封严涂层高速高温可磨耗试验机及实验方法技术

本发明专利技术公开了一种封严涂层高速高温可磨耗试验机及试验方法，包括轮盘、火焰加热装置、涂层试样工装。轮盘的边缘部位设有模拟叶片，轮盘连接有主轴增速装置。涂层试样工装连接有进给装置，试样工装的夹持端正对轮盘的边缘部位。火焰加热装置的火焰喷射端指向涂层试样工装的夹持端。可以模拟真实工况下的磨耗磨损，较好地用于封严材料高温高速工况下磨耗磨损机理的研究，同时可以测试各种类型封严材料的可磨耗性能，包括石墨基封严涂层、金属基封严涂层、陶瓷基封严涂层等封严材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磨耗试验设备及方法，尤其涉及一种封严涂层高速高温可磨耗试 验机及实验方法。
技术介绍
可磨耗封严材料在密封结构中的应用可以有效减少涡轮机械动静配副之间的气 路损失，提高机械效率，其典型应用是燃气涡轮发动机领域，包括航空发动机、地面燃气轮 机、船用燃气轮机等。燃气涡轮发动机封严结构材料(包括封严涂层)在高速高温气流环境 中工作，要求很高的综合性能，包括高温结构强度及稳定性、结合强度，抗冲蚀性能、抗热震 性能等。封严材料的典型性能是可磨耗性能，即封严材料与高速转动部件发生摩擦作用时， 理想的封严材料会承受全部的磨损磨耗，转动部件(叶片或篦齿)不发生损伤或者可容忍的 损伤。封严结构动静配副材料之间的刮削现象可以归纳为复杂、极端工况下固体与固体之 间的摩擦学问题，但是目前科学界对固-固摩擦的机理尚未形成完整、系统的理论，世界上 对封严材料可磨耗性能研究依然主要依靠试验技术。自上世纪五十年代以来，针对航空涡轮发动机气路密封以及可刮削封严涂层材料 的研究衍生出多种试验方法及相关设备如早期的硬度法与硬度划痕法，后来发展出滑动 磨损法、车削法、冲击刮削法与单摆冲击划痕法，对应的设备从前期传统的的硬度测试仪发 展到后来的销盘摩擦磨损试验机，后期的单摆冲击试验机对封严材料的针对性更强，但是 它们的共同不足是与实际工况的高速刮擦磨损还有很大距离。有研究表明，当刮削线速度超过100m/S时，材料磨损磨耗机理会发生很大的转 变。现有技术的滑动型磨耗试验机和试验方法并不能良好地符合实际装置零件中的刮擦式 磨耗特性。因此，实际零部件中产生的摩擦磨损和试验得到的结果之间的一致性很差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能模拟真实工况下的磨耗磨损、实际磨耗磨损与试验结 果一致性好的。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的本专利技术的封严涂层高速高温可磨耗试验机，包括轮盘、火焰加热装置、试样工装。 所述轮盘的边缘部位设有模拟叶片，所述轮盘连接有主轴增速装置，所述试样工装连接有 进给装置，所述试样工装的夹持端正对所述轮盘的边缘部位，所述火焰加热装置的火焰喷 射端指向所述试样工装的夹持端。本专利技术的上述的封严涂层高速高温可磨耗试验机进行封严涂层磨耗试验的方法， 包括步骤将封严涂层试样和基板安装到试样工装上，调整涂层试样至适合的位置，并确定 进给动作的原点；操作控制软件，使得轮盘及模拟叶片升速至目标转速并保持；操作火焰加热装置，使得涂层试样温度达到目标温度，并保持；操作控制软件，使得进给装置控制涂层试样以设定的进给速率进行径向进给运动；进给完成，关闭各设备，拆卸模拟叶片及涂层试样，对其称重测量，并记录数据；上述过程中包括以下试验参数制定由需要进行试验模拟的叶尖线速度，再根据轮盘-模拟叶片的直径，换算成轮盘主轴转速，即试验的主轴目标转速；由需要进行试验模拟的单次叶片-涂层刮削深度，再根据轮盘-主轴的转速及轮盘安装模拟叶片的数量计算得到每秒钟刮削次数，单次刮削深度乘以每秒钟刮削次数换算成涂层试样进给的速率；根据封严涂层使用温度，制定需试验的涂层试样加热温度。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的封严涂层高速高温可磨耗试验机及试验方法，由于包括轮盘、火焰加热装置、试样工装，轮盘的边缘部位设有模拟叶片，轮盘连接有主轴增速装置，试样工装连接有进给装置，试样工装的夹持端正对轮盘的边缘部位，火焰加热装置的火焰喷射端指向试样工装的夹持端，可以模拟真实工矿下的磨耗磨损，较好地用于封严材料高温高速工矿磨耗磨损机理的研究，同时可以测试各种类型封严材料的可磨耗性能，包括石墨基封严涂层、金属基封严涂层、陶瓷基封严涂层等封严材料。附图说明图1为本专利技术实施例提供的封严涂层高速高温可磨耗试验机的结构原理示意图；图2为本专利技术实施例中的主轴增速装置的结构原理示意图；图3为本专利技术实施例中的模拟叶片安装结构示意图；图4为本专利技术实施例中的涂层试样加热部分结构示意图；图5为本专利技术实施例中模拟叶片-涂层试样刮削磨损磨耗示意图。图中1、轮盘，2、配重块，3、高速高温火焰，4、模拟叶片，5、封严涂层试样+基板，6、热电偶，7、试样工装，8、水冷却器，9、压电测力仪，10、精密滚珠丝杠导轨平台，11、精密行星齿轮减速器，12、伺服电机，13、手摇导轨，14、主驱动电机，15、大带轮，16、皮带，17、小带轮，18、高速球轴承，19、柔性主轴，20、阻尼器，21、红外测温仪，22、销钉，23、火焰挡板。具体实施例方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术的封严涂层高速高温可磨耗试验机，其较佳的具体实施方式如图1至图5所示包括轮盘、火焰加热装置、试样工装，所述轮盘的边缘部位设有模拟叶片，所述轮盘连接有主轴增速装置，所述涂层试样工装连接有进给装置，所述试样工装的夹持端正对所述轮盘的边缘部位，所述火焰加热装置的火焰喷射端指向所述试样工装的夹持端。所述轮盘的边缘部位与所述模拟叶片相对的一侧设有配重块，质量与模拟叶片相同，以平衡离心力。所述模拟叶片和配重通过销钉或螺钉安装到所述轮盘的边缘，安装方式简单可O所述主轴增速装置包括安装在主驱动电机输出轴端的主动大带轮和安装在柔性主轴上的从动小带轮，所述柔性主轴的另一端与所述轮盘连接，所述主动大带轮与从动小带轮之间通过皮带连接，实现增速。所述柔性主轴装有阻尼器，耗散主轴振动能量，使轮盘在升速过程中能以较小的主轴振动越过临界转速区，并能吸收磨耗过程中叶尖磨损产生的不平衡量引起的主轴振动。所述进给装置包括由伺服电机和精密减速器驱动的滚珠丝杠精密平台和手摇导轨。所述试样工装设有热电偶、红外测温仪、水冷却器、火焰挡板。所述试样工装与所述进给装置之间设有压电测力仪。所述火焰加热装置为氧气-乙炔火焰燃烧装置或者丙烷、煤气、煤油、汽油与氧气混合燃烧装置。本专利技术的上述的封严涂层高速高温可磨耗试验机进行封严材料磨耗试的方法，其较佳的具体实施方式包括步骤将封严涂层试样+基板安装到试样工装上，调整涂层试样至适合的位置，并确定进给动作的原点；操作控制软件，使得轮盘及模拟叶片升速至目标转速并保持；操作火焰加热装置，使得试样温度达到目标温度，并保持；操作控制软件，使得进给装置控制试样以设定的进给速率进行径向进给运动；进给完成，关闭各设备，拆卸模拟叶片及涂层试样，对其称重测量，并记录数据；上述过程中包括以下试验参数制定由需要进行试验模拟的叶尖线速度，再根据轮盘-模拟叶片的直径，换算成轮盘主轴转速，即试验的目标转速；由需要进行试验模拟的单次叶片-涂层刮削深度，再根据轮盘-主轴的转速及轮盘安装模拟叶片的数量得每秒钟刮削次数，单次刮削深度乘以每秒钟刮削次数换算成涂层试样进给的速率；根据封严涂层使用温度，制定需试验的涂层试样的加热温度。本专利技术可以用于测试涡轮机械气路封严材料的可磨耗性能，尤其用于航空涡轮发动机中封严材料，包括石墨基封严涂层、金属基封严涂层陶瓷基封严涂层等封严材料的可磨耗性能。涉及封严材料可磨耗性能测试及磨耗机理研究，尤其是高速高温磨耗磨损特性的研究。本专利技术包括两个要素磨耗试验机和试验磨耗的方法。本专利技术的一个要素提供了一种磨耗试验机，该试验机采用模拟叶片及封严涂层材料平面试样作为试验对象，模拟叶片安装在轮盘上，轮盘-模拟叶片转子系统由高速平带增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封严涂层高速高温可磨耗试验机，其特征在于，包括轮盘、火焰加热装置、试样工装，所述轮盘的边缘部位设有模拟叶片，所述轮盘连接有主轴增速装置，所述试样工装连接有进给装置，所述试样工装的夹持端正对所述轮盘的边缘部位，所述火焰加热装置的火焰喷射端指向所述试样工装的夹持端。

【技术特征摘要】
1.一种封严涂层高速高温可磨耗试验机，其特征在于，包括轮盘、火焰加热装置、试样工装，所述轮盘的边缘部位设有模拟叶片，所述轮盘连接有主轴增速装置，所述试样工装连接有进给装置，所述试样工装的夹持端正对所述轮盘的边缘部位，所述火焰加热装置的火焰喷射端指向所述试样工装的夹持端。2.根据权利要求1所述的封严涂层高速高温可磨耗试验机，其特征在于，所述轮盘的边缘部位与所述模拟叶片相对的一侧设有配重块。3.根据权利要求2所述的封严涂层高速高温可磨耗试验机，其特征在于，所述模拟叶片和配重块通过销钉或镙钉安装到所述轮盘的边缘。4.根据权利要求1所述的封严涂层高速高温可磨耗试验机，其特征在于，所述主轴增速装置包括安装在主驱动电机输出轴端的主动大带轮和安装在柔性主轴上的从动小带轮，所述柔性主轴的一端与所述轮盘连接，所述主动大带轮与从动小带轮之间通过皮带连接。5.根据权利要求4所述的封严涂层高速高温可磨耗试验机，其特征在于，所述柔性主轴中间支承处安装有阻尼器。6.根据权利要求1所述的封严涂层高速高温可磨耗试验机，其特征在于，所述进给装置包括由伺服电机和精密减速器驱动的滚珠丝杠精密平台和手摇导轨。7.根据权利要求6所述的封严涂层高速高温可磨耗试验机，其特征在于，所述试样工装设有热电偶、红外测温仪、水冷却器...

【专利技术属性】
技术研发人员：于月光，宣海军，任先京，沈婕，章德铭，孙建刚，国俊丰，张娜，刘振波，刘建明，杨永祺，鲁秋源，
申请(专利权)人：北京矿冶研究总院，浙江大学化工机械研究所，
类型：发明
国别省市：