦合影响产生的一些特殊振动特性，导致振动测试数据与实际工况存在很大误差，因此迫切需要一种能够模拟复杂气流激励和温度环境的气流-热机耦合激励试验装置。目前，一些厂家或专家提出了一些气体激励装置，如专利一种气流激振试验设备(专利号ZL201320754575.3)和纤维增强复合薄壁构件的高频气激试验装置(专利号ZL201610091215.8)在一个自身轴线旋转的转盘端面设置呈环形分布的复数通孔，使压缩气流供给装置间歇透过转盘并以脉冲方式冲击被测试叶片。然而这种试验装备由于没有气流激励和被试件温度加热装置，不能实现气流高温以及被试件的温度模拟；另一方面压缩气流的供给前端没有气流存储装置，导致通过气管的气流不足，一方面由于转盘上通孔限制导致气流大部分被转盘其他区域阻挡，而且旋转转盘端面难以构建密封，这就导致气流大部分损失，通过转盘圆孔的气流较少，激励力不足，效率低，因此不能有效实现零部件的气流-热机耦合激励。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有气流和试件复杂温度环境模拟、前置气体存贮、转盘周向表面交变、高效密封的气流-热机耦合激励试验装置，实现高效、高强度、高温气流交变激励以及被试件温度环境的模拟。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种气流-热机耦合激励试验装置，包括驱动系统、旋转交变气流发生装置和气源系统，旋转交变气流发生装置包括交变气流发生主轴、发生装置上箱体、发生装置下箱体、支撑座、支撑轴承、前置储气箱和气嘴，两个支撑座固定安装于生装置上箱体和发生装置下箱体两侧，发生装置上箱体上部安装气源系统的前置储气箱，前置储气箱内设有气流加热装置，前置储气箱上部连接气管；发生装置上箱体中心处设有箱体进气孔；交变气流发生主轴中部为转盘，交变气流发生主轴两端分别贯穿两侧支撑座安装，交变气流发生主轴上位于转盘两侧对称安装支撑轴承，交变气流发生主轴通过两侧支撑轴承安装于两侧支撑座上，交变气流发生主轴一端连接驱动系统，交变气流发生主轴另一端安装气嘴；交变气流发生主轴的转盘内均匀分布主轴进气孔，主轴进气孔的中心线与交变气流发生主轴的中心线垂直，主轴进气孔和主轴中心孔贯通连接，主轴中心孔位于交变气流发生主轴中心线上，主轴中心孔深度至主轴进气孔；主轴进气孔与箱体进气孔位置对应安装。所述气流加热装置包括螺旋气流加热气管、气流加热装置加热丝和气流加热装置温度传感器，前置储气箱内中心处安装螺旋气流加热气管，螺旋气流加热气管上端设有用于与前置储气箱上部固定的加热气管螺纹，螺旋气流加热气管下端为加热气管出气孔，螺旋气流加热气管为锥形螺旋气管；前置储气箱内位于螺旋气流加热气管周边设有气流加热装置气流加热装置加热丝，气流加热装置温度传感器安装于箱体进气的内侧面。还包括被试件加热装置，被试件加热装置包括被试件加热箱体、保温层、加热丝、加热箱进气孔以及温度传感器，分体式结构被试件加热箱体的两侧箱体分别安装于被试件及其夹具系统两侧，分体式结构被试件加热箱体两侧箱体的内侧面上设有的半圆形凹槽构成加热箱进气孔，被试件加热箱体内部设有保温层和加热丝，保温层为石棉或者阻热板；被试件加热箱体内设有温度传感器。所述交变气流发生主轴的转盘外缘上位于主轴主进气孔两侧设有对称的篦齿，发生装置上箱体和发生装置下箱体内侧分别设有与篦齿相匹配的箱体篦齿凹槽，篦齿为转盘圆周表面的锥形凸起。所述发生装置上箱体上部中心处设有主进气孔，发生装置上箱体内位于箱体主进气孔下部中心重合设有箱体辅进气孔；交变气流发生主轴的转盘外侧圆周上均匀分布主轴主进气孔，主轴主进气孔的中心线与交变气流发生主轴的中心线垂直，主轴主进气孔内部为主轴辅进气孔，主轴辅进气孔与主轴主进气孔和主轴中心孔贯通连接，主轴中心孔位于交变气流发生主轴中心线上，主轴中心孔深度至主轴辅进气孔；主轴主进气孔与箱体辅进气孔位置对应安装。所述驱动系统、旋转交变气流发生装置、被试件加热装置安装于底台上，底台上设有T形槽，T形槽内安装被试件及夹具系统，被试件及其夹具系统与交变气流发生主轴的气嘴位置对应。所述驱动系统由驱动电机和联轴器构成，驱动电机通过联轴器连接交变气流发生主轴的主轴驱动系统连接端，所述驱动电机为变频电机或伺服电机。所述支撑轴承为滚动轴承或滑动轴承。所述发生装置上箱体和发生装置下箱体两侧构成阶梯孔式结构的箱体支撑座安装孔，支撑座安装于箱体支撑座安装孔内。所述箱体主进气孔为锥形结构，主轴主进气孔为长形腰孔结构。本专利技术的气流-热机耦合激励试验装置，具有气流加热装置，模拟高温气流激励；具有被试件加热装置，模拟被试件高温环境；采用前置储气箱对压缩气体进行存贮，增加进气量，避免进气量不足缺陷；采用转盘圆周表面布置方式，并结合篦齿密封，避免气体泄露，提高压缩气体使用效率；采用主轴和箱体主、辅进气孔以及主轴椭圆腰孔、箱体锥孔等结构形式，气体流动顺畅，保证气体具有足够的能量，实现高效、高强度、高温气流交变激励以及被试件温度环境的模拟。附图说明图1是本专利技术气流-热机耦合激励试验装置总体结构图。图2是本专利技术旋转交变气流发生装置主剖视图。图3是本专利技术旋转交变气流发生装置三维爆炸图。图4是本专利技术交变气流发生主轴主剖视图。图5是本专利技术交变气流发生主轴A-A剖视图。图6是本专利技术交变气流发生主轴三维轴侧图。图7是本专利技术旋转交变气流发生装置上下箱体剖视图。图8是本专利技术图2中A部分在交变气流发生主轴与上箱体配合通气状态的局部放大图。图9是本专利技术图2中A部分在交变气流发生主轴与上箱体配合闭气状态的局部放大图。图10是本专利技术气流加热装置结构示意图。图11是本专利技术气流加热装置螺旋气流加热气管结构图。图12被试件加热装置分体状态结构示意图。图13被试件加热装置合体状态结构示意图。图中：图中：1、驱动系统，2、旋转交变气流发生装置，3、气源系统，4、被试件及其夹具系统，5、被试件加热装置，6、底台，7、T形槽，21、交变气流发生主轴，22、发生装置上箱体，23、发生装置下箱体，24、支撑座，25、支撑轴承，26、前置储气箱，27、气嘴，211、主轴驱动系统连接端，212、支撑轴承安装端，213、转盘，214、篦齿，215、主轴主进气孔，216、主轴辅进气孔，217、主轴中心孔，218、喷嘴安装孔，221、箱体篦齿凹槽，222、箱体主进气孔，223、箱体辅进气孔，2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气流‑热机耦合激励试验装置，其特征在于：包括驱动系统(1)、旋转交变气流发生装置(2)和气源系统(3)，旋转交变气流发生装置(2)包括交变气流发生主轴(21)、发生装置上箱体(22)、发生装置下箱体(23)、支撑座(24)、支撑轴承(25)、前置储气箱(26)和气嘴(27)，两个支撑座(24)固定安装于生装置上箱体(22)和发生装置下箱体(23)两侧，发生装置上箱体(22)上部安装气源系统(3)的前置储气箱(26)，前置储气箱(26)内设有气流加热装置，前置储气箱(26)上部连接气管；发生装置上箱体(22)中心处设有箱体进气孔；交变气流发生主轴(21)中部为转盘(213)，交变气流发生主轴(21)两端分别贯穿两侧支撑座(24)安装，交变气流发生主轴(21)上位于转盘(213)两侧对称安装支撑轴承(25)，交变气流发生主轴(21)通过两侧支撑轴承(25)安装于两侧支撑座(24)上，交变气流发生主轴(21)一端连接驱动系统(1)，交变气流发生主轴(21)另一端安装气嘴(27)；交变气流发生主轴(21)的转盘(213)内均匀分布主轴进气孔，主轴进气孔的中心线与交变气流发生主轴(21)的中心线垂直，主轴进气孔和主轴中心孔(217)贯通连接，主轴中心孔(217)位于交变气流发生主轴(21)中心线上，主轴中心孔(217)深度至主轴进气孔；主轴进气孔与箱体进气孔位置对应安装。...
【技术特征摘要】
1.一种气流-热机耦合激励试验装置，其特征在于：包括驱动系统(1)、旋转交变气流发生装置(2)和气源系统(3)，旋转交变气流发生装置(2)包括交变气流发生主轴(21)、发生装置上箱体(22)、发生装置下箱体(23)、支撑座(24)、支撑轴承(25)、前置储气箱(26)和气嘴(27)，两个支撑座(24)固定安装于生装置上箱体(22)和发生装置下箱体(23)两侧，发生装置上箱体(22)上部安装气源系统(3)的前置储气箱(26)，前置储气箱(26)内设有气流加热装置，前置储气箱(26)上部连接气管；发生装置上箱体(22)中心处设有箱体进气孔；交变气流发生主轴(21)中部为转盘(213)，交变气流发生主轴(21)两端分别贯穿两侧支撑座(24)安装，交变气流发生主轴(21)上位于转盘(213)两侧对称安装支撑轴承(25)，交变气流发生主轴(21)通过两侧支撑轴承(25)安装于两侧支撑座(24)上，交变气流发生主轴(21)一端连接驱动系统(1)，交变气流发生主轴(21)另一端安装气嘴(27)；交变气流发生主轴(21)的转盘(213)内均匀分布主轴进气孔，主轴进气孔的中心线与交变气流发生主轴(21)的中心线垂直，主轴进气孔和主轴中心孔(217)贯通连接，主轴中心孔(217)位于交变气流发生主轴(21)中心线上，主轴中心孔(217)深度至主轴进气孔；主轴进气孔与箱体进气孔位置对应安装。2.根据权利要求1所述的一种气流-热机耦合激励试验装置，其特征在于：所述气流加热装置包括螺旋气流加热气管(31)、气流加热装置加热丝(32)和气流加热装置温度传感器(33)，前置储气箱(26)内中心处安装螺旋气流加热气管(31)，螺旋气流加热气管(31)上端设有用于与前置储气箱(26)上部固定的加热气管螺纹(311)，螺旋气流加热气管(31)下端为加热气管出气孔(313)，螺旋气流加热气管(31)气管为锥形螺旋气管(312)；前置储气箱(26)内位于螺旋气流加热气管(31)周边设有气流加热装置加热丝(32)，气流加热装置温度传感器(33)安装于箱体进气的内侧面。3.根据权利要求2所述的一种气流-热机耦合激励试验装置，其特征在于：还包括被试件加热装置(5)，被试件加热装置(5)包括被试件加热箱体(52)、保温层(52)、加热丝(53)、加热箱进气孔(54)以及温度传感器(55)，分体式结构被试件加热箱体(51)的两侧箱体分别安装于被试件及其夹具系统(4)两侧，分体式结构被试件加热箱体(51)两侧箱体的内侧面上设有的半圆形凹槽构成加热箱进...
【专利技术属性】
技术研发人员：王美令，温保岗，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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