一种极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统技术方案

本发明专利技术提供一种极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统，用于包括轮盘、转接盘、芯轴等的转子子系统上，包括检测子系统及制冷子系统；所述检测子系统的探头伸入流通座并沿径向均匀布置后与转子相抵靠，计算机连接探头对转子的裂纹扩展变化数据进行在位检测及显示；制冷子系统的一回路钠冷机构位于腔体内，使探头部分容纳于流通座流通孔中，被钠液冷却；二回路水冷机构贯穿腔体，内部存储有水并通过水对一回路钠冷机构内钠液进行自然冷却。实施本发明专利技术，解决现有在位检测探头不能承受高温以及制冷与高速旋转状态下真空保持问题，使涡轮转子试验环境更接近发动机状态，考核更真实。考核更真实。考核更真实。

【技术实现步骤摘要】
一种极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统


[0001]本专利技术涉及涡轮转子检测
，尤其涉及一种极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统。

技术介绍

[0002]涡轮转子在极端工况下运行，其转速达几万～几十万转/分钟、温度达300℃～1600℃，且其安全性要求高。同时，夹杂和微孔洞等内部缺陷易引起涡轮转子发生疲劳破坏，严重威胁航空发动机的安全可靠性。高速旋转试验系统的疲劳试验是一种考核涡轮转子安全可靠性的成熟的、有效的方法。基于该试验可开展涡轮转子疲劳裂纹扩展规律的研究。
[0003]目前，涡轮转子疲劳裂纹扩展规律的研究基于射线法、超声法等移位无损检测，或振动/位移/应变检测法、声发射法等在位检测方法。但是，上述方法存在以下问题：射线法、超声法等移位无损检测适用于停机条件下的无损检测；涡轮转子停机时，裂纹发生闭合，具有检测信号弱、不易识别的特点；移位检测方式需要拆除工装，严重影响试验进度，工作量大，进而导致试验的检测周期长，轮盘破裂前的检测过程往往不能发现裂纹；声发射、超声等无损检测探头不耐高温，而涡轮转子在常温考核下的性能和发动机条件下的高温下的性能有较大区别；高速旋转下，高速旋转试验系统噪声大，振动/位移/应变检测法、声发射法等在位检测方法信号传递路径长，检测效果差。
[0004]因此，亟需一种极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统，满足涡轮转子中高温试验环境及高真空度要求，具有制冷效果好、安全性高、适应温度范围宽的特点，解决现有在位检测探头不能承受高温以及制冷与高速旋转状态下真空保持的问题，使得涡轮转子试验环境更加接近发动机状态，考核更真实。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统，满足涡轮转子中高温试验环境及高真空度要求，具有制冷效果好、安全性高、适应温度范围宽的特点，解决现有在位检测探头不能承受高温以及制冷与高速旋转状态下真空保持的问题，使得涡轮转子试验环境更加接近发动机状态，考核更真实。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统，用于包括转子、转接盘、芯轴、腔体、托盘、保温层及电热丝的转子子系统上，包括检测子系统及制冷子系统；
[0007]所述检测子系统包括探头及其通过信号线连接的计算机；其中，
[0008]所述探头伸入所述流通座并沿径向均匀布置后与所述转子相抵靠，用于超声波测试实时感应所述转子的裂纹扩展变化数据；所述计算机位于所述腔体外，用于对感应到所述转子的裂纹扩展变化数据进行在位检测及显示；
[0009]所述制冷子系统包括一回路钠冷机构和二回路水冷机构；其中，
[0010]所述一回路钠冷机构位于所述腔体内，包括钠液池、流通座、阀门、钠管和一回路泵；所述钠液池存储有钠液，其顶端连通所述流通座并通过所述钠管连通成一循环回路；所述流通座远离所述钠液池的一端靠近所述转子设置并开设有安装所述探头的密封安装部，以使安装后的探头一部分容纳于所述流通座的流通孔中被钠液冷却，另一部分伸入所述流通座与所述转子相抵靠；所述阀门安装在所述钠液池底端，用于控制外部钠液进出；所述一回路泵设置于所述钠管上，用于驱动钠液在所述钠管、所述钠液池及所述流通座内流通；
[0011]所述二回路水冷机构贯穿所述腔体，包括位于所述腔体内的换热器、位于所述腔体外的二回路泵以及贯穿所述腔体的水管；所述换热器设置于所述一回路钠冷机构的钠管上并靠近所述芯轴，其外壁与所述钠管外壁相接触，且内部存储有水并通过所述水管连通成另一循环回路，用于通过流通的水对所述钠管内流通的钠液进行自然冷却；所述二回路泵设置于所述水管上并位于所述腔体外，用于驱动水在所述水管及所述换热器内流通。
[0012]其中，所述检测子系统还包括位于所述腔体外的高速滑环；其中，
[0013]所述高速滑环安装于芯轴的顶部，其动环通过一信号线与所述探头相连，静环通过另一信号线与所述计算机相连，用于对旋转状态下所述探头超声波测试数据进行传输。
[0014]其中，所述高速滑环为CX
‑
24
‑
20000RPM型高速滑环引电器，其滑环通道数为24个。
[0015]其中，所述一回路钠冷机构还包括隔热套；其中，
[0016]所述隔热套设置于所述流通座的内壁，并通过过盈及锁片与所述流通座形成一个整体。
[0017]其中，所述流通座上半部分为一环形槽，其内外环分别固定在所述转接盘上，能实现360度接收钠液，且外环内侧朝内倾，能使钠液在离心力的压缩下向下运动。
[0018]其中，所述密封安装部位于所述流通座下半部分，包括楔块和密封圈；其中，
[0019]所述楔块通过所述密封圈紧固在所述流通座朝向所述转子开设的通孔上，且其能带动所述探头径向自由滑动；
[0020]所述隔热套放置于所述流通座开设的通孔内。
[0021]其中，所述楔块采用耐中高温的材质制作而成。
[0022]其中，所述探头采用耐中低温的材质制作而成，其为通带频率150KHz的谐振式窄带声发射探头、相控阵全聚焦探头、频率大于5MHz且64晶片耐高速旋转的线阵相控阵全聚焦探头以及频率大于5MHz且64晶片耐高速旋转的面阵相控阵全聚焦探头之其中一种。
[0023]其中，所述探头有两个，呈对称分布。
[0024]实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：
[0025]本专利技术通过一回路钠冷机构利用钠液为冷却剂对探头进行降温，实现了极端工况下涡轮转子内部裂纹扩展在位检测用探头的冷却，使得冷却效果高，能保证较高的真空度要求，同时使用二回路水冷机构对一回路钠冷机构中的钠液进行降温，使得一回路钠冷机构整个循环都是封闭的，解决了安全问题。因此，满足了涡轮转子中高温试验环境及高真空度要求，具有制冷效果好、安全性高、适应温度范围宽的特点，解决现有在位检测探头不能承受高温以及制冷与高速旋转状态下真空保持的问题，使得涡轮转子试验环境更加接近发动机状态，考核更真实。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。
[0027]图1为本专利技术实施一例提供的极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统的连接结构示意图；
[0028]图2为图1的系统结构框图；
[0029]图3为图1中A点的局部放大图；
[0030]图4为图1冷却方式的流程图；
[0031]其中，1.探头，2.隔热套，3.芯轴，4.流通座，5.转接盘，6.转子，7.钠液池，8.阀门，9.钠管，10.一回路泵，11.托盘，12.保温层，13.电热丝，14.腔体，15.计算机，16.高速滑环，17.水管，18.二回路泵，19.楔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统，用于包括轮盘(6)、转接盘(5)、芯轴(3)、腔体(14)、托盘(11)、保温层(12)及电热丝(13)的转子子系统上，其特征在于，包括检测子系统及制冷子系统；所述检测子系统包括探头(1)及其通过信号线(21)连接的计算机(15)；其中，所述探头(1)伸入所述流通座(4)并沿径向均匀布置后与所述轮盘(6)相抵靠，用于超声波测试实时感应所述轮盘(6)的裂纹扩展变化数据；所述计算机(15)位于所述腔体(14)外，用于对感应到所述轮盘(6)的裂纹扩展变化数据进行在位检测及显示；所述制冷子系统包括一回路钠冷机构和二回路水冷机构；其中，所述一回路钠冷机构位于所述腔体(14)内，包括钠液池(7)、流通座(4)、阀门(8)、钠管(9)和一回路泵(10)；所述钠液池(7)存储有钠液，其顶端连通所述流通座(4)并通过所述钠管(9)连通成一循环回路；所述流通座(4)远离所述钠液池(7)的一端靠近所述轮盘(6)设置并开设有安装所述探头(1)的密封安装部，以使安装后的探头(1)一部分容纳于所述流通座(4)流通孔中被钠液冷却，另一部分伸入所述流通座(4)与所述轮盘(6)相抵靠；所述阀门(8)安装在所述钠液池(7)底端，用于控制外部钠液进出；所述一回路泵(10)设置于所述钠管(9)上，用于驱动钠液在所述钠管(9)、所述钠液池(7)及所述流通座(4)内流通；所述二回路水冷机构贯穿所述腔体(14)，包括位于所述腔体(14)内的换热器(22)、位于所述腔体(14)外的二回路泵(18)以及贯穿所述腔体(14)的水管(17)；所述换热器(22)设置于所述一回路钠冷机构的钠管(9)上并靠近所述芯轴(3)，其外壁与所述钠管(9)外壁相接触，且内部存储有水并通过所述水管(17)连通成另一循环回路，用于通过流通的水对所述钠管(9)内流通的钠液进行自然冷却；所述二回路泵(18)设置于所述水管(17)上并位于所述腔体(14)外，用于驱动水在所述水管(17)及所述换热器(22)内流通。2.如权利要求1所述的极端工况下涡轮转子裂纹扩展在位检测系统，其特征在于，所述检测子系统还包括位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴英龙，钟永腾，向家伟，游威振，蒋勇英，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：