微动腐蚀磨损－微幅碰撞磨损试验机

摘要

本发明提供了一种微动腐蚀磨损-微幅碰撞磨损试验机。试验机由主机和系统两个部分组成，系统包括测控系统和冷却系统，主机的组成包括装置底座、驱动电机、偏心轮机构、杠杆摆臂机构和电加热炉，杠杆式摆臂机构以带滚动轴承的轴销作为旋转中心，并通过前后两个带滚珠的托架安装在装置底座上，变频电机通过轴端安装的带滚动轴承的偏心轮，使杠杆摆臂机构以轴销为中心，以滚柱托架为平面产生往复摆动，上述各处均有润滑脂润滑，电加热炉底部的孔使摆臂试验段的下部可以支托在滚柱托架上。本发明表征航空、船舶、工业燃气轮机，蒸汽轮机等动力机械装置中的“带冠涡轮叶片”、“带各种中间阻尼台的叶片”和“叶片振动阻尼装置”等的微动腐蚀磨损、微幅碰撞磨损工作特性的试验机，并能适用于类似机械。

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种试验机，具体地说是一种主要用于涡轮叶片等微动腐蚀磨损和微幅碰撞磨损试验研究的磨损试验机。

(二)背景技术

现代燃气轮机(航空、船舶、工业)和蒸汽轮机(工业、船用)等动力机械装置中大量采用带冠涡轮叶片、带各种中间阻尼台的叶片(涡轮风扇发动机的风扇叶片、后风扇叶片、船舶燃气轮机倒车涡轮叶片等)和各种形式的叶片振动阻尼装置，以改变叶片的振动特性，提高其工作可靠性，或提高其气动性能。

由于叶片的叶型沿叶展是扭转、变化的，当工作时在离心力、气动力及温度场的作用下，叶片会发生弹性扭转。当叶片的叶冠、阻尼台在安装状态或工作状态下其阻尼面处于接触挤压的状态时，由于叶片振动则阻尼面就处于微动磨损状态。当叶冠、阻尼台在工作状态下，其叶冠、阻尼台工作面间仍有间隙时则就处于碰撞磨损状态。无论是微动磨损或碰撞磨损，在长期工作条件下，都会使工作面间的“紧度”变小，间隙变大，从而影响叶片的工作可靠性。为此，需要一种能反映上述工作特征的微动腐蚀磨损-微幅碰撞磨损试验机来进行研究。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种表征航空、船舶、工业燃气轮机，蒸汽轮机等动力机械装置中的“带冠涡轮叶片”、“带各种中间阻尼台的叶片”和“叶片振动阻尼装置”等的微动腐蚀磨损、微幅碰撞磨损工作特性的试验机。并能适用于类似机械的微动腐蚀磨损-微幅碰撞磨损试验机。

本发明的目的是这样实现的：试验机由主机和系统两个部分组成：

主机的组成包括装置底座、驱动变频电机、偏心轮机构、杠杆式摆臂机构、电加热炉、试验件夹具、加载装置、可控刚度弹性碰撞装置、龙门架。

系统包括测控系统和冷却系统。测控系统的组成包括电机变频控制(摆动频率调节)、加载系统测控、加热炉温度测控、电机扭矩测量、微机系统(包括数据采集、显示和系统控制)。冷却系统采用气冷、水冷。

驱动变频电机通过轴端安装的偏心轮拨动杠杆式摆臂机构，使处于加热炉内的试验段在加载装置产生的垂向力作用下作往复运动。在规定的挤压应力、温度、频率和位移幅度下，上下试件作相对往复运动，从而模拟了叶片微动腐蚀磨损的工作条件。

不加载，并启用试验段左右侧的试验件夹具和加热炉两侧可控刚度弹性碰撞装置的试验件夹具，即可模拟微幅碰撞磨损的工作条件。

本发明包括这样一些结构特征：

1.杠杆式摆臂机构以带滚动轴承的轴销作为旋转中心，并通过前后两个带滚珠的托架安装在装置底座上。上述各处均有润滑脂润滑。

2.驱动变频电机轴端安装的偏心轮，易于更换不同偏心量的偏心轮，以实现所需的试验段的位移量；

3.所述的杠杆式摆臂机构轴销的拨叉中设有润滑脂储腔，在拨叉与电机驱动的偏心轮接触面上有润滑脂溢出孔；

4.加载机构可以是砝码加载、杠杆-砝码加载、伺服电机加载、液压加载等；

5.可控刚度弹性碰撞装置的弹簧力及刚度可以用压缩弹簧或更换弹簧来实现；

6.电加热炉是一个带铰链和快装扣的可分式结构。电加热炉顶部有孔通加载杆，底部有孔通试验段，前后两侧有孔用于插入可控刚度弹性碰撞装置。所有开孔处均有柔性隔热密封套；

7.试验件采用易于换装的装夹结构；

8.在杠杆式摆臂机构轴销中心销处有冷却介质(气或水)在附近流过；

9.在可控刚度弹性碰撞装置的弹簧段有冷却空气冷却；

10.在高温段工作的零件，均是用高温合金制成的。

11.试验数据自动采集、显示，试验装置自动控制。

本发明的装置可以实现以下功能：

1.在常温或高温下进行不同频率的微动或碰撞磨损试验；

2.在常温或高温下进行不同载荷的微动或碰撞磨损试验；

3.在常温或高温下进行不同刚度的碰撞磨损试验

4.在常温或高温下进行不同周次的微动或碰撞磨损试验；

5.在常温或高温下进行不同位移的微动磨损试验；

6.在常温或高温下进行不同间隙的碰撞磨损试验；

7.在常温或高温下进行各种材料的微动或碰撞磨损试验；

本发明装置主要适用于：

1.燃气轮机(航空、船舶、工业)和蒸汽轮机(工业、船用)带冠涡轮叶片、涡轮风扇发动机的风扇叶片、后风扇叶片、船舶燃气轮机倒车涡轮叶片，各种形式的叶片振动阻尼装置的微动磨损和微幅碰撞磨损试验研究；

2.微动磨损和碰撞磨损面的修复工艺研究(材料、涂层工艺)；

3.类似机械的微动磨损和微幅碰撞磨损试验。

本发明的优点主要体现在：

1.在同一个试验台上，可以进行微动腐蚀磨损和碰撞磨损试验，提高了试验台的利用率，节省了经费；

2.采用杠杆式摆臂机构，可以保证试验段要求“微幅”位移时的精度。此外，也使驱动电机上的作用力大大减小，从而使摩擦力减小；

3.换装不同偏心量的偏心轮，即可快速实现试验段所需的位移量(从微幅至毫米级)；

4.可控刚度弹簧碰撞装置以一种简便的方式实现用户要求的刚度值，也可以满足左右装置刚度各异的特定要求。

5.以一种较简单的结构，模拟了研究对象发生微动腐蚀磨损和碰撞磨损时的主要工作特征，频率、载荷、位移、温度、刚度均可控、可调。

(四)附图说明

图1是模型图；

图2是图1的A面展开图；

图3是试验机组成示意图；

图4是微动腐蚀磨损-微幅碰撞磨损试验装置结构示意图；

图5是图4的局部放大图；

图6是图5的C-C剖面图；

图7是图4的B-B剖面图；

图8是试验件安装示意图；

图9是加载机构一结构示意图；

图10是图9的局部放大图；

图11是加载机构二结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：

结合图1，依靠碰撞限幅和阻尼作用来控制叶片工作状态下的动应力的涡轮带冠叶片等叶片装置，其典型的物理模型如图1。Mi代表各撞击和被撞击物体的质量，Ke和Ce分别代表系统刚度和阻尼，δ为两物体间隙，F(t)为作用于撞击物体上的外力。而本试验装置中试验段左右侧的试验件和加热炉两侧的可控刚度弹性碰撞装置即是此模型的具体体现。

依靠叶片预扭及在工作条件下的弹性扭转，使叶冠阻尼面间产生“紧度”并联成整圈，以控制叶片工作状态下的动应力的涡轮带冠叶片等叶片装置，其典型的物理模型如图1和图2。M代表由安装预扭和弹性扭转在叶冠处产生的扭矩，F为由扭矩M在叶冠阻尼面上产生的法向力。叶片振动时，叶冠阻尼面间即在有挤压应力的条件下作微动。而本试验装置中处于加热炉内的在加载装置垂向作用力下作相对往复运动的上下试件即是此模型的具体体现。

结合图3，试验机由主机1和系统2两部分组成，系统包括测控系统(电机变频控制、炉温控制、电机扭矩测量、加载控制、微机系统)和冷却系统；

结合图4-图7，主机的组成包括装置底座3、驱动电机8、偏心轮机构9、杠杆摆臂机构6、电加热炉4，变频电机通过轴端安装的带滚动轴承的偏心轮，使杠杆摆臂机构以轴销5为中心，以滚柱托架7为平面产生往复摆动，上述各处均有润滑脂润滑。

电加热炉4是一个带铰链和快装扣的可分式结构，以便易于更换试验件，电加热炉底部的孔使摆臂试验段的下部可以支托在滚柱托架11上，孔与穿越件间亦有柔性密封12，滚柱托架有冷却介质冷却。

结合图8，摆臂中心销5处有润滑脂润滑，其前并有冷却介质经接入口13流入冷却，加热炉由安装在底座上的定位块14定位；电加热炉4底部侧面有三个异形孔，B孔为摆臂穿越处，A孔为可控刚度弹性碰撞装置15插入处，孔与穿越件间均有柔性密封套10密封；当进行微动磨损试验时，A孔(两处)用隔热堵塞封堵；当进行微幅碰撞试验时，加热炉顶端的孔(一处)用用隔热堵塞封堵。

结合图9-10，示意带杠杆-砝码加载，加载机构，通过加载支架17安装在试验台上，在加载杆处有冷却介质流入冷却。可控刚度弹性碰撞装置的弹簧段有冷却空气从接入口18流入冷却，弹簧力和刚度可以借改变调整环20的长度压缩弹簧或更换弹簧19来实现，试验件夹具16是一种快装结构，将试验件插入配合精密的孔中用螺帽压紧锁定。

结合图11，示意带伺服电机加载的试验装置，伺服电机加载机构通过加载支架21安装在试验台上，在加载杆处有冷却介质流入冷却。