航空发动机吞砂实验用标准粗石英砂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开航空发动机吞砂实验用标准粗石英砂及其制备方法和应用。基于重量粗砂包括55～60重量份的二氧化硅、10～20重量份的三氧化二铝、7～9重量份的铁氧化物、6～8重量份的氧化钙、5～6重量份的氧化钾、4～6重量份的氧化钠和大于0至1以下重量份的氧化镁。本发明专利技术的航空发动机吞砂实验用粗砂成分及其粒径质量百分比与实际接近，粒径分布合理，形状适当，具有典型代表性，满足模拟不同区域砂尘环境条件下试验要求。

Standard Crude Quartz Sand for Aeroengine Sand Swallowing Test and Its Preparation Method and Application

The invention discloses standard coarse quartz sand for Aeroengine sand swallowing experiment, a preparation method and application thereof. Coarse sand based on weight includes 55-60 parts of silica, 10-20 parts of aluminium oxide, 7-9 parts of iron oxide, 6-8 parts of calcium oxide, 5-6 parts of potassium oxide, 4-6 parts of sodium oxide and more than 0-1 parts of magnesium oxide. The coarse sand composition and its particle size mass percentage for Aeroengine sand swallowing experiment are close to the reality, the particle size distribution is reasonable, the shape is appropriate, and it has typical representativeness, and meets the test requirements of simulating sand and dust environment in different regions.

【技术实现步骤摘要】
航空发动机吞砂实验用标准粗石英砂及其制备方法和应用
本专利技术涉及航空发动机环境试验
，具体是一种航空发动机吞砂实验用粗砂及其制备方法和应用。
技术介绍
航空器在沙漠等恶劣环境条件下起飞和降落时，砂尘颗粒对发动机冲击磨损十分严重。例如，直升机、运输机在沙漠地带起降时，气流诱导、携带砂尘颗粒高速吸入发动机，致使压气机叶片遭受砂尘可怜的冲击和磨损，其外形和结构完整性遭到严重破坏，导致发动机性能衰减、寿命降低，严重影响作战性能。砂尘颗粒冲蚀是指具有一定初速度和粒径范围的砂尘颗粒流过材料表面时，造成材料表面渐近性冲击磨损的现象。航空发动机吞砂实验可以考核砂尘环境条件下航空发动机的使用性能。其中，吞砂实验用砂是实验的关键，砂尘特性如粒径、椭圆度等直接影响和决定着砂尘对发动机的损伤程度。粒径是指颗粒的直径；椭圆度是指砂尘平面投影的外接椭圆的长轴和短轴之比的统计值。吞砂实验用砂尘作为实验的原材料，应该与实际环境相一致或接近，以达到模拟环境对发动机影响程度的目标。因此，吞砂实验用砂子军事装备、军用直升机、运输机和民用装备吞砂实验考核中占有重要的地位。我国不同地域砂尘的典型结构、典型粒径和典型成分分布不一。目前，还没有统一的有效的与环境实验相匹配的吞砂实验用砂。目前，美国在砂尘相关标准的制定方面走在了世界前列，其实早在1940年，为考核汽车和重型装备空气过滤装置，美国就已经从亚利桑那州自然环境选取砂尘开始进行试验。在试验中发现，因为受自然界温度、湿度和气候环境影响，即便是同一地点砂尘的特性差异仍较大，实验数据的不稳定给考核带来一定的困难。为此，美国开始自研标准砂和相关标准，1979年前，通用汽车公司分部火花塞公司专利技术了球磨亚利桑那沙粒制造粉尘的方法，生产两个等级的试验粉尘。1981年PTI公司开始制定滤清和航空试验污染杂质的标准，直至2016年PTI公司仍然在对相关标准进行更新。另外，美国军用标准如MILE-5007、MIL-AV-E-8593F等都对航空发动机考核用粗砂进行了规定。这一系列的标准使美国牢牢掌握了砂尘制备的关键技术以及砂尘产品的考核标准，并且美国的PTI公司是目前世界最大的砂尘供应厂商。由于基础研究工作开展较晚，我国标准砂尘和相关标准一直依赖于进口，而国内现有相关制砂企业均主要面向于建筑建材、单晶硅制备等行业，没有形成我国具有自主知识产权的试验砂尘产品。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在至少部分技术问题，专利技术人对我国各地域自然界砂尘进行了深入研究，通过对我国各地域自然界砂尘取样进行大量收集、测试与表征，发现能够被沙漠典型风速8.9m/s卷起的砂尘粒径为1000μm以下，砂尘主要成分为二氧化硅，其中会掺杂有铝、铁、钙、钾、钠、镁以及钛等成分。依据地域不同，砂尘成分组成变化较大，以氧化硅为例，各地域砂尘含量差异在10％以上。为此，专利技术人综合考虑各地域砂尘粒径、成分构成，并综合各粒径、成分对吞砂效果的影响，设计了能够代表我国各地域砂尘的综合特征的航空发动机吞砂试验用粗砂尘。至少部分地基于上述内容完成了本专利技术。具体地，本专利技术包括以下内容。本专利技术的第一方面，提供一种航空发动机吞砂实验用粗砂(有时简称为“本专利技术的粗砂”)，所述粗砂包括55～60重量份的二氧化硅、10～20重量份的三氧化二铝、7～9重量份的铁氧化物、6～8重量份的氧化钙、5～6重量份的氧化钾、4～6重量份的氧化钠和大于0至1以下重量份的氧化镁。本专利技术的航空发动机吞砂实验用粗砂优选由上述量的成分组成。本专利技术的航空发动机吞砂实验用粗砂除了上述成分外，还可含有1重量份以下的杂质，优选杂质的含量为0.5重量份以下，更优选0.1重量份以下，进一步优选0.05重量份以下。需要说明的是，本专利技术的杂质是指生产过程中不可必免地引入的成分，其优选对影响本专利技术的效果，或至少在1重量份以下的含量范围内不影响本专利技术的效果。本专利技术的粗砂中二氧化硅的量一般为55～60，优选56～59重量份，更优选57～58重量份。三氧化二铝的量一般为10～20重量份，优选12～18重量份，更优选14～16重量份。铁氧化物的量一般为7～9重量份，优选7.2～8.8重量份，更优选7.5～8.5重量份。氧化钙的量一般为6～8重量份，优选6.5～7.8重量份，更优选6.8～7.5重量份。氧化钾的量一般为5～6重量份，优选5.2～5.8重量份，更优选5.4～5.6重量份。氧化钠的量一般为4～6重量份，优选4.5～5.5重量份，更优选4.6～5.2重量份。氧化镁的量一般为0-1重量份，优选0.01～0.9，更优选0.1～0.8。在某些实施方案中，本专利技术的铁氧化物的实例包括三氧化二铁和四氧化三铁。本专利技术可使用上述两种物质中的任意一种，或者可以使用组合使用上述两种物质。在组合使用两种铁氧化物的情况下，两者的用量比不特别限定，基于重量可以0.5～1.5:1。在某些实施方案中，本专利技术的航空发动机吞砂实验用粗砂的粒径需大于0但为1000μm以下，优选0.01μm以上至1000μm以下，更优选0.1μm以上至1000μm以下。在某些实施方案中，本专利技术的航空发动机吞砂实验用粗砂在各粒径范围内累计重量百分比分布为：900～1000μm为1％～2％，优选1.4％～1.8％，600～1000μm为3％～7％，优选4％～6％，400～1000μm为14％～18％，优选16％～17％，200～1000μm为45％～54％，优选48％～50％，125～1000μm为78％～82％，优选为80％～81％，75～1000μm为93％～97％，优选94％～96％。在某些实施方案中，本专利技术的航空发动机吞砂实验用粗的椭圆度为1～8，优选1～5。本专利技术的第二方面，提供一种航空发动机吞砂实验用粗砂的制备方法，其包括以下步骤(1)至(4)：步骤(1)除杂：从矿石原料中甄别原矿石，所述原矿石的的成分包括二氧化硅、三氧化二铝、铁氧化物、氧化钙、氧化钾、氧化钠和氧化镁。其中二氧化硅的量一般为55～60，优选56～59重量份，更优选57～58重量份。三氧化二铝的量一般为10～20重量份，优选12～18重量份，更优选14～16重量份。铁氧化物的量一般为7～9重量份，优选7.2～8.8重量份，更优选7.5～8.5重量份。氧化钙的量一般为6～8重量份，优选6.5～7.8重量份，更优选6.8～7.5重量份。氧化钾的量一般为5～6重量份，优选5.2～5.8重量份，更优选5.4～5.6重量份。氧化钠的量一般为4～6重量份，优选4.5～5.5重量份，更优选4.6～5.2重量份。氧化镁的量一般为0-1重量份，优选0.01～0.9，更优选0.1～0.8。步骤(2)破碎：采用两步破碎发对原矿石进行破碎，初次破碎至最大直径在5cm以下，再次破碎至最大直径为1.0mm～1.5mm，由此得到破碎矿石。步骤(3)筛分：对所述破碎矿石进行筛分，对粒径小于1.5mm的砂粒进行粒径分级，得到所需粒径尺寸的砂。步骤(4)配砂：将制备的各粒径的砂按比例要求配制成得到所述粗砂。需要说明的是，除了上述步骤(1)～(4)之外，在步骤(1)～(4)之间或步骤(1)～(4)前后还可包括其他可选的步骤。这些步骤的实施可进一步优化本专利技术的方法。例如在步骤(1)和(2)之间可进一步包括对步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机吞砂实验用粗砂，其特征在于，所述粗砂包括55～60重量份的二氧化硅、10～20重量份的三氧化二铝、7～9重量份的铁氧化物、6～8重量份的氧化钙、5～6重量份的氧化钾、4～6重量份的氧化钠和大于0至1以下重量份的氧化镁。

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机吞砂实验用粗砂，其特征在于，所述粗砂包括55～60重量份的二氧化硅、10～20重量份的三氧化二铝、7～9重量份的铁氧化物、6～8重量份的氧化钙、5～6重量份的氧化钾、4～6重量份的氧化钠和大于0至1以下重量份的氧化镁。2.根据权利要求1所述的航空发动机吞砂实验用粗砂，其特征在于，所述铁氧化物为三氧化二铁和/或四氧化三铁。3.根据权利要求2所述的航空发动机吞砂实验用粗砂，其特征在于，所述粗粒的粒径为大于0至1000μm以下。4.根据权利要求3所述的航空发动机吞砂实验用粗砂，其特征在于，所述粗砂在各粒径范围内累计重量百分比分布为：900～1000μm为1％～2％，600～1000μm为3％～7％，400～1000μm为14％～18％，200～1000μm为45％～54％，125～1000μm为78％～82％，75～1000μm为93％～97％。5.根据权利要求1所述的航空发动机吞砂实验用粗砂，其特征在于，所述粗砂的椭圆度为1～8。6.一种航空发动机吞砂实验用粗砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)除杂：从矿石原料中甄别原矿石，所述原矿石的的成分包括55～60重量份的二氧化硅、10～20重量份的三氧化二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳，
申请(专利权)人：北京辰融科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11