本实用新型专利技术公开了一种超重力环境下材料力学性能测试的高温加热装置。高温加热装置固定于超重力试验舱中，所述的高温加热装置包括从上到下依次布置连接的上炉体、中炉体、下炉体以及隔热保温层、高强度炉管、发热体和炉体承载体；炉体承载体置于下炉体的下腔体隔热层底部，高强度炉管置于炉体承载体上，高强度炉管外分别和上炉体的上腔体隔热层、中炉体的中腔体隔热层、下炉体的下腔体隔热层之间填充有隔热保温层；高强度炉管内部加工有螺旋状凹槽并装有发热体。本实用新型专利技术配合超重力环境，可加热高转速条件下材料性能测试样品，解决了高速旋转状态下材料高温性能测试加热的关键难题，且装备简单、操作方便。
A high temperature heating device for testing mechanical properties of materials in high gravity environment
【技术实现步骤摘要】
一种超重力环境下材料力学性能测试的高温加热装置
本技术涉及高温加热领域，尤其涉及一种适用于在超重力环境下给材料力学性能测试样品高温加热。
技术介绍
高压涡轮工作叶片作为航空发动机和燃气轮机热端部件关键组成部分之一，服役时长期工作在高温、高压、高转速、交变负载等耦合加载条件下，是发动机中工作条件最恶劣的转动部件，其使用可靠性直接影响整机性能。服役时涡轮工作叶片绕发动机轴线高速旋转，其作用是利用燃气膨胀做功，将燃气的位能和热能转换为转子的机械功，所以服役过程中涡轮工作叶片主要承受离心载荷、热载荷、气动载荷和振动载荷的耦合作用。离心载荷产生的离心应力，属于体积力，使积叠线与径向线不完全重合的弯扭结构叶片，同时产生径向拉应力、扭转应力和弯曲应力。热载荷产生的热应力与几何约束密切相关，几何约束越多，热应力越大。气动载荷产生的气动力，是一种表面分布压力，属于面积力，作用在叶片各个表面，沿叶高和叶宽方向呈不均匀分布。因此，涡轮工作叶片在径向拉应力、扭转应力、弯曲应力和热应力的耦合作用下同时发生剪切变形、拉伸变形和扭曲变形，这显然不同于实验室单轴应力状态下的变形行为。但目前航空发动机涡轮叶片用材的性能数据主要来自实验室标准试样的力学性能数据。虽然标准试样力学性能数据在一定程度上能为叶片强度设计提供实验依据，但与实际叶片相比，标准试样在性能测试过程中无法综合反映离心载荷-热载荷耦合条件对叶片微观组织和裂纹扩展路径的影响。所以，现有技术中缺少了能根据发动机叶片工况环境测试材料的力学性能的装置和方式。
技术实现思路
>本技术需要解决的是针对上述超重力、高温试验条件下材料高温性能测试过程中样品加热难的问题，提供一种装配简单、使用方便、安全系数高，且可用于超重力工况的高温加热装置。本技术将为高转速-高温耦合环境下材料性能测试提供一种超重力环境下材料力学性能测试的高温加热装置，解决高速旋转状态下材料高温性能测试加热的关键难题，且应用于超重力试验装置内的高温加热装置必须具有结构简单、安全可靠的特点，设计要符合高强度轻质量的理念。本技术采用的技术方案是：所述的高温加热装置固定于超重力实验舱中，所述的高温加热装置包括从上到下依次布置连接的上炉体、中炉体、下炉体以及隔热保温层、高强度炉管、发热体和炉体承载体；上炉体主要由上隔热盖、上腔体外壳、上腔体中壳、上腔体隔热层、上腔体下固定盖组成，上腔体外壳、上腔体中壳、上腔体隔热层分别从外到内安装形成上炉三层结构，上隔热盖和上腔体下固定盖分别安装于上炉三层结构的上端和下端使得上炉三层结构固定连接，上腔体外壳和上腔体中壳之间以及上腔体中壳和上腔体隔热层之间均有间隙作为空气隔热层；中炉体主要由中隔热盖、中腔体外壳、中腔体中壳、中腔体隔热层、中腔体下固定盖组成，中腔体外壳、中腔体中壳、中腔体隔热层分别从外到内安装形成中炉三层结构，中隔热盖和中腔体下固定盖分别安装于中炉三层结构的上端和下端使得中炉三层结构固定连接，中腔体外壳和中腔体中壳之间以及中腔体中壳和中腔体隔热层之间均有间隙作为空气隔热层；上炉体的上腔体下固定盖和中炉体的中隔热盖之间固定连接；下炉体主要由下隔热盖、下腔体外壳、下腔体中壳、下腔体隔热层、下腔体下固定盖组成，下腔体外壳、下腔体中壳、下腔体隔热层分别从外到内安装形成下炉三层结构，下隔热盖和下腔体下固定盖分别安装于下炉三层结构的上端和下端使得下炉三层结构固定连接，下腔体外壳和下腔体中壳之间以及下腔体中壳和下腔体隔热层之间均有间隙作为空气隔热层；中炉体的中腔体下固定盖和下炉体的下隔热盖之间固定连接；炉体承载体置于下炉体的下腔体隔热层底部，高强度炉管置于炉体承载体上，高强度炉管外分别和上炉体的上腔体隔热层、中炉体的中腔体隔热层、下炉体的下腔体隔热层之间填充有隔热保温层；高强度炉管内部加工有螺旋状凹槽，螺旋状凹槽装有螺旋状的发热体，螺旋状凹槽在朝向高强度炉管内壁的一侧开设有散热通道，通过散热通道将发热体产生的热量均匀辐射到高强度炉管中央。工作过程中发热体产生热量，通过辐射加热高强度炉管，在高强度炉管中央形成高温区，通过改变不同高度位置的螺旋状凹槽螺距进而改变不同高度位置的发热体在高强度炉管间距，调整不同高度位置的加热温度。所述的隔热保温层为由低热导率材料组成，采用莫来石。所述的高强度炉管采用高强度、低导热系数的陶瓷制作。所述的高温加热装置置于离心机的超重力环境中。所述的超重力实验舱内还安装有承力架、信号采集器和布线架，高温加热装置的高强度炉管内安装待力学性能测试的试样，并设置有温度传感器，温度传感器连接信号采集器，信号采集器输出的导线通过布线架与弱信号导电滑环连接，再与地面测控中心连接；高温加热装置设置有三路强电独立回路，三路强电独立回路控制加热内部不同高度位置的发热体进行高温加热，将地面三个强电独立回路通过离心机主轴导电滑环接入超重力实验舱的布线架。本技术的有益效果是：本技术可在超重力环境下对材料力学性能测试样品进行高温加热，可实现在离心载荷-热载荷耦合条件下测试材料的力学性能，可有效解决超重力、高温试验条件下动态测试材料力学性能的问题，具有结构简单，操作方案且安全系数较高的优点。本技术配合超重力环境，可加热高转速条件下材料性能测试样品，解决了高速旋转状态下材料高温性能测试加热的关键难题，且装备简单、操作方便。本技术适合1g-2000g超重力环境下，加热温度从常温-1250℃。附图说明图1是高温加热装置的主视图；图2为高强度炉管17的结构剖视图；图3为高强度炉管17的结构局部放大图；图4为发热体的结构示意图；图5为本技术超重力环境力学性能测试系统的结构示意图。图中：上隔热盖1、上腔体外壳2、上腔体中壳3、上腔体隔热层4、上腔体下固定盖5、中隔热盖6、中腔体外壳7、中腔体中壳8、中腔体隔热层9、中腔体下固定盖10、下隔热盖11、下腔体外壳12、下腔体中壳13、下腔体隔热层14、下腔体下固定盖15、隔热保温层16、高强度炉管17、发热体18、炉体承载体19、螺旋状凹槽18-1、散热通道18-2。具体实施方式现结合附图对本技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本技术的基本结构，因此仅显示与本技术有关的构成。如图1所示，高温加热装置固定于超重力试验舱中，高温加热装置包括从上到下依次布置连接的上炉体、中炉体、下炉体以及隔热保温层16、高强度炉管17、发热体18和炉体承载体19；上隔热盖1、上腔体外壳2、上腔体中壳3、上腔体隔热层4、上腔体下固定盖5、中隔热盖6、中腔体外壳7、中腔体中壳8、中腔体隔热层9、中腔体下固定盖10、下隔热盖11、下腔体外壳12、下腔体中壳13、下腔体隔热层14、下腔体下固定盖15组成一个三个炉体构成的圆筒状高温加热装置的外壳，主要用来在超重力环境下固定高温加热装置，且在超重力环境下起到保护炉体的作用，总体形成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超重力环境下材料力学性能测试的高温加热装置，其特征在于：/n所述的高温加热装置固定于超重力实验舱中，所述的高温加热装置包括从上到下依次布置连接的上炉体、中炉体、下炉体以及隔热保温层(16)、高强度炉管(17)、发热体(18)和炉体承载体(19)；/n上炉体主要由上隔热盖(1)、上腔体外壳(2)、上腔体中壳(3)、上腔体隔热层(4)、上腔体下固定盖(5)组成，上腔体外壳(2)、上腔体中壳(3)、上腔体隔热层(4)分别从外到内安装形成上炉三层结构，上隔热盖(1)和上腔体下固定盖(5)分别安装于上炉三层结构的上端和下端使得上炉三层结构固定连接，上腔体外壳(2)和上腔体中壳(3)之间以及上腔体中壳(3)和上腔体隔热层(4)之间均有间隙作为空气隔热层；/n中炉体主要由中隔热盖(6)、中腔体外壳(7)、中腔体中壳(8)、中腔体隔热层(9)、中腔体下固定盖(10)组成，中腔体外壳(7)、中腔体中壳(8)、中腔体隔热层(9)分别从外到内安装形成中炉三层结构，中隔热盖(6)和中腔体下固定盖(10)分别安装于中炉三层结构的上端和下端使得中炉三层结构固定连接，中腔体外壳(7)和中腔体中壳(8)之间以及中腔体中壳(8)和中腔体隔热层(9)之间均有间隙作为空气隔热层；上炉体的上腔体下固定盖(5)和中炉体的中隔热盖(6)之间固定连接；/n下炉体主要由下隔热盖(11)、下腔体外壳(12)、下腔体中壳(13)、下腔体隔热层(14)、下腔体下固定盖(15)组成，下腔体外壳(12)、下腔体中壳(13)、下腔体隔热层(14)分别从外到内安装形成下炉三层结构，下隔热盖(11)和下腔体下固定盖(15)分别安装于下炉三层结构的上端和下端使得下炉三层结构固定连接，下腔体外壳(12)和下腔体中壳(13)之间以及下腔体中壳(13)和下腔体隔热层(14)之间均有间隙作为空气隔热层；中炉体的中腔体下固定盖(10)和下炉体的下隔热盖(11)之间固定连接；/n炉体承载体(19)置于下炉体的下腔体隔热层(14)底部，高强度炉管(17)置于炉体承载体(19)上，高强度炉管(17)外分别和上炉体的上腔体隔热层(4)、中炉体的中腔体隔热层(9)、下炉体的下腔体隔热层(14)之间填充有隔热保温层(16)；高强度炉管(17)内部加工有螺旋状凹槽(18-1)，螺旋状凹槽(18-1)装有螺旋状的发热体(18)，螺旋状凹槽(18-1)在朝向高强度炉管(17)内壁的一侧开设有散热通道(18-2)，通过散热通道(18-2)将发热体(18)产生的热量均匀辐射到高强度炉管(17)中央。/n...
【技术特征摘要】
1.一种超重力环境下材料力学性能测试的高温加热装置，其特征在于：
所述的高温加热装置固定于超重力实验舱中，所述的高温加热装置包括从上到下依次布置连接的上炉体、中炉体、下炉体以及隔热保温层(16)、高强度炉管(17)、发热体(18)和炉体承载体(19)；
上炉体主要由上隔热盖(1)、上腔体外壳(2)、上腔体中壳(3)、上腔体隔热层(4)、上腔体下固定盖(5)组成，上腔体外壳(2)、上腔体中壳(3)、上腔体隔热层(4)分别从外到内安装形成上炉三层结构，上隔热盖(1)和上腔体下固定盖(5)分别安装于上炉三层结构的上端和下端使得上炉三层结构固定连接，上腔体外壳(2)和上腔体中壳(3)之间以及上腔体中壳(3)和上腔体隔热层(4)之间均有间隙作为空气隔热层；
中炉体主要由中隔热盖(6)、中腔体外壳(7)、中腔体中壳(8)、中腔体隔热层(9)、中腔体下固定盖(10)组成，中腔体外壳(7)、中腔体中壳(8)、中腔体隔热层(9)分别从外到内安装形成中炉三层结构，中隔热盖(6)和中腔体下固定盖(10)分别安装于中炉三层结构的上端和下端使得中炉三层结构固定连接，中腔体外壳(7)和中腔体中壳(8)之间以及中腔体中壳(8)和中腔体隔热层(9)之间均有间隙作为空气隔热层；上炉体的上腔体下固定盖(5)和中炉体的中隔热盖(6)之间固定连接；
下炉体主要由下隔热盖(11)、下腔体外壳(12)、下腔体中壳(13)、下腔体隔热层(14)、下腔体下固定盖(15)组成，下腔体外壳(12)、下腔体中壳(13)、下腔体隔热层(14)分别从外到内安装形成下炉三层结构，下隔热盖(11)和下腔体下固定盖(15)分别安装于下炉三层结构的上端和下端使得下炉三层结构固定连接，下腔体外壳(12)和下腔体中壳(13)之间以及下腔体中壳(13)和下腔体隔热层(14)之间均有间隙作为空气隔热层；中炉体的中腔体下固定盖(10)和下炉体的下隔热盖(11)之间固定连接；
炉体承载体(19)置于下炉体的下腔体隔热层(14)底部，高强度炉管(17)置于炉体承载体(19)上，高...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦华，谢亚丹，林伟岸，蒋建群，张泽，陈云敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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