本发明专利技术公开了一种空心涡轮叶片试验装置，包括叶片定位块、顶紧螺杆、顶块、感应加热系统和冷却水套，所述叶片定位块为柱形件，所述叶片定位块的一端设置有和冷却水套连接的圆盘；所述叶片定位块的另一端横向设置有枞树形榫槽结构，所述枞树形榫槽结构连接感应加热系统；所述枞树形榫槽结构的后端设置为孔洞，所述孔洞内依次放置顶块和顶紧螺杆。通过该装置将空心涡轮叶片试验件与振动试验器进行连接，并通过结构上的设计使得涡轮叶片试验件能同时且独立的承受温度场、空气冷却以及振动载荷的作用，使载荷能更加准确且真实的作用于被考核的涡轮叶片，以模拟发动机工作状态所承受的边界条件，最终达到考核涡轮叶片试验件疲劳强度的目的。度的目的。度的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种空心涡轮叶片试验装置及方法
[0001]本专利技术涉及叶片试验
，具体为一种空心涡轮叶片试验装置及方法。
技术介绍
[0002]航空发动机涡轮叶片是航空发动机极为重要的做工部件，在航空发动机结构中起着非常重要的作用。涡轮叶片在工作中不仅承受高温高压气流的作用，同时将高温高压燃气的热能转化成动能驱动压气机和风扇的持续运转。为验证空心涡轮叶片加工工艺的稳定性以及结构设计的合理性，需要对空心涡轮叶片进行振动疲劳强度试验来验证零件的强度储备，为零件的状态评定以及寿命评估提供理论和试验依据。
[0003]然而，由于航空发动机空心涡轮叶片的材料多为高温合金材料，这种材料的力学性能只有在高温环境下才能被充分考核到。发动机工作时，涡轮前温度已超过涡轮叶片材料的允许工作温度，为了不让涡轮叶片的力学性能下降，目前大部分发动机都是在涡轮叶片的空心腔中通入冷却空气以达到对叶片降温的目的。
[0004]因此叶片在工作中叶身不仅处于温度场中，同时内部有冷却空气通过，使叶身沿叶片厚度方向承受一定的温度梯度作用；且承受着复杂的离心力、气动力及振动载荷的作用，随着现代发动机对零部件考核试验越来越高的要求，尽可能的模拟零部件的真实工作边界条件，更加真实的考核涡轮叶片的强度储备是非常迫切的需求。
[0005]现有的叶片试验中，仅仅是针对压气机叶片等实心叶片，且温度场一般由封闭式电阻炉实现均匀温度场的施加；且针对涡轮叶片的高温疲劳主要是拉伸疲劳；一般采用夹紧枞树形榫头的两个纵树面进行榫头的固定，无法完全模拟发动机的状态。<br/>
技术实现思路
[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种空心涡轮叶片试验装置及方法，通过该装置将空心涡轮叶片试验件与振动试验器进行连接，并通过结构上的设计使得涡轮叶片试验件能同时且独立的承受温度场、空气冷却以及振动载荷的作用，使载荷能更加准确且真实的作用于被考核的涡轮叶片，以模拟发动机工作状态所承受的边界条件，最终达到考核涡轮叶片试验件疲劳强度的目的。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种空心涡轮叶片试验装置，包括叶片定位块、顶紧螺杆、顶块、感应加热系统和冷却水套，所述叶片定位块为柱形件，所述叶片定位块的一端设置有和冷却水套连接的圆盘；所述叶片定位块的另一端横向设置有枞树形榫槽结构，所述枞树形榫槽结构连接感应加热系统；所述枞树形榫槽结构的后端设置为孔洞，所述孔洞内依次放置顶块和顶紧螺杆。
[0008]进一步的，所述顶紧螺杆和顶块均设置为通孔结构，所述顶紧螺杆的一端和顶块连接。
[0009]进一步的，所述顶紧螺杆的一端设置有内螺纹，所述内螺纹和管接头连接。
[0010]进一步的，所述顶块的一端为圆盘结构，所述圆盘结构的圆柱面上设置有环形凹
槽。
[0011]进一步的，所述感应加热系统设置为螺旋状的加热线圈。
[0012]进一步的，所述冷却水套内部设置有冷却水路，所述冷却水套和振动台连接。
[0013]进一步的，所述冷却水套的两端均设置为圆盘型。
[0014]进一步的，所述冷却水套和叶片定位块之间通过螺纹孔连接，所述孔洞圆周阵列分布于圆盘上。
[0015]本专利技术还提供了一种基于空心涡轮叶片试验装置的方法，通过在叶片榫头根部通过后顶的方式，利用顶块和顶紧螺杆对叶片进行固定，并且通过装置结构的改进实现试验叶片的冷却；通过冷却水套连接振动台给叶片施加振动荷载；通过在叶片定位块的一侧设置感应加热系统的方法进行叶片温度场的施加。
[0016]所述感应加热系统采用的螺旋线圈能够根据叶片的形状进行调整。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0018]本专利技术提供一种空心涡轮叶片试验装置及方法，通过叶片定位块的圆盘与冷却水套进行连接；枞树形榫槽结构与叶片的榫头进行配合并对叶片进行定位；本专利技术采用顶块和顶紧螺杆的方式对榫头进行固定，该后顶的方式更好的模拟了发动机榫头受离心力的状态；采用高频感应加热的方式实现温度场的施加；同时实现在高温环境下的振动疲劳检测。该试验装置结构紧凑，易于安装调整，可以通过该装置将试验器的振动载荷传递到试验件上，通过高频感应加热的方式给试验件施加温度场，同时通入冷却空气达到考核空心涡轮叶片疲劳性能的目的。该装置通用性强，可以用于类似的航空发动机空心涡轮叶片试验件的疲劳强度考核，应用范围广，具有很强的工程应用价值。
[0019]进一步的，本专利技术通过顶紧螺杆和顶块内部设置为通孔，该步骤能够用于冷却空的进入；通过顶紧螺杆以及顶块中间的冷却气孔将冷却空气输送到叶片榫头根部；同时合理的模拟了涡轮叶片实际工作中的冷却效果。
[0020]进一步的，通过管接头的螺纹连接设置，该步骤用于起到整个装置连接的固定作用；从而实现将叶片榫头固定的目的。
[0021]进一步的，通过环形凹槽的设置，用于安装密封圈，能够有效的保证装置的安全性。
[0022]进一步的，通过感应线圈固定于叶片周围，感应线圈调整到叶片周围的合适位置；感应加热系统实现对叶片的温度场施加；采用高频感应加热的方式为叶片施加温度场；感应加热的方式避免了采用均温炉加热时，冷却空气对温度场的破坏。
[0023]进一步的，冷却水路的设置能够有效的保证装置的冷却效果；冷却水套和振动台连接从而实现将对叶片振动载荷的施加。
[0024]进一步的，所述冷却水套的两端均设置为圆盘型；由于本专利技术的振动试验器为电磁振动台，主要由外部固定的励磁基体和中间做垂直运动的动圈组成。在动圈上表面分布着许多安装螺纹孔，用于备测试验件的固定；冷却水套的底部为圆盘型，圆盘上的连接孔可以用于试验时固定于振动试验器的动圈上，从而进行高效的振动疲劳试验。
[0025]进一步的，所述装置的连接采用螺纹孔，能有效的增加装置的稳定性，同时，阵列分布的方式更是保证了装置的稳定性；通过该装置可以实现对空心涡轮叶片试验件在实验室环境下实现温度场、空气冷却以及振动载荷的同时且独立施加，解决了目前对于空心涡
轮叶片考核试验在施加温度场、振动载荷的时候不能同时模拟涡轮叶片空气冷却的效果以及由于空气冷却在叶身厚度方向产生的温度梯度。
[0026]进一步的，本装置所采用的方法，该装置通过定位块、顶块、顶紧螺杆、冷却水套将叶片固定于振动台面上，从而实现将对叶片振动载荷的施加，采用高频感应加热的方式实现温度场的施加，通过顶紧螺杆以及顶块中间的冷却气孔将冷却空气输送到叶片榫头根部，再通过榫头根部的冷却气孔进入叶片内部最终从叶身上的气膜孔排出以实现对叶片冷却的目的。通过该方式将振动载荷、温度场以及冷却空气同时施加到叶片上，以实现对叶片热态疲劳强度的考核。
[0027]进一步的，感应加热系统采用的螺旋线圈能够根据叶片的形状进行调整，增加了装置的适用范围，同时该方法扩大了装置的安全有效性，能够有效的保证装置的安全有效的进行；可以正确且准确的实现载荷的施加，保证试验结果的真实性与准确性。
附图说明
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种空心涡轮叶片试验装置，其特征在于，包括叶片定位块(1)、顶紧螺杆(2)、顶块(3)、感应加热系统(4)和冷却水套(5)，所述叶片定位块(1)为柱形件，所述叶片定位块(1)的一端设置有和冷却水套(5)连接的圆盘；所述叶片定位块(1)的另一端横向设置有枞树形榫槽结构，所述枞树形榫槽结构连接感应加热系统(4)；所述枞树形榫槽结构的后端设置为孔洞，所述孔洞内依次放置顶块(3)和顶紧螺杆(2)。2.根据权利要求1所述的一种空心涡轮叶片试验装置，其特征在于，所述顶紧螺杆(2)和顶块(3)均设置为通孔结构，所述顶紧螺杆(2)的一端和顶块(3)连接。3.根据权利要求1所述的一种空心涡轮叶片试验装置，其特征在于，所述顶紧螺杆(2)的一端设置有内螺纹，所述内螺纹和管接头(d)连接。4.根据权利要求1所述的一种空心涡轮叶片试验装置，其特征在于，所述顶块(3)的一端为圆盘结构，所述圆盘结构的圆柱面上设置有环形凹槽。5.根据权利要求1所述的一种空心涡轮叶片试验装置，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：田齐，张振宇，薛明，苗向，李季，蔡婉花，
申请(专利权)人：中国航发动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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