一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具制造技术

本发明专利技术公开了一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具，属于燃气涡轮发动机技术领域。包括厚垫、滑块、弹簧和压紧螺栓，厚垫内设有贯穿厚垫的内腔，用于CMC外环试验件在试验过程中能够在径向、周向以及轴向上均有充分的热变形自由度，厚垫上位于内腔横向的两端分别开设有至少一个螺栓孔，螺栓孔中容纳滑块和弹簧，安装CMC外环试验件时，压紧螺栓螺纹连接于螺栓孔内，用于压缩弹簧使滑块压紧CMC外环试验件。无附加热应力的CMC外环试验件夹具通过线接触保证了试验件在冷态下的连接与定位，同时确保其在交变的高/低温燃气冲击试验过程中具有较充分的热变形自由度。夹具结构形式简单，没有复杂的连接或者装配结构，易于加工。易于加工。易于加工。

【技术实现步骤摘要】
一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具


[0001]本专利技术属于燃气涡轮发动机
，具体是一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具。

技术介绍

[0002]陶瓷基复合材料(以下简称CMC)的热膨胀系数仅为常规金属材料的1/3，相同温度下的热变形也为金属材料的1/3，由于CMC材料与常规金属的热膨胀系数具有较大差异，采用刚性约束时导致CMC外环试验件在高温试验时产生大的附加热应力，使得试验件发生热疲劳破坏，无法达到考核CMC外环试验件抗热冲击能力的试验目的。
[0003]现有涡轮外环试验件夹具采用螺栓等刚性连接将涡轮外环试验件固定在夹具上，直接采用该结构将导致CMC外环试验件与夹具在高温燃气环境下产生大的热应力，可能导致试验件提前发生破坏，导致试验失败。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具，针对现有涡轮外环试验件夹具与CMC外环试验件连接结构存在受热变形不匹配、热应力不能完全释放的问题，以解决上述
技术介绍
中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
[0005]根据本专利技术的一个方面，包括厚垫、滑块、弹簧和压紧螺栓，所述厚垫内设有贯穿厚垫的内腔，用于CMC外环试验件在试验过程中能够在径向、周向以及轴向上均有充分的热变形自由度；
[0006]所述厚垫上位于内腔横向的两端分别开设有至少一个螺栓孔，螺栓孔中容纳滑块和弹簧，安装CMC外环试验件时，压紧螺栓螺纹连接于螺栓孔内，用于压缩弹簧使滑块压紧CMC外环试验件。
[0007]进一步地，所述内腔包括上侧圆弧段和两个对称设置的下侧小圆弧段，上侧圆弧段用于包容住CMC外环试验件，上侧圆弧段的两端与下侧小圆弧段形成安装槽，用于容纳CMC外环试验件的两端，上侧圆弧段半径大于试验件半径，内腔厚度方向大于试验件宽度。
[0008]进一步地，所述内腔内设有支撑结构，所述支撑结构的横剖面是由多段圆弧组成的闭合结构，支撑结构的内部空间用作进气道。
[0009]进一步地，所述支撑结构位于上侧圆弧段的内侧，用于试验时支撑CMC外环试验件，所述螺栓孔位于上侧圆弧段的外侧。
[0010]进一步地，所述支撑结构的上侧圆弧面与CMC外环试验件排气侧端面贴合，支撑结构的下侧圆弧面与内腔底部边界贴合。
[0011]进一步地，所述内腔的两个下侧小圆弧段与支撑结构两端的下侧弧面相切，下侧小圆弧段与滑块配合弹性固定CMC外环试验件，圆弧凸起与厚垫一体成型。
[0012]进一步地，所述滑块呈半胶囊状，且滑块的圆弧面一端与CMC外环试验件抵接，能够更好的与CMC外环试验件表面贴合。
[0013]进一步地，所述厚垫和滑块均采用耐高温镍基合金制作。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0015]厚垫内设有贯穿厚垫的内腔，厚垫上位于内腔横向的两端分别开设有至少一个螺栓孔，螺栓孔中容纳滑块和弹簧，安装CMC外环试验件时，压紧螺栓螺纹连接于螺栓孔内，用于压缩弹簧使滑块压紧CMC外环试验件。CMC外环试验件两端延伸到主流道以外，避免试验件在高速气流的冲击下发生大幅度振荡。滑块与试验件、内腔的下侧小圆弧段与试验件的接触均为线接触，保证试验件具备一定的周向变形自由度。
[0016]CMC外环试验件半径略小于厚垫内腔上侧圆弧段半径，用于包容试验件径向热变形。CMC外环试验件安装时向后靠在厚垫内腔底部，试验件受热向前膨胀。试验件宽度和厚垫内腔深度留有一定间隙，供试验件发生轴向自由膨胀。无附加热应力的CMC外环试验件夹具通过线接触保证了试验件在冷态下的连接与定位，同时确保其在交变的高/低温燃气冲击试验过程中具有较充分的热变形自由度。
[0017]该夹具结构形式简单，没有复杂的连接或者装配结构，易于加工。
附图说明
[0018]为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0019]图1为本专利技术实施例提供的CMC外环试验件夹具结构示意图；
[0020]图2为图1中A处放大图；
[0021]图3为图1中A
‑
A剖面结构示意图；
[0022]图4为本专利技术的CMC涡轮外环试验件结构示意图；
[0023]图5为本专利技术实施例提供的燃气热冲击试验装置示意图；
[0024]图6为本专利技术实施例提供的CMC涡轮外环的试验载荷谱示意图。
[0025]图中：1、厚垫；101、滑块；102、弹簧；103、压紧螺栓；104、内腔；105、上侧圆弧段；106、支撑结构；107、下侧小圆弧段；108、螺孔；2、CMC外环试验件；3、燃烧室；4、进气过渡段；5、试验段；6、热电偶；7、排气过渡段。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具限制。
[0027]另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
[0028]根据本专利技术的一个总体技术构思，如图1
‑
6所示，提供一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具，包括厚垫1、滑块101、弹簧102和压紧螺栓103，所述厚垫1内设有贯穿厚垫1的内腔104，用于CMC外环试验件2在试验过程中能够在径向、周向以及轴向上均有充分的热变形自由度；
[0029]厚垫1上位于内腔104横向的两端分别开设有至少一个螺栓孔，螺栓孔中容纳滑块
101和弹簧102，安装CMC外环试验件2时，压紧螺栓103螺纹连接于螺栓孔内，用于压缩弹簧102使滑块101压紧CMC外环试验件2。CMC外环试验件2两端延伸到主流道以外，并由弹簧102压紧的滑块101固定在厚垫1上，避免试验件在高速气流的冲击下发生大幅度振荡。滑块101与试验件、内腔104的下侧小圆弧段107与试验件的接触均为线接触，保证试验件具备一定的周向变形自由度。CMC外环试验件2半径略小于厚垫1内腔104的上侧圆弧段105半径，用于包容试验件径向热变形。CMC外环试验件2安装时向后靠在厚垫1内腔104底部，试验件受热向前膨胀。试验件宽度和厚垫1内腔104深度留有一定间隙，供试验件发生轴向自由膨胀。
[0030]内腔104包括上侧圆弧段105和两个对称设置的下侧小圆弧段107，上侧圆弧段105用于包容住CMC外环试验件2，上侧圆弧段105的两端与下侧小圆弧段107形成安装槽，用于容纳CMC外环试验件2的两端，内腔104内设有支撑结构106，所述支撑结构106的横剖面是由多段圆弧组成的闭合结构，支撑结构106的内部空间用作进气道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具，其特征在于，包括厚垫(1)、滑块(101)、弹簧(102)和压紧螺栓(103)，所述厚垫(1)内设有贯穿厚垫(1)的内腔(104)，用于CMC外环试验件(2)在试验过程中在径向、周向以及轴向上均有充分的热变形自由度；所述厚垫(1)上位于内腔(104)横向的两端分别开设有至少一个螺栓孔，螺栓孔中容纳滑块(101)和弹簧(102)，安装CMC外环试验件(2)时，压紧螺栓(103)螺纹连接于螺栓孔内，用于压缩弹簧(102)使滑块(101)压紧CMC外环试验件(2)。2.根据权利要求1所述的一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具，其特征在于，所述内腔(104)包括上侧圆弧段(105)和两个对称设置的下侧小圆弧段(107)，上侧圆弧段(105)用于包容住CMC外环试验件(2)，上侧圆弧段(105)的两端与下侧小圆弧段(107)形成安装槽，用于容纳CMC外环试验件(2)的两端。3.根据权利要求2所述的一种低附加热应力的CMC外环试验件夹具，其特征在于，所述内腔(104)内设有支撑结构(106)，所述支撑结构(106)的横剖面是由多段圆弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：马莉，蒋康河，陈晓龙，贺宜红，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：