模拟热障涂层服役环境的火焰喷射装置及火焰喷射方法制造方法及图纸

一种模拟热障涂层服役环境的火焰喷射装置及火焰喷射方法，涉及热喷涂技术领域，包括：喷枪，包括喷枪壳体和喷嘴，喷枪壳体内部设置煤油通道、氧气通道和颗粒通道；煤油供给系统，包括煤油罐和煤油输送管道；煤油罐用于存储煤油，煤油输送管道的一端连通煤油罐，另一端连通喷枪壳体内部的煤油通道；用于向煤油通道内输送煤油；调压系统，与煤油罐连通，用于通过改变煤油罐内的气压以调节煤油输送管道向喷枪输入煤油的压力；颗粒供给系统，与喷枪壳体内部的颗粒通道连通，用于向颗粒通道内输送颗粒；助燃系统，与喷枪壳体内部的氧气通道连通，用于向氧气通道内输送氧气。通过该装置能够模拟热障涂层真实的、复杂的、苛刻的服役环境。

Flame injection device and flame injection method for simulating thermal environment of thermal barrier coatings

A flame spraying device and a flame injection method to simulate the thermal barrier coating, involving the thermal spraying technology, including the spray gun, including the shell and nozzle, the kerosene channel, the oxygen channel, and the particle channel inside the shell of the spray gun; the kerosene supply system, including the coal tank and the kerosene conveying pipe; the kerosene tank. A coal oil tank for storing kerosene, a coal oil tank on one end of a kerosene pipeline and a kerosene channel connected to the shell of a spray gun shell at the other end; used to transport kerosene into the kerosene channel; the pressure regulating system is connected with the kerosene tank and is used to adjust the pressure of the kerosene pipeline to the injection gun by changing the pressure of the kerosene tank; The supply system is connected with the particle channel inside the shell of the spray gun, which is used to transport particles into the particle channel, and the combustion system is connected with the oxygen channel inside the shell of the spray gun and is used to transport oxygen into the oxygen channel. The device can simulate the real, complex and harsh service environment of TBCs.

【技术实现步骤摘要】
模拟热障涂层服役环境的火焰喷射装置及火焰喷射方法
本专利技术涉及一种热喷涂
，尤其是一种模拟热障涂层服役环境的火焰喷射装置及火焰喷射方法。
技术介绍
航空发动机的发展是衡量一个国家国防实力和科技水平的重要标志，提高航空发动机的推重比与涡轮前进口温度是提高发动机性能的重要措施和必然趋势。热障涂层技术、高温单晶合金材料、冷却气膜技术列为航空发动机高温热防护的三大核心技术。然而，单晶高温合金和冷却气膜技术已基本接近材料的熔点和加工技术极限，热障涂层技术是目前提高航空发动机服役温度最切实可行的方法，并且已经在我国的XX10、XX20等型号航空发动机上得到了广泛应用，在其它型号的航空发动机上也有着良好的应用前景。热障涂层过早剥落失效极大的限制了其发展与安全应用，这种情况在我国尤为严重，成为了制约我国热障涂层安全应用的重要瓶颈。经过半个多世纪的研究，人们逐渐提炼出热障涂层高温氧化、CMAS腐蚀、硬质颗粒冲蚀是造成涂层剥落的三大关键因素。由这三个关键因素所构成的极其恶劣的多场耦合服役环境导致服役过程中的热障涂层迅速剥落失效，暴露出合金基底，进而导致航空发动机损坏、飞机失事等严重后果。这是因为热障涂层在高温、冲蚀、腐蚀且马赫数多变的服役环境下，会发生相变、烧结、氧化、冲蚀、腐蚀等多种复杂的失效形式，并最终导致涂层的开裂、剥落失效。为了充分研究和有效预测热障涂层材料的热力化失效和可靠性问题，研制相关的试验加载装置来模拟热障涂层的热、力、化多场耦合环境对其破坏机理进行分析是热障涂层领域的研究热点和发展趋势。到目前为止，国内涉及到模拟航空发动机多场耦合服役环境方面的试验多采用在炉体内加燃烧器，实现在高温燃气环境下对热障涂层的疲劳寿命进行测试，或采用来测试金属材料、非金属材料以及其他涂层材料的抗冲蚀性能检测，从上述现有技术的案例中可以看出，现有的服役环境的模拟装置，大多只能实现对高性能航空发动机内常温冲蚀，高温热疲劳、热循环等单一载荷或是热、化耦合等服役环境的模拟。且上述高温服役环境都是采用甲烷/丙烷与氧气反应产生的高温气流来实现。无法模拟航空发动机内真实的高温环境，也无法形成与真实环境中速度相同的高温气流。因此，全面真实的模拟热障涂层热、力、化多场耦合服役环境是理解热障涂层破坏机理、实现其安全应用及优化设计的关键问题。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种模拟热障涂层服役环境的火焰喷射装置及火焰喷射方法，本装置增设煤油供给系统作为火焰喷射装置的燃料，能够为装置提供真实的模拟环境，有利于推动行业的发展。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种种模拟热障涂层服役环境的火焰喷射装置，包括：喷枪，包括喷枪壳体和喷嘴，所述喷枪壳体内部设置煤油通道、氧气通道和颗粒通道；煤油供给系统，包括煤油罐和煤油输送管道；所述煤油罐用于存储煤油，所述煤油输送管道的一端连通所述煤油罐，另一端连通所述喷枪壳体内部的煤油通道；用于向所述煤油通道内输送煤油；调压系统，与所述煤油罐连通，用于通过改变所述煤油罐内的气压以调节煤油输送管道向所述喷枪输入煤油的压力；颗粒供给系统，与所述喷枪壳体内部的颗粒通道连通，用于向所述颗粒通道内输送颗粒；助燃系统，与所述喷枪壳体内部的氧气通道连通，用于向所述氧气通道内输送氧气；支撑架，与喷枪连接，用于支撑所述喷枪。进一步的，所述的喷射装置，其喷枪壳体的内部还设置有：第一油气混合室，一端向外延伸至所述喷枪壳体的端侧，并与端面齐平，另一端向内延伸至所述喷枪壳体与所述喷嘴连接的一端，并与所述喷嘴内设置的第二油气混合室连通，用于为煤油与氧气的混合提供空间；雾化喷嘴，设置在所述第一油气混合室内，其两个输入口分别与所述煤油通道连通和氧气通道连通，用于将输入的液体煤油雾化。进一步的，所述的喷射装置，其颗粒通道，贯穿所述喷枪壳体内部，一端向外延伸至所述喷枪壳体端侧以外，另一端向内延伸至所述喷嘴内部，用于与颗粒供给系统连通；所述煤油通道，设置在所述喷枪壳体与所述喷嘴连接端相对的一端，且所述煤油通道向外延伸至所述喷枪壳体端侧以外，用于与所述煤油输送管道连通；所述氧气通道，设置在所述喷枪壳体与所述喷嘴连接端相对的一端，且所述氧气通道向外延伸至所述喷枪壳体端侧以外，用于与助燃系统连通。进一步的，所述的喷射装置，其喷嘴内部设置有：第二油气混合室，形成为环状，其一端与所述第一油气混合室连通，另一端与气体加速通道连通，用于为煤油与氧气的混合提供空间；所述气体加速通道，其一端与所述第二油气混合室连通，另一端沿所述喷嘴向外延伸形成喷口，至少一个收敛喷嘴，设置在所述气体加速通道内靠近所述喷口的一端，用于对经过的气流加速；气体冷却通道，形成环状，其一端与所述第一油气混合室连通，且内壁贴合于所述第二油气混合室的外壁，另一端向外延伸至与所述喷口齐平的一端。进一步的，所述的喷射装置，其喷枪还包括：冷却气体输入管，设置在所述喷枪壳体外部，并向所述喷枪壳体内部延伸至与所述冷却通道连通，另一端的端口处设有内螺纹，用于输送冷却气体。进一步的，所述的喷射装置，其煤油供给系统还包括：煤油过滤器，与所述煤油罐连通，用于过滤煤油罐输出的煤油；两位两通电磁阀，分别与所述过煤油滤器和所述喷枪壳体连通，用于控制煤油的输出；煤油流量计，设置在所述两位两通电磁阀和所述喷枪壳体之间，且所述煤油流量计靠近所述两位两通电磁阀，用于监控煤油输送量；煤油单向阀，设置在所述煤油流量计和所述喷枪壳体之间，且所述煤油单向阀靠近所述喷枪壳体，用于控制煤油的输送方向；支撑式支座，截面成倒“T”形，连接于所述煤油罐的侧面，用于支撑所述煤油罐。进一步的，所述的喷射装置，其煤油供给系统还包括：氮气进气口，设置在所述煤油罐顶部的中心位置，与所述调压系统连通，用于将所述调压系统内的氮气输送输入所述煤油罐；自动泄压阀口、压差仪口、压力传感器口、电动泄压阀口和备用口，依次均匀排列形成以所述氮气进气口为圆心的半圆；注油口，设置在所述煤油罐顶部，与所述压力传感器口关于所述氮气进气口中心对称，用于将外部油源输入所述煤油罐；泄油口，设置在所述煤油罐底部的中心位置，用于排泄煤油。进一步的，所述的喷射装置，其调压系统包括：氮气罐，用于存储氮气；氮气输送管道，一端与所述氮气罐连通，另一端与所述煤油罐连通，以向所述煤油罐内输入氮气；氮气减压阀，设置在所述氮气输送管道上靠近所述氮气罐的一端，用于调节输送压力；第一手动调节阀，设置在所述氮气输送管道上，用于控制氮气流量。进一步的，所述的喷射装置，其颗粒供给系统包括：颗粒送料器，一端与高压空气罐连通，另一端与所述喷枪连通，用于为所述喷枪提供颗粒；高压空气罐，与所述颗粒送料器连接，用于为所述颗粒送料器提供驱动力；第二手动调节阀，设置在所述高压空气罐和所述颗粒送料器之间，用于控制空气流量。进一步的，所述的喷射装置，其助燃系统包括：氧气罐，用于存储氧气；氧气减压阀，一端与所述氧气罐连通，另一端与所述喷枪连通，用于调节氧气的输送压力；氧气流量计，设置在所述氧气减压阀与所述喷枪之间，用于检测氧气流量；氧气单向阀，设置在所述氧气流量计与所述喷枪之间且靠近所述喷枪的一端，用于控制氧气的输送方向。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种模拟热障涂层服役环境的火焰喷射方法，采用如上所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟热障涂层服役环境的火焰喷射装置，其特征在于，包括：喷枪，包括喷枪壳体(10)和喷嘴(11)，所述喷枪壳体(10)内部设置煤油通道(104)、氧气通道(105)和颗粒通道(103)；煤油供给系统，包括煤油罐(204)和煤油输送管道(209)；所述煤油罐(204)用于存储煤油，所述煤油输送管道(209)的一端连通所述煤油罐(204)，另一端连通所述喷枪壳体(10)内部的煤油通道(104)；用于向所述煤油通道(104)内输送煤油；调压系统，与所述煤油罐(204)连通，用于通过改变所述煤油罐(204)内的气压以调节煤油输送管道(209)向所述喷枪输入煤油的压力；颗粒供给系统，与所述喷枪壳体(10)内部的颗粒通道(103)连通，用于向所述颗粒通道(103)内输送颗粒；助燃系统，与所述喷枪壳体(10)内部的氧气通道(105)连通，用于向所述氧气通道(105)内输送氧气。

【技术特征摘要】
1.一种模拟热障涂层服役环境的火焰喷射装置，其特征在于，包括：喷枪，包括喷枪壳体(10)和喷嘴(11)，所述喷枪壳体(10)内部设置煤油通道(104)、氧气通道(105)和颗粒通道(103)；煤油供给系统，包括煤油罐(204)和煤油输送管道(209)；所述煤油罐(204)用于存储煤油，所述煤油输送管道(209)的一端连通所述煤油罐(204)，另一端连通所述喷枪壳体(10)内部的煤油通道(104)；用于向所述煤油通道(104)内输送煤油；调压系统，与所述煤油罐(204)连通，用于通过改变所述煤油罐(204)内的气压以调节煤油输送管道(209)向所述喷枪输入煤油的压力；颗粒供给系统，与所述喷枪壳体(10)内部的颗粒通道(103)连通，用于向所述颗粒通道(103)内输送颗粒；助燃系统，与所述喷枪壳体(10)内部的氧气通道(105)连通，用于向所述氧气通道(105)内输送氧气。2.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，所述喷枪壳体(10)的内部还设置有：第一油气混合室(101)，一端向外延伸至所述喷枪壳体(10)的端侧，并与端面齐平，另一端向内延伸至所述喷枪壳体(10)与所述喷嘴(11)连接的一端，并与所述喷嘴(11)内设置的第二油气混合室(102)连通，用于为煤油与氧气的混合提供空间；雾化喷嘴，设置在所述第一油气混合室(101)内，其两个输入口分别与所述煤油通道连通(104)和氧气通道(105)连通，用于将输入的液体煤油雾化。3.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，所述颗粒通道(103)，贯穿所述喷枪壳体(10)内部，一端向外延伸至所述喷枪壳体(10)端侧以外，另一端向内延伸至所述喷嘴(11)内部，用于与颗粒供给系统连通；所述煤油通道(104)，设置在所述喷枪壳体(10)与所述喷嘴(11)连接端相对的一端，且所述煤油通道(104)向外延伸至所述喷枪壳体(10)端侧以外，用于与所述煤油输送管道(209)连通；所述氧气通道(105)，设置在所述喷枪壳体(10)与所述喷嘴(11)连接端相对的一端，且所述氧气通道(105)向外延伸至所述喷枪壳体(10)端侧以外，用于与助燃系统连通。4.根据权利要求1或2所述的喷射装置，其特征在于，所述喷嘴(11)内部设置有：所述第二油气混合室(102)，形成为环状，其一端与所述第一油气混合室(101)连通，另一端与气体加速通道连通(111)，用于为煤油与氧气的混合提供空间；所述气体加速通道(111)，其一端与所述第二油气混合室(102)连通，另一端沿所述喷嘴(11)向外延伸形成喷口；至少一个收敛喷嘴，设置在所述气体加速通道(111)内靠近所述喷口的一端，用于对经过的气流加速；气体冷却通道(108)，形成环状，其一端与所述第一油气混合室(101)连通，且内壁贴合于所述第二油气混合室(102)的外壁，另一端向外延伸至与所述喷口齐平的一端。5.根据权利要求4所述的喷射装置，其特征在于，所述喷枪还包括：冷却气体输入管(107)，设置在所述喷枪壳体(10)外部，并向所述喷枪壳体(10)内部延伸至与所述冷却通道(108)连通，另一端的端口处设有内螺纹，用于输送冷却气体。6.根据权利要求5所述的喷射装置，其特征在于，还包括：支撑架(112)，与喷枪连接，用于支撑所述喷枪。7.根据权利要求1所述的喷射装置，其特征在于，所述煤油供给系统还包括：煤油过滤器(210)，与所述煤油罐(204...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽，谭明，周益春，周文峰，朱旺，李朝阳，
申请(专利权)人：湘潭大学，北京勤合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43