一种基于空气喷涂的涡轮叶片温度测量方法技术

本发明专利技术涉及一种用于航空发动机涡轮叶片表面温度测量的新方法。本发明专利技术基于空气喷涂的涡轮叶片表面温度测量方法首先对涡轮叶片表面进行预处理，除去叶片表面各种异物，提供适合于涂装要求的良好基底。接着，采用空气喷涂工艺喷涂高温绝缘胶黏剂完成绝缘层的制备，然后，完成测点选择及微细热电偶传感器的安装固定，其后，再次喷涂高温绝缘胶黏剂完成对功能层的保护，最后通过测试引线引出进行信号采集及传输完成涡轮叶片表面温度测量。本发明专利技术具有响应速度快、测量精度高、不破坏试件结构及对流场干扰小的特点，可方便完成涡轮叶片表面温度精确测量及实时监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航空测试
，尤其是关于一种基于空气喷涂的涡轮叶片表面温度测量方法。
技术介绍
在航空发动机涡轮叶片等热端部件冷却设计的效果以及热障涂膜的整机试验、高空台试验、部件试验等试验研究中，需要准确测量表面温度场分布、研究分析内部流动换热及热应力分布。同时，航空发动机的涡轮叶片常采用性能优异但价格十分昂贵的单晶叶片，造价很高，涡轮叶片的冷却效果是衡量航空发动机技术水平的重要指标之一，如何准确测量涡轮叶片的表面温度分布和状态，以便及时发现并预防危害性故障，提高工作可靠性和安全性，也是发动机故障诊断专家十分关注的问题。随着航空技术的发展，发动机各方面性能不断提高，热端部件的工作温度越来越高，因此，准确测量航空发动机涡轮叶片的表面温度是十分关键和必要的。英﹑美﹑俄等航空技术发达国家对航空发动机涡轮叶片表面温度测量技术十分重视，国家和各大航空企业投入了大量的人力物力用于研发和完善涡轮叶片表面温度测量新技术新仪器，并有充足的发动机资源可供试验验证。这些国家多年来相继提出了热辐射测温技术、晶体测温技术、示温漆测温技术和薄膜热电偶测温技术等测试方法，测试人员可以根据不同测试需求选择适合的测试手段进行测量，在发动机研制试验过程中得到了广泛应用并发挥重要作用。我国开展航空发动机涡轮叶片表面温度测量技术研究起步晚，投入有限，整体测试水平较低。目前，通常的做法是在叶片表面开槽埋设铠装热电偶的测量方法，该方法破坏了叶片结构，叶片传热性能发生改变，降低了测量精度，且在涡轮叶片尾缘等厚度较薄的薄壁结构中无法埋设铠装热电偶进行测量；从国外引进红外测温系统进行了涡轮转子温度测量，但存在测量误差大，温度分辨率及空间分辨率低等问题。采用自主研制的示温漆温度测量技术只能获得试验状态的最高温度，不能在试验过程中进行监测和测量。现有测试技术具有的局限性，难以满足实际温度测量要求，从而影响发动机的研制进展。
技术实现思路
本专利技术的目的：解决现有技术对涡轮叶片温度测量精度低、对叶片结构破坏大、不能进行实时测量的技术问题。技术方案：一种基于空气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，除去叶片表面异物；其次，采用空气喷涂工艺喷涂高温绝缘胶黏剂制备绝缘层；再次，在叶片上固定热电偶；最后再次喷涂高温绝缘胶粘剂制备保护层；所述的高温绝缘胶黏剂由配比为5.50％～6.50％的氧化钇，配比为68.50％～69.50％的二氧化锆，配比为5.75％～6.75％的高温有机树脂805，配比为18.25％～19.25％的二甲苯混合均匀，并经研磨后制成。作为本技术方案的一种改进，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，依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水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，砂粒度约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，使后续空气喷涂达到最佳效果；使用丙酮、无水乙醇或去离子水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，采用以下方法制备绝缘层：首先，采用空气喷涂工艺在叶片上热电偶安装位置喷涂高温绝缘胶黏剂；其次，将叶片置于电热鼓风干燥箱内，210℃恒温60min后自然冷却，使喷涂涂层释放应力达到有效固化的目的。作为本技术方案的一种改进，绝缘层厚度为20μm～30μm，有效保证绝缘性能要求，同时，利于提高后续功能层及保护层附着性能。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，在热电偶上喷涂高温绝缘胶黏剂，并烘干。作为本技术方案的一种改进，所述高温绝缘胶黏剂其细度不大于20μm，其粘度范围为24秒～30秒。本专利技术的有益效果：本专利技术符合热电偶测温基本原理，技术特点明确，测量精度高。通过对耐高温绝缘填料、粘合基料及溶解基料溶剂和稀释剂进行筛选，在选中的原料中选择填料、基料和溶剂按一定比例配方，配制了一种高温绝缘胶黏剂。所述高温绝缘胶黏剂通过空气喷涂工艺在涡轮叶片表面进行绝缘层、功能层及保护层的制备，完成微细热电偶的安装固定，得到了一种基于空气喷涂的涡轮叶片温度测量方法。所述温度测量方法具有测量测量精度高，不破坏试验件结构，对流场干扰小，可实时监测及测量的优点，填补了国内涡轮叶片在高温、高压和高转速下实施表面温度实时精确测量的空白，具有显著的军事、经济和社会效益。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明：本专利技术是一种基于空气喷涂的涡轮叶片温度测量方法，其先对涡轮叶片表面进行预处理，除去叶片表面各种异物，提供适合于涂装要求的良好基底。接着，采用空气喷涂工艺喷涂高温绝缘胶完成绝缘层的制备，其后，完成测点选择及微细热电偶安装固定，最后再次喷涂高温绝缘胶黏剂完成对功能层的保护。所述的基于空气喷涂的涡轮叶片温度测量方法，包括涡轮叶片表面预处理，绝缘层制备，功能层制备，保护层制备及测试线引出。涡轮叶片表面预处理表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法。表面处理的目的是为了把物体表面所附着的各种异物(如氧化皮、污垢、油污及锈蚀等)去除，提供适合于涂装要求的良好基底，以保证涂膜具有良好的防腐蚀性能、装饰性能及某些特种功能，在涂装之前必须对物体表面进行预处理。基体表面预处理的目的：一是使基体表面净化并有一定的粗糙度，二是增加涂层与基体的结合强度既加大附着力，三是增加涂层的功能如耐温、防腐蚀及防磨损等特殊功能。由于测试对象涡轮叶片工作于“高温、高压、高转速”恶劣工况下，微细热电偶传感器安装固定的可靠性成为影响测试成败的关键因素。微细热电偶在试验中的有效可靠工作必须要求涂层附着性能良好，无脱落风险存在。而涂层附着性能优异的前提是要保证试件表面处理合理、有效，利于涂层喷涂安装等特点。所述涡轮叶片表面预处理分为喷砂处理和表面清洗两部分。(1)喷砂处理首先，进行遮盖保护。将涡轮叶片不需测温区域用高温胶带实行遮盖保护，裸露出预安装微细热电偶的位置，宽度约1cm～2cm，长度根据测试位置确定。接着，进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空气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，除去叶片表面异物；其次，采用空气喷涂工艺喷涂高温绝缘胶黏剂制备绝缘层；再次，在叶片上固定热电偶；最后再次喷涂高温绝缘胶粘剂制备保护层；所述的高温绝缘胶黏剂由配比为5.50％～6.50％的氧化钇，配比为68.50％～69.50％的二氧化锆，配比为5.75％～6.75％的高温有机树脂805，配比为18.25％～19.25％的二甲苯混合均匀，并经研磨后制成。

【技术特征摘要】
1.一种基于空气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，除去叶片表面异物；其次，采用空气
喷涂工艺喷涂高温绝缘胶黏剂制备绝缘层；再次，在叶片上固定热电
偶；最后再次喷涂高温绝缘胶粘剂制备保护层；
所述的高温绝缘胶黏剂由配比为5.50％～6.50％的氧化钇，配比
为68.50％～69.50％的二氧化锆，配比为5.75％～6.75％的高温有机树
脂805，配比为18.25％～19.25％的二甲苯混合均匀，并经研磨后制成。
2.根据权利要求1所述的一种基于空气喷涂的涡轮叶片温度测
量方法，其特征在于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，
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水对涡轮叶片表面进行超声清洗；
最后，干燥试片表面。
3.根据权利要求2所述的一种基于空气喷涂的涡轮叶片温度测<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐毅，熊庆荣，石小江，张浩，徐芳，李杨，钟明，
申请(专利权)人：中国燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：四川;51