[发明专利]一种叶轮机械中带榫头叶片高温振动疲劳试验中的分体式隔热夹具及方法

说明书

本发明涉及一种叶轮机械中带榫头叶片高温振动疲劳试验中的分体式隔热夹具及方法。该试验夹具主要包括两大部分：水冷散热底座和榫槽夹具部分，其中榫槽夹具部分包含榫槽座和两个榫槽座限位块，此外还包括振动台和水冷散热底座之间的隔热石棉垫。水冷散热底座内部开有冷却水通道，通过四个螺栓固定于振动试验台，两者之间加上石棉垫，为了增强隔热效果，在散热底座的上、下表面铣出四条隔热槽，减小接触传热面积；榫槽座通过四个螺栓与水冷散热底座相连，螺栓穿过榫槽座和水冷散热底座连接到振动台面，两侧的限位块通过横向螺栓固定于榫槽座两侧，防止叶片榫头侧滑。该夹具能够高效的传递振动台的振动，并能最大程度减小热量向振动台传导。

技术领域

本发明属于叶轮机械技术领域，特别是涉及一种叶轮机械中带榫头叶片高温振动疲劳试验中的分体式隔热夹具及方法。

背景技术

涡轮叶片是叶轮机械中非常重要的零部件之一，高温振动疲劳故障是其常见的失效模式，因此需要针对该类型叶片进行高温振动疲劳试验来确定其安全使用寿命。为了将振动台的振动高效传递到叶片，并且最大程度减少试验中叶片热量向振动台传导，需要设计一种高效的传振、隔热振动试验夹具。

在实验室条件下，振动试验通常是在振动台上进行的。振动台台面的尺寸有限，台面上的固定螺纹孔(图3)的规格和数量也有限，因此被试件都是通过夹具装夹到振动台的台面上的。由于使用了夹具来连接振动台和被测试件，振动台的振动和能量不能直接传递到被测试件上，而是先传到夹具上，再通过夹具传递到被测试件上，因而夹具的传振性能直接影响试验效果；叶片振动试验条件通常为700-800℃，而振动台的安全工作温度一般为80℃以下，叶片的热量也是先传导到夹具，再传导到振动台，为了保证振动台的安全可靠，必须在夹具上进行隔热设计。因此振动试验的夹具设计为整个试验中很重要的一环，也包括夹具的制造和安装。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对高温振动试验，为将振动台提供的能量高效传递到试验件，并能很好的加紧试验件，防止试验过程中出现松动；为防止振动台超温，需对振动台进行隔热，将振动台试验时温度降至安全温度以下；不同叶片振动试验需要不同的夹具，需要多次加工整体夹具，分体式设计减少了夹具加工的工作量。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种叶轮机械中带榫头叶片高温振动疲劳试验中的分体式隔热夹具，包括：榫槽座、水冷散热底座、第一限位块、第二限位块和石棉垫；其中，水冷散热底座上的4个螺栓与振动台相连，榫槽座上的四个螺栓穿过水冷散热底座与振动台相连，将水冷散热底座和榫槽座都固定于振动试验台上，将叶片榫头安装到榫槽座之后，将两侧的限位块用两个长螺栓穿过榫槽座进行固定。

其中，所述水冷散热底座的材料为铝合金，限位块及榫槽座的材料为不锈钢。

其中，水冷散热底座四个侧面各开有3个冷却水孔，冷却水通道通过在散热底座中开通孔形成，将试验中不需要的冷却水孔用防水塞塞住；水冷散热座的上下表面各铣出4条矩形隔热槽：减少传热接触面积，散热不足时可以向槽中鼓风协助散热。

其中，水冷散热底座与振动台之间加隔热石棉垫，必要时在榫槽座和水冷散热座之间加入隔热石棉垫。

其中，夹具中所有螺栓都应加装弹簧垫片，防止振动试验时螺栓松动；螺杆上非全螺纹，螺杆与穿过夹具与夹具重合部分为光杆，与振动台连接部分为螺纹杆。

另外，一种利用上述的夹具进行叶轮机械中带榫头叶片高温振动疲劳试验的方法，该方法包括如下步骤：

步骤(1)用4个带有弹簧垫圈的螺栓将水冷散热底座固定于振动台，振动台与水冷座之间加装隔热石棉垫，选取合适的冷却水孔作为冷却水的进出孔，其余孔用防水塞塞住；

步骤(2)将榫槽座用4个带有弹簧垫圈的螺栓穿过水冷散热底座固定于振动台上，并安装试验叶片；

步骤(3)用带有弹簧垫圈的螺栓将限位块安装到榫槽座两侧；