[发明专利]一种封严涂层高温超高速摩擦磨损试验机

说明书

本发明公开了一种封严涂层高温超高速摩擦磨损试验机，电机及传动系统包括伺服电机、传动系统和轮盘，传动系统一端与伺服电机连接，另一端与轮盘连接；轮盘边缘部位装有模拟叶片；加热及冷却系统包括空压机、气体控制单元、火焰加热喷嘴和冷却器喷嘴，空压机与气体控制单元连接，气体控制单元分别通过管路与火焰加热喷嘴和冷却器喷嘴连通，火焰加热喷嘴设置在轮盘外侧，冷却器喷嘴设置在进给系统外侧；数据采集及控制系统连接有温度及图像采集装置，温度及图像采集装置设置在轮盘外侧；进给系统与步进电机连接，涂层试样设置在轮盘另一侧。本发明测试结果可为封严涂层服役性能的评定以及高速摩擦磨损行为和机理的研究提供可靠的试验依据。

技术领域

本发明涉及摩擦磨损试验技术领域，具体涉及一种封严涂层高温超高速摩擦磨损试验机。

背景技术

封严涂层被广泛应用于航空发动机及地面燃气轮机的高压涡轮气路封严，一般涂覆于机匣内壁，可以将转、静子之间的径向间隙降低到最小，同时在发生碰磨时保护转子叶片免受损伤和破坏。评价封严涂层的性能需要综合多方面的指标，可磨耗性是其中一项重要指标，它区别于通常所说的材料耐磨性，其定量数据不仅与磨损量有关，还包括反映气路密封配副在高速高温条件下的刮擦力变化、能量损耗、表面状态改变以及磨损产物特性等相关内容。再者，在高温高速的服役工况下，涂层会发生磨损机制的转变。因此，高速高温工况条件下的摩擦磨损实验对封严涂层高速摩擦行为的研究具有重要意义。

国外目前主要搭建接近工况的可磨耗试验台架进行高速高温摩擦磨损试验，如美国NASA、PWA公司、欧洲Sulzer公司以及英国Sheffield大学、德国MTU和KIT等研究单位均研制了模拟工况的可磨耗试验机，但费用昂贵，缺乏判据；国内最新研制的高温高速销盘摩擦磨损试验机，虽线速度较高，但也才接近100m/s，且最高温度为800℃，与真实工况存在较大差异。因此，研制一台能真正模拟封严涂层高温超高速工况的摩擦磨损试验机对封严涂层服役性能的评定以及高速摩擦磨损行为和机理的研究具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种封严涂层高温超高速摩擦磨损试验机，解决现有技术中存在的叶尖线速度和试验温度无法满足封严涂层超高速(450m/s以上)和高温(1300℃以上)的要求，无法真正模拟燃气轮机高压涡轮气路密封涂层的高速高温刮擦磨损工况的问题。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种封严涂层高温超高速摩擦磨损试验机，包括电机及传动系统、进给系统、加热及冷却系统和数据采集及控制系统；其中，

所述电机及传动系统包括伺服电机、传动系统和轮盘，传动系统一端与伺服电机；连接，另一端与轮盘连接；轮盘边缘部位装有模拟叶片；

所述加热及冷却系统包括空压机、气体控制单元、火焰加热喷嘴和冷却器喷嘴，空压机与气体控制单元连接，气体控制单元分别通过管路与火焰加热喷嘴和冷却器喷嘴连通，火焰加热喷嘴设置在轮盘外侧，冷却器喷嘴设置在进给系统外侧；

所述数据采集及控制系统连接有温度及图像采集装置，温度及图像采集装置设置在轮盘外侧；

所述进给系统连接有涂层试样，进给系统与步进电机连接，涂层试样设置在轮盘另一侧。

作为本发明的进一步改进，所述电机及传动系统还包括公共底座、主轴和轮盘夹持器；伺服电机设置在公共底座上，所述主轴与伺服电机连接，主轴上设置有电涡流位移传感器，轮盘通过夹持器安装在主轴上，主轴和轮盘均通过支撑杆支撑在公共底座上。

作为本发明的进一步改进，所述进给系统包括步进电机、进给平台、试样夹持工装、主动测量仪和滚珠丝杠；涂层试样通过试样夹持工装安装在进给平台上，步进电机经减速齿轮和滚珠丝杠驱动进给平台；主动测量仪设置在进给平台端部用于测量进给平台位移信号。

作为本发明的进一步改进，所述火焰加热喷嘴为氧乙炔火焰枪。