燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法
燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热障涂层热循环性能检测，具体地讲是燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]随着燃机等级的提高，燃气温度也在不断提高，这就对燃机的高温部件提出了越来越高的要求。目前使用合金基材加上空气冷却系统已不能完全满足燃机高温部件的要求。在合金基材上采用合适的热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)是一种经济而有效的方法。热障涂层不但可以降低金属基体的工作温度，还可以防止高温零部件的高温氧化、腐蚀，提高燃气轮机的效率、减少燃油消耗、延长高温部件使用寿命。
[0003]但研制出的热障涂层性能，尤其是热性能是否达标，没有标准和专业的仪器可以测量。其热性能检测一直本领域的难题，而这些性能将直接影响未来涂层的服役寿命。这些问题不解决，热障涂层后续工作将无法继续。所以建设一套完整的热循环试验台系统模拟燃汽轮机的实际工作环境，并用此套系统验证热障涂层的热性能和寿命等，保证热障涂层研制和燃机生产顺利进行迫在眉睫。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法，该装置及测试方法能够模拟燃气轮机叶片实际工况环境，测试比较研制出的多种新型热障涂层试样在燃汽轮机模拟工况环境下工作时的热循环性能，从而有利于开发出更经久耐用的燃气轮机叶片热障涂层。
[0005]实现本发明的技术方案是:一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，包括控制系统、监控系统、管路系统、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪和锥形冷却空气口，所述加热火焰枪被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口，对准式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。
[0006]所述机加系统包括驱动转盘、试样夹具，所述驱动转盘设置有四、六或八位试样固定点，试样夹具分别装在固定点上；系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，使式样处于加热位置或冷却位置；所述冷却位置的式样前后都有锥形冷却空气口 ；工作时，同时对多个试样分别进行加热或冷却。
[0007]所述试样夹具包括前罩、垫圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驱动转盘上，待测试样固定在前罩和垫圈中间，使待测试样检测区域形成无盲区。
[0008]所述控制系统连接机加系统中的驱动转盘、控温系统中加热火焰枪位置控制装置及火焰枪自动点火装置、监控系统中紫外火焰探测器以及燃气、氧气开关阀连接，保证系统在无人监护情况下安全运行。
[0009]所述管路系统共有十一路气体，其中两路燃气、两路氧气和七路压缩空气，所述十一路气体采用分层交错硬管连接，每根管路上分别装有流量控制器、电磁阀、单向阀和回火阀，其布局是，都集成在一个小于一个立方米的空间内；外部留有各气路管道接口，使设备使用更加便捷。
[0010]所述试件前后温度均安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。
[0011]所述试件加热面前方有CCD工业相机记录试件实验失效的整个过程。
[0012]一种运用上述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置的测试方法，包括如下步骤，
1)将多个待测试样安装在驱动转盘的试样固定点上，启动自动点火按钮，系统进入正常运行状态；
2)在加热位置，加热火焰枪对前方试件进行加热，试件加热面温度通过加热火焰枪的燃气、氧气流量调节和加热火焰枪位置调节来到达预期的温度；试件冷却面温度通过控制锥形冷却空气口气体流量的大小来控制温度；通过试件前后加热火焰枪和锥形冷却空气口进行控制建立试件温度梯度差；试件前后温度均通过安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。
[0013]3)控制系统根据预先设定的加热时间和冷却时间驱动转盘旋转，加热火焰枪对下一组试件进行加热；前一组加热试件被旋转到冷却位置，通过前后锥形冷却空气孔进行两面强制冷却，或关闭冷却空气进行自然冷却；如此一直循环下去，直到试件全部无效，关闭加热火焰枪，关闭系统，结束实验。
[0014]所述步骤I)中加热火焰枪在自动点火启动后一直处于工作状态，直到实验结束；实验过程中，火焰探测器一直处于火焰检测状态，如果由于不可预测的原因，火焰熄灭，火焰探测器将发送信号给控制系统，控制系统自动启动二次点火，在预定时间内点火失败，控制系统将关闭燃气和氧气管路控制阀，防止气体泄漏，发生危险。
[0015]所述步骤1)、步骤2)和步骤3)中均用CXD工业相机记录试件实验失效的整个过程。
[0016]本发明的有益效果是:
1、所述控温系统中加热火焰枪和锥形冷却孔根据燃气、氧气和冷却空气流量的控制，可以为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。
[0017]2、驱动转盘可以根据需求设置四、六或八位试样固定点，试样夹具可分别装在固定点上，系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，同时对多个试样进行检测，提高工作效率。
[0018]3、加热火焰枪在自动点火启动后一直处于工作状态，直到实验结束；实验过程中，火焰探测器一直处于火焰检测状态，如果由于不可预测的原因，火焰熄灭，火焰探测器将发送信号给控制系统，控制系统自动启动二次点火，在预定时间内点火失败，控制系统将关闭燃气和氧气管路控制阀，防止气体泄漏，发生危险。
【附图说明】
[0019]图1为本发明燃机热障涂层高效热循环测试装置前视图；
图2为本发明燃机热障涂层高效热循环测试装置后视图；
图3为图1的A放大图；
图4为本发明燃机热障涂层高效热循环测试装置自动点火逻辑图。
[0020]图中标号:I一紫外火焰探测器，2 — C⑶工业相机，3—加热火焰枪，4一火焰枪自动点火装置，5—试件夹具，6—驱动转盘，7—锥形冷却空气口，8—计算机监视器，9一控制系统，10—管路系统，11一高光学分辨率激光红外测温仪，12—管路系统外部接口。
【具体实施方式】
[0021]如图1至图3所示，燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，包括控制系统9、监控系统8、管路系统10、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪3和锥形冷却空气口 7，所述加热火焰枪3被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪3上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口 7，对准加热位置的式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。所述机加系统包括驱动转盘6、试样夹具5，所述驱动转盘6设置有四位试样固定点，试样夹具5分别装在固定点上，系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，使式样处于加热位置或冷却位置；所述冷却位置的式样前后都有锥形冷却空气口 ；工作时，同时对多个试样分别进行加热或冷却。所述试样夹具5包括前罩、垫圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驱动转盘6上，待测试样固定在前罩和垫圈中间，使待测试样检测区域形成无盲区。所述控制系统9连接机加系统中的驱动转盘6、控温系统中加热火焰枪位置控制装置及加热火焰枪自动点火装置4、监控系统中紫外火焰探测器I以及燃气、氧气开关阀连接，保证系统在无人监护情况下安全运行。所述加热、冷却、检测和记录均采用两套系统同时工作。所述管路系统共有十一路气体，其中两 路燃气、两路氧气和七路压缩空气，所述十一路气体采用分层交错硬管连接，每根管路上分别装有流量控制器、电磁阀、单向阀和回火阀，经过合理的布局，都集成到长宽高为1000*800*900的柜体中，柜体上设有管路系统外部接口 12，使设备使用更加便捷。所述试件前后温度均安装高光学分辨率激光红外测温仪11进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。所述试件加热面前方有CCD工业相机2记录试件实验失效的整个过程。测试装置连接计算机监控系统8，监视记录各种测试数据。
[0022]上述装置的测试方法及过程是:本燃机热障涂层高效热循环测试装置运行之前要根据管路系统外部接口 12标识，正确连接不同的气体管路，并对所有管路系统10进行密封测试。检查电器仪器等线路连接是否正确。然后将待测试试件安装在夹具5中，再通过固定螺栓将夹具固定在驱动转盘6的指定位置。测试装置通电后，通过监控系统8调试高光学分辨率激光红外测温仪11、紫外火焰探测器1、C⑶工业相机2工作是否正常，检查加热火焰枪3枪头冷却系统是否开始循环工作。本燃机热障涂层高效热循环测试装置中控制系统9主要通过PLC (Programmable Logical controller，可编程逻辑控制器)精确控制驱动转盘6旋转时间、旋转速度、旋转角度、天然气和氧气阀门通断、加热火焰枪3距离待测试试件距离、火焰状态判断及火焰枪自动点火装置4等。控制系统9根据转盘待测试试件个数设置转盘旋转时间、旋转角度、加热时间和冷却时间等；再启动控制系统9自动点火按钮，加热火焰枪3根据预定程序点火，并对对应待测试试件进行加热，根据监控系统8检测试件前后温度变化，根据采集到的温度数据调整燃气、氧气、冷却空气流量和加热火焰枪3到试件距离，使试件建立预期温度和梯度温差；最后系统按照正常程序一直循环工作到所有试件失效为止。驱动转盘6上加热试件加热完毕旋转一定角度后，可根据实验需求进行自然冷却和强制冷却。冷却空气口均采用锥形设计，保证测试试样双面制冷均匀，提高制冷效率。
[0023]如图4所示，按下自动点火按钮，3S通燃气，1S通氧气；自动点火器点火。紫外火焰探测器I将探测的火焰状态信号反馈给PLC控制系统9，判断火焰是否熄灭，点火时间计时；如果没有熄灭，就停止点火，点火时间清零，设备正常工作，同时一直判断火焰是否熄灭。当加热火焰枪3的火焰由于不确定因素突然熄火，控制系统9会根据紫外火焰探测器I反馈的信号给火焰枪自动点火装置4发出重新点火信号，在指定时间或次数内点火失败，控制系统9将自动关闭加热火焰枪3燃气，1S后关闭氧气阀门，接通故障信号灯报警，防止气体泄漏发生事故。
[0024]本燃机热障涂层高效热循环测试装置中CCD工业相机2在启动系统后进入工作状态，可视频监测待测试试样从第一次加热到试件失效的整个过程，另外也可以根据需求抓拍试件试验过程，为后续涂层分析提供有效的数据和资料。
【主权项】
1.一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:包括控制系统、监控系统、管路系统、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪和锥形冷却空气口，所述加热火焰枪被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口，对准式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。2.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述机加系统包括驱动转盘、试样夹具，所述驱动转盘设置有四、六或八位试样固定点，试样夹具分别装在固定点上；系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，使式样处于加热位置或冷却位置；所述冷却位置的式样前后都有锥形冷却空气口 ；工作时，同时对多个试样分别进行加热或冷却。3.根据权利要求2所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述试样夹具包括前罩、垫圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驱动转盘上，待测试样固定在前罩和垫圈中间，使待测试样检测区域形成无盲区。4.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述控制系统连接机加系统中的驱动转盘、控温系统中加热火焰枪位置控制装置及火焰枪自动点火装置、监控系统中紫外火焰探测器以及燃气、氧气开关阀连接，保证系统在无人监护情况下安全运行。5.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述管路系统共有十一路气体，其中两路燃气、两路氧气和七路压缩空气，所述十一路气体采用分层交错硬管连接，每根管路上分别装有流量控制器、电磁阀、单向阀和回火阀，其布局是，都集成在一个小于一个立方米的空间内；外部留有各气路管道接口，使设备使用更加便捷。6.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述试件前后温度均安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。7.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述试件加热面前方有CCD工业相机记录试件实验失效的整个过程。8.—种运用上述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置的测试方法，其特征在于:包括如下步骤， 1)将多个待测试样安装在驱动转盘的试样固定点上，启动自动点火按钮，系统进入正常运行状态； 2)在加热位置，加热火焰枪对前方试件进行加热，试件加热面温度通过加热火焰枪的燃气、氧气流量调节和加热火焰枪位置调节来到达预期的温度；试件冷却面温度通过控制锥形冷却空气口气体流量的大小来控制温度；通过试件前后加热火焰枪和锥形冷却空气口进行控制建立试件温度梯度差；试件前后温度均通过安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准； 3)控制系统根据预先设定的加热时间和冷却时间驱动转盘旋转，加热火焰枪对下一组试件进行加热；前一组加热试件被旋转到冷却位置，通过前后锥形冷却空气孔进行两面强制冷却，或关闭冷却空气进行自然冷却；如此一直循环下去，直到试件全部无效，关闭加热火焰枪，关闭系统，结束实验。9.根据权利要求8所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置的测试方法，其特征在于:所述步骤I)中加热火焰枪在自动点火启动后一直处于工作状态，直到实验结束；实验过程中，火焰探测器一直处于火焰检测状态，如果由于不可预测的原因，火焰熄灭，火焰探测器将发送信号给控制系统，控制系统自动启动二次点火，在预定时间内点火失败，控制系统将关闭燃气和氧气管路控制阀，防止气体泄漏，发生危险。10.根据权利要求8所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置的测试方法，其特征在于:所述步骤I)、步骤2)和步骤3)中均用CXD工业相机记录试件实验失效的整个过程。
【专利摘要】本发明公开一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法，其特征在于：测试装置包括控制系统、监控系统、管路系统、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪和锥形冷却空气口，所述加热火焰枪被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口，对准加热位置的式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；其测试方法是通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。本测试装置能够同时对多个试件进行测试，保证火焰枪持续工作，大大提高热性能检测效率。
【IPC分类】G01N25/00
【公开号】CN104897714
【申请号】CN201510211603
【发明人】王焱, 梁君, 薛慧婷, 李小江, 李霁, 禹争光, 郑谦, 陈明东, 杨德存, 白润东, 宋冬梅
【申请人】东方电气集团东方汽轮机有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月29日
【技术领域】
[0001]本发明涉及热障涂层热循环性能检测，具体地讲是燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]随着燃机等级的提高，燃气温度也在不断提高，这就对燃机的高温部件提出了越来越高的要求。目前使用合金基材加上空气冷却系统已不能完全满足燃机高温部件的要求。在合金基材上采用合适的热障涂层(Thermal barrier coating,TBC)是一种经济而有效的方法。热障涂层不但可以降低金属基体的工作温度，还可以防止高温零部件的高温氧化、腐蚀，提高燃气轮机的效率、减少燃油消耗、延长高温部件使用寿命。
[0003]但研制出的热障涂层性能，尤其是热性能是否达标，没有标准和专业的仪器可以测量。其热性能检测一直本领域的难题，而这些性能将直接影响未来涂层的服役寿命。这些问题不解决，热障涂层后续工作将无法继续。所以建设一套完整的热循环试验台系统模拟燃汽轮机的实际工作环境，并用此套系统验证热障涂层的热性能和寿命等，保证热障涂层研制和燃机生产顺利进行迫在眉睫。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法，该装置及测试方法能够模拟燃气轮机叶片实际工况环境，测试比较研制出的多种新型热障涂层试样在燃汽轮机模拟工况环境下工作时的热循环性能，从而有利于开发出更经久耐用的燃气轮机叶片热障涂层。
[0005]实现本发明的技术方案是:一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，包括控制系统、监控系统、管路系统、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪和锥形冷却空气口，所述加热火焰枪被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口，对准式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。
[0006]所述机加系统包括驱动转盘、试样夹具，所述驱动转盘设置有四、六或八位试样固定点，试样夹具分别装在固定点上；系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，使式样处于加热位置或冷却位置；所述冷却位置的式样前后都有锥形冷却空气口 ；工作时，同时对多个试样分别进行加热或冷却。
[0007]所述试样夹具包括前罩、垫圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驱动转盘上，待测试样固定在前罩和垫圈中间，使待测试样检测区域形成无盲区。
[0008]所述控制系统连接机加系统中的驱动转盘、控温系统中加热火焰枪位置控制装置及火焰枪自动点火装置、监控系统中紫外火焰探测器以及燃气、氧气开关阀连接，保证系统在无人监护情况下安全运行。
[0009]所述管路系统共有十一路气体，其中两路燃气、两路氧气和七路压缩空气，所述十一路气体采用分层交错硬管连接，每根管路上分别装有流量控制器、电磁阀、单向阀和回火阀，其布局是，都集成在一个小于一个立方米的空间内；外部留有各气路管道接口，使设备使用更加便捷。
[0010]所述试件前后温度均安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。
[0011]所述试件加热面前方有CCD工业相机记录试件实验失效的整个过程。
[0012]一种运用上述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置的测试方法，包括如下步骤，
1)将多个待测试样安装在驱动转盘的试样固定点上，启动自动点火按钮，系统进入正常运行状态；
2)在加热位置，加热火焰枪对前方试件进行加热，试件加热面温度通过加热火焰枪的燃气、氧气流量调节和加热火焰枪位置调节来到达预期的温度；试件冷却面温度通过控制锥形冷却空气口气体流量的大小来控制温度；通过试件前后加热火焰枪和锥形冷却空气口进行控制建立试件温度梯度差；试件前后温度均通过安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。
[0013]3)控制系统根据预先设定的加热时间和冷却时间驱动转盘旋转，加热火焰枪对下一组试件进行加热；前一组加热试件被旋转到冷却位置，通过前后锥形冷却空气孔进行两面强制冷却，或关闭冷却空气进行自然冷却；如此一直循环下去，直到试件全部无效，关闭加热火焰枪，关闭系统，结束实验。
[0014]所述步骤I)中加热火焰枪在自动点火启动后一直处于工作状态，直到实验结束；实验过程中，火焰探测器一直处于火焰检测状态，如果由于不可预测的原因，火焰熄灭，火焰探测器将发送信号给控制系统，控制系统自动启动二次点火，在预定时间内点火失败，控制系统将关闭燃气和氧气管路控制阀，防止气体泄漏，发生危险。
[0015]所述步骤1)、步骤2)和步骤3)中均用CXD工业相机记录试件实验失效的整个过程。
[0016]本发明的有益效果是:
1、所述控温系统中加热火焰枪和锥形冷却孔根据燃气、氧气和冷却空气流量的控制，可以为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。
[0017]2、驱动转盘可以根据需求设置四、六或八位试样固定点，试样夹具可分别装在固定点上，系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，同时对多个试样进行检测，提高工作效率。
[0018]3、加热火焰枪在自动点火启动后一直处于工作状态，直到实验结束；实验过程中，火焰探测器一直处于火焰检测状态，如果由于不可预测的原因，火焰熄灭，火焰探测器将发送信号给控制系统，控制系统自动启动二次点火，在预定时间内点火失败，控制系统将关闭燃气和氧气管路控制阀，防止气体泄漏，发生危险。
【附图说明】
[0019]图1为本发明燃机热障涂层高效热循环测试装置前视图；
图2为本发明燃机热障涂层高效热循环测试装置后视图；
图3为图1的A放大图；
图4为本发明燃机热障涂层高效热循环测试装置自动点火逻辑图。
[0020]图中标号:I一紫外火焰探测器，2 — C⑶工业相机，3—加热火焰枪，4一火焰枪自动点火装置，5—试件夹具，6—驱动转盘，7—锥形冷却空气口，8—计算机监视器，9一控制系统，10—管路系统，11一高光学分辨率激光红外测温仪，12—管路系统外部接口。
【具体实施方式】
[0021]如图1至图3所示，燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，包括控制系统9、监控系统8、管路系统10、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪3和锥形冷却空气口 7，所述加热火焰枪3被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪3上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口 7，对准加热位置的式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。所述机加系统包括驱动转盘6、试样夹具5，所述驱动转盘6设置有四位试样固定点，试样夹具5分别装在固定点上，系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，使式样处于加热位置或冷却位置；所述冷却位置的式样前后都有锥形冷却空气口 ；工作时，同时对多个试样分别进行加热或冷却。所述试样夹具5包括前罩、垫圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驱动转盘6上，待测试样固定在前罩和垫圈中间，使待测试样检测区域形成无盲区。所述控制系统9连接机加系统中的驱动转盘6、控温系统中加热火焰枪位置控制装置及加热火焰枪自动点火装置4、监控系统中紫外火焰探测器I以及燃气、氧气开关阀连接，保证系统在无人监护情况下安全运行。所述加热、冷却、检测和记录均采用两套系统同时工作。所述管路系统共有十一路气体，其中两 路燃气、两路氧气和七路压缩空气，所述十一路气体采用分层交错硬管连接，每根管路上分别装有流量控制器、电磁阀、单向阀和回火阀，经过合理的布局，都集成到长宽高为1000*800*900的柜体中，柜体上设有管路系统外部接口 12，使设备使用更加便捷。所述试件前后温度均安装高光学分辨率激光红外测温仪11进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。所述试件加热面前方有CCD工业相机2记录试件实验失效的整个过程。测试装置连接计算机监控系统8，监视记录各种测试数据。
[0022]上述装置的测试方法及过程是:本燃机热障涂层高效热循环测试装置运行之前要根据管路系统外部接口 12标识，正确连接不同的气体管路，并对所有管路系统10进行密封测试。检查电器仪器等线路连接是否正确。然后将待测试试件安装在夹具5中，再通过固定螺栓将夹具固定在驱动转盘6的指定位置。测试装置通电后，通过监控系统8调试高光学分辨率激光红外测温仪11、紫外火焰探测器1、C⑶工业相机2工作是否正常，检查加热火焰枪3枪头冷却系统是否开始循环工作。本燃机热障涂层高效热循环测试装置中控制系统9主要通过PLC (Programmable Logical controller，可编程逻辑控制器)精确控制驱动转盘6旋转时间、旋转速度、旋转角度、天然气和氧气阀门通断、加热火焰枪3距离待测试试件距离、火焰状态判断及火焰枪自动点火装置4等。控制系统9根据转盘待测试试件个数设置转盘旋转时间、旋转角度、加热时间和冷却时间等；再启动控制系统9自动点火按钮，加热火焰枪3根据预定程序点火，并对对应待测试试件进行加热，根据监控系统8检测试件前后温度变化，根据采集到的温度数据调整燃气、氧气、冷却空气流量和加热火焰枪3到试件距离，使试件建立预期温度和梯度温差；最后系统按照正常程序一直循环工作到所有试件失效为止。驱动转盘6上加热试件加热完毕旋转一定角度后，可根据实验需求进行自然冷却和强制冷却。冷却空气口均采用锥形设计，保证测试试样双面制冷均匀，提高制冷效率。
[0023]如图4所示，按下自动点火按钮，3S通燃气，1S通氧气；自动点火器点火。紫外火焰探测器I将探测的火焰状态信号反馈给PLC控制系统9，判断火焰是否熄灭，点火时间计时；如果没有熄灭，就停止点火，点火时间清零，设备正常工作，同时一直判断火焰是否熄灭。当加热火焰枪3的火焰由于不确定因素突然熄火，控制系统9会根据紫外火焰探测器I反馈的信号给火焰枪自动点火装置4发出重新点火信号，在指定时间或次数内点火失败，控制系统9将自动关闭加热火焰枪3燃气，1S后关闭氧气阀门，接通故障信号灯报警，防止气体泄漏发生事故。
[0024]本燃机热障涂层高效热循环测试装置中CCD工业相机2在启动系统后进入工作状态，可视频监测待测试试样从第一次加热到试件失效的整个过程，另外也可以根据需求抓拍试件试验过程，为后续涂层分析提供有效的数据和资料。
【主权项】
1.一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:包括控制系统、监控系统、管路系统、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪和锥形冷却空气口，所述加热火焰枪被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口，对准式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。2.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述机加系统包括驱动转盘、试样夹具，所述驱动转盘设置有四、六或八位试样固定点，试样夹具分别装在固定点上；系统工作时，可根据加热冷却时间，调整驱动转盘旋转角度，使式样处于加热位置或冷却位置；所述冷却位置的式样前后都有锥形冷却空气口 ；工作时，同时对多个试样分别进行加热或冷却。3.根据权利要求2所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述试样夹具包括前罩、垫圈和定位螺栓，三者配合使用固定在驱动转盘上，待测试样固定在前罩和垫圈中间，使待测试样检测区域形成无盲区。4.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述控制系统连接机加系统中的驱动转盘、控温系统中加热火焰枪位置控制装置及火焰枪自动点火装置、监控系统中紫外火焰探测器以及燃气、氧气开关阀连接，保证系统在无人监护情况下安全运行。5.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述管路系统共有十一路气体，其中两路燃气、两路氧气和七路压缩空气，所述十一路气体采用分层交错硬管连接，每根管路上分别装有流量控制器、电磁阀、单向阀和回火阀，其布局是，都集成在一个小于一个立方米的空间内；外部留有各气路管道接口，使设备使用更加便捷。6.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述试件前后温度均安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准。7.根据权利要求1所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置，其特征在于:所述试件加热面前方有CCD工业相机记录试件实验失效的整个过程。8.—种运用上述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置的测试方法，其特征在于:包括如下步骤， 1)将多个待测试样安装在驱动转盘的试样固定点上，启动自动点火按钮，系统进入正常运行状态； 2)在加热位置，加热火焰枪对前方试件进行加热，试件加热面温度通过加热火焰枪的燃气、氧气流量调节和加热火焰枪位置调节来到达预期的温度；试件冷却面温度通过控制锥形冷却空气口气体流量的大小来控制温度；通过试件前后加热火焰枪和锥形冷却空气口进行控制建立试件温度梯度差；试件前后温度均通过安装高光学分辨率激光红外测温仪进行温度监控，并通过热电偶进行温度校准； 3)控制系统根据预先设定的加热时间和冷却时间驱动转盘旋转，加热火焰枪对下一组试件进行加热；前一组加热试件被旋转到冷却位置，通过前后锥形冷却空气孔进行两面强制冷却，或关闭冷却空气进行自然冷却；如此一直循环下去，直到试件全部无效，关闭加热火焰枪，关闭系统，结束实验。9.根据权利要求8所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置的测试方法，其特征在于:所述步骤I)中加热火焰枪在自动点火启动后一直处于工作状态，直到实验结束；实验过程中，火焰探测器一直处于火焰检测状态，如果由于不可预测的原因，火焰熄灭，火焰探测器将发送信号给控制系统，控制系统自动启动二次点火，在预定时间内点火失败，控制系统将关闭燃气和氧气管路控制阀，防止气体泄漏，发生危险。10.根据权利要求8所述燃机热障涂层高效热循环性能测试装置的测试方法，其特征在于:所述步骤I)、步骤2)和步骤3)中均用CXD工业相机记录试件实验失效的整个过程。
【专利摘要】本发明公开一种燃机热障涂层高效热循环性能测试装置及其测试方法，其特征在于：测试装置包括控制系统、监控系统、管路系统、控温系统和机加系统；所述控温系统包括加热火焰枪和锥形冷却空气口，所述加热火焰枪被安装在火焰枪位置调节装置上，其枪头正对加热位置的试件的加热面，加热火焰枪上还有燃气、氧气流量的调节装置；所述锥形冷却空气口，对准加热位置的式样的冷却面，并连接冷却空气流量的控制装置；其测试方法是通过加热和冷却为待测试样建立指定梯度温差，模拟燃机叶片实际工况环境，使热障涂层热循环性能检测更具针对性。本测试装置能够同时对多个试件进行测试，保证火焰枪持续工作，大大提高热性能检测效率。
【IPC分类】G01N25/00
【公开号】CN104897714
【申请号】CN201510211603
【发明人】王焱, 梁君, 薛慧婷, 李小江, 李霁, 禹争光, 郑谦, 陈明东, 杨德存, 白润东, 宋冬梅
【申请人】东方电气集团东方汽轮机有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月29日
最新回复(0)