详情

原文传递一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置及方法

专利名称：	一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置及方法，该装置包括机箱、二氧化碳激光器和高温叶片热障涂层加热机构，高温叶片热障涂层加热机构包括分光机构、左右调节机构、实验台部件和上下调节机构，每个实验台部件上设置有两个夹具，分光机构包括光路接口、光路通道、机械式分光器和两路光束整形部件，高温叶片热障涂层试样均位于光束整形部件的出口底部；该方法包括以下步骤：一、高温叶片热障涂层试样的安装；二、高温叶片热障涂层试样的调节；三、高温叶片热障涂层试样的热环境实验及寿命考核获取。本发明通过二氧化碳激光器实现多个高温叶片热障涂层试样加热，提高了实验效率，且能准确评估热障涂层的服役寿命。
专利类型：	发明专利
申请人：	西安交通大学;东方电气集团东方汽轮机有限公司
发明人：	王铁军;江鹏;孙帆;杨镠育;李定骏;陈艺文
专利状态：	有效
申请日期：	2023-10-16T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202311334358.3
公开号：	CN117092154A
代理机构：	西安创知专利事务所
代理人：	卫苏晶
分类号：	G01N25/00;G;G01;G01N;G01N25;G01N25/00
申请人地址：	710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号;
主权项：	1.一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置，其特征在于：包括机箱、设置在所述机箱内的二氧化碳激光器（14）和设置在所述机箱内且与所述二氧化碳激光器（14）连通的高温叶片热障涂层加热机构；所述高温叶片热障涂层加热机构包括分光机构、两个设置在所述分光机构底部的左右调节机构（23）、设置在所述左右调节机构（23）上且供高温叶片热障涂层试样安装的实验台部件（22），以及两个分别带动两个所述左右调节机构（23）上下移动的上下调节机构（28）；每个所述实验台部件（22）上设置有两个夹具（222）；所述分光机构包括供二氧化碳激光器（14）发射激光摄入的光路接口（18）、与光路接口（18）连接的光路通道（29）和与所述光路通道（29）连接的机械式分光器（30），以及两路分别与机械式分光器（30）连接的光束整形部件，所述高温叶片热障涂层试样位于所述光束整形部件的出口底部。 2.按照权利要求1所述的一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置，其特征在于：所述机箱包括机架（1-1）和设置在所述机架（1-1）侧面的侧面架体（1-2），所述机架（1-1）中设置有隔板（1-4），所述隔板（1-4）将所述机架（1-1）分为上部机架和下部机架，所述下部机架设置有第一电源安装区（13）、第二电源安装区（16）和控制模块安装区（17），所述第一电源安装区（13）、第二电源安装区（16）和控制模块安装区（17）上分别设置有第一电源侧盖（5）、第二电源侧盖（6）和控制区侧盖（7）；所述二氧化碳激光器（14）安装在所述隔板（1-4）上且位于所述上部机架中，且所述上部机架的前侧设置有开合侧盖（3），所述上部机架顶部设置有开合顶盖（1）；所述侧面架体（1-2）包括从上至下依次平行布设的第一水平架（1-21）、第二水平架（1-22）、第三水平架（1-23）和第四水平架（1-24），所述第一水平架（1-21）顶部设置有光路区顶盖（2），所述侧面架体（1-2）侧面设置有光路区侧板（8）和三个开合侧板。 3.按照权利要求1所述的一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置，其特征在于：所述机械式分光器（30）包括圆形基体（304）、与圆形基体（304）配合连接的端盖（305）以及设置在所述圆形基体（304）外面的第一光通道（301）、第二光通道（302）和设置在端盖（305）上的第三光通道（303），所述第三光通道（303）和第一光通道（301）的中心线重合；所述圆形基体（304）上设置有调节第一光通道（301）和第二光通道（302）连通或者第一光通道（301）和第三光通道（303）连通的转盘调节件。 4.按照权利要求3所述的一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置，其特征在于：所述转盘调节件包括设置在所述圆形基体（304）上的旋转电机（306）和设置在所述圆形基体（304）内且套设在所述旋转电机（306）的输出轴（3061）上的反射转盘（307），所述圆形基体（304）上设置有通孔（3041），所述第一光通道（301）和第二光通道（302）的中心线夹角为直角，所述第一光通道（301）和第二光通道（302）相互靠近的端口均与通孔（3041）连通，所述反射转盘（307）上设置有两个对称布设的弧形孔（3071），所述旋转电机（306）带动反射转盘（307）旋转，以使弧形孔（3071）和通孔（3041）连通，则第一光通道（301）和第三光通道（303）连通；或者旋转电机（306）带动反射转盘（307）旋转，以使反射转盘（307）遮挡通孔（3041），则第一光通道（301）和第二光通道（302）连通。 5.按照权利要求3所述的一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置，其特征在于：两路所述光束整形部件分别为第一路光束整形部件（20）和第二路光束整形部件（26），所述第一路光束整形部件（20）包括两个对称设置在机械式分光器（30）上的L形支撑体（201）、设置L形支撑体（201）上且两个上下依次连接的第一光束整形镜（202）和设置在所述第一光束整形镜（202）底部的第一光出口通道（203），所述第二光通道（302）的出口和第一光束整形镜（202）的入口同轴布设且靠近；所述第二路光束整形部件（26）包括U形支撑架（26B）、两个通过连接杆（264）与所述U形支撑架（26B）连接且对称布设的连接臂（266）和设置在两个连接臂（266）底部的水平板（261），以及设置在所述水平板（261）底部且两个上下依次连接的第二光束整形镜（262）和设置在所述第二光束整形镜（262）底部的第二光出口通道（263）；所述第三光通道（303）出口和第二光束整形镜（262）入口之间设置有反射组件。 6.按照权利要求5所述的一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置，其特征在于：所述反射组件包括设置在两个所述连接臂（266）相互靠近的顶部的U形连接板（265）、设置在所述U形连接板（265）围设的腔体内的反射镜（268）和与所述U形连接板（265）连接且水平布设的第二光入口通道（267），所述第三光通道（303）的出口和第二光入口通道（267）的入口同轴布设且靠近；所述水平板（261）上设置有垫高板（26A），所述垫高板（26A）中设置有垂直布设的光出口过渡通道（269），所述反射镜（268）将第二光入口通道（267）中的激光反射至光出口过渡通道（269）中，所述光出口过渡通道（269）和第二光束整形镜（262）入口连通。 7.按照权利要求1所述的一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置，其特征在于：两个所述左右调节机构（23）的结构相同且均包括左右调节电机（231）、与左右调节电机（231）输出轴传动连接的左右调节丝杆（232）和套设在所述左右调节丝杆（232）上的左右丝母座（233），以及设置在所述左右丝母座（233）底部且供左右丝母座（233）滑移的左右滑轨（234），所述左右滑轨（234）设置在底座板（235）上，所述底座板（235）安装在上下调节机构（28）上。 8.按照权利要求7所述的一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置，其特征在于：任一个所述实验台部件（22）均包括与左右丝母座（233）顶部连接的过渡连接板（221）、与过渡连接板（221）一体成型的实验台基板（223）和两个设置在所述实验台基板（223）上且供高温叶片热障涂层试样安装的夹具（222），所述夹具（222）位于所述光束整形部件的出口底部；所述实验台基板（223）的底部设置有冷却气体管道（24），所述冷却气体管道（24）的入口连接空气压缩机。 9.按照权利要求1所述的一种高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置，其特征在于：两个所述上下调节机构（28）的结构相同且均包括设置在加热区支架（25）上的底板（285）、设置在底板（285）上且开口部朝向左右调节机构（23）的U形竖向外壳（282）和设置在所述U形竖向外壳（282）内的直线滑台，所述直线滑台上连接有L形安装座（286），所述U形竖向外壳（282）靠近左右调节机构（23）的端部设置有供L形安装座（286）滑移的上下滑轨（287），所述L形安装座（286）上设置有连接板（284），所述连接板（284）上设置有指示杆（288），所述U形竖向外壳（282）上设置有配合指示杆（288）的刻度尺（283），所述直线滑台的手动调节部（281）伸出U形竖向外壳（282）顶部；所述左右调节机构（23）中底座板（235）设置在L形安装座（286）上。 10.一种利用权利要求1所述的高温叶片热障涂层寿命考核的热环境实验装置进行实验的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、高温叶片热障涂层试样的安装：步骤101、在每个所述实验台部件（22）上的两个夹具（222）上分别安装高温叶片热障涂层试样，得到两组高温叶片热障涂层试样；步骤102、将第一组高温叶片热障涂层试样分别记作第一组第一个高温叶片热障涂层试样和第一组第二个高温叶片热障涂层试样；将第二组高温叶片热障涂层试样分别记作第二组第一个高温叶片热障涂层试样和第二组第二个高温叶片热障涂层试样；步骤二、高温叶片热障涂层试样的调节：通过上下调节机构（28）和左右调节机构（23）带动第一组第一个高温叶片热障涂层试样位于一路所述光束整形部件的出口底部；通过上下调节机构（28）和左右调节机构（23）带动第二组第一个高温叶片热障涂层试样位于另一路所述光束整形部件的出口底部；步骤三、高温叶片热障涂层试样的热环境实验及寿命考核获取：步骤301、操作二氧化碳激光器（14）发射激光，二氧化碳激光器（14）发射的激光依次通过光路接口（18）、光路通道（29）、机械式分光器（30）中第一光通道（301）和第二光通道（302）；第二光通道（302）中的激光通过第一路光束整形部件（20）对第一组第一个高温叶片热障涂层试样加热；同时，通过冷却气体管道（24）为第一组第一个高温叶片热障涂层试样背部冷却；步骤302、调节第一光通道（301）和第三光通道（303）连通，二氧化碳激光器（14）发射的激光依次通过光路接口（18）、光路通道（29）、机械式分光器（30）中第一光通道（301）和第三光通道（303）；第三光通道（303）中的激光通过第二路光束整形部件（26）对第二组第一个高温叶片热障涂层试样加热；同时，通过冷却气体管道（24）为第二组第一个高温叶片热障涂层试样背部冷却；步骤303、重复步骤301和步骤302，交替对第一组第一个高温叶片热障涂层试样加热和第二组第一个高温叶片热障涂层试样加热，且在第一组第一个高温叶片热障涂层试样加热和第二组第一个高温叶片热障涂层试样加热过程中，测温仪（21）对第一个高温叶片热障涂层试样的表面温度和第二组第一个高温叶片热障涂层试样的表面温度进行检测，直至第一个高温叶片热障涂层试样的温度和第二组第一个高温叶片热障涂层试样的温度满足服役环境设计要求值；步骤304、按照步骤301和步骤302所述的方法，交替对第一组第一个高温叶片热障涂层试样加热和第二组第一个高温叶片热障涂层试样加热，以使第一个高温叶片热障涂层试样的温度和第二组第一个高温叶片热障涂层试样的温度满足服役环境设计要求值下保持加热设定保温时间；步骤305、通过一个左右调节机构（23），以使第一组第一个高温叶片热障涂层试样远离一路所述光束整形部件的出口底部，第一组第二个高温叶片热障涂层试样位于一路所述光束整形部件的出口底部；通过另一个左右调节机构（23），以使第二组第一个高温叶片热障涂层试样远离另一路所述光束整形部件的出口底部，第二组第二个高温叶片热障涂层试样位于另一路所述光束整形部件的出口底部；同时继续通过冷却气体管道（24）为第一组第一个高温叶片热障涂层试样背部冷却和第二组第一个高温叶片热障涂层试样背部冷却，直至降温至室温，完成一次热环境实验；步骤306、按照步骤301至步骤305所述的方法，对第一组第二个高温叶片热障涂层试样和第二组第二个高温叶片热障涂层试样完成一次热环境实验；同时，判断第一次热环境实验后的第一组第一个高温叶片热障涂层试样和第二组第一个高温叶片热障涂层试样的剥落面积是否到达设定剥落面积，如果未达到，则热障涂层试样未失效，对高温叶片热障涂层试样进行下一次热环境实验，并将该两个高温叶片热障涂层试样的服役寿命加1;其中，高温叶片热障涂层试样的服役寿命初始值为零；步骤307、判断第一次热环境实验后的第一组第二个高温叶片热障涂层试样和第二组第二个高温叶片热障涂层试样的剥落面积是否到达设定剥落面积，如果未达到，则热障涂层试样未失效，对高温叶片热障涂层试样进行下一次热环境实验，并将该两个高温叶片热障涂层试样的服役寿命加1;其中，高温叶片热障涂层试样的服役寿命初始值为零；同时，按照步骤301至步骤305所述的方法，对第一组第一个高温叶片热障涂层试样和第二组第一个高温叶片热障涂层试样进行完成下一次热环境实验；步骤308、多次重复步骤301至步骤307、得到第一组第一个高温叶片热障涂层试样、第一组第二个高温叶片热障涂层试样、第二组第一个高温叶片热障涂层试样和第二组第一个高温叶片热障涂层试样的服役寿命，并将第一组第一个高温叶片热障涂层试样、第一组第二个高温叶片热障涂层试样、第二组第一个高温叶片热障涂层试样和第二组第一个高温叶片热障涂层试样的服役寿命的均值作为高温叶片热障涂层试样的寿命考核值。
所属类别：	发明专利