一种混氢燃气试验系统

1.本发明涉及构件性能试验领域，更具体地涉及一种混氢燃气试验系统。


背景技术：

2.随着航空、航天技术的发展，热端部件的工况温度越来越高，已达到耐高温合金及单晶金属的极限。以航空发动机为例，其受热部件如涡轮盘、叶片、燃烧室等处于高温氧化和高温气流冲蚀等恶劣环境中，承受温度高达已超过基体的极限温度。为此研究热端部件在高温环境下的结构功能失效变得至关重要。
3.随着对高温金属材料的研究，构件在实际工况下的高温性能与预期效果相差较大，为了进一步探索高温金属在复杂高温工况下的实际性能，有必要进一步对构件开展在高温环境下的性能测试。现有技术对金属耐高温的研究是将构件直接放入高温炉中加热，通过将构件加热至高温后进行性能试验。
4.但是，高温炉类似于电炉加热，只能实现高温，无法模拟实际工况中的火焰冲蚀环境对构件的影响。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种混氢燃气试验系统，以模拟高温氧化和高温火焰冲蚀等复杂环境，实现复杂环境下试样的性能试验。
6.本发明提供一种混氢燃气试验系统，包括燃气供给装置、氢气供给装置、混合器、火焰加热器和置放试样的移动滑台，所述燃气供给装置、氢气供给装置和火焰加热器分别与所述混合器相连通，所述火焰加热器向所述试样喷射火焰。
7.进一步地，所述燃气供给装置包括相连的燃料罐和雾化装置，所述雾化装置与所述混合器连通。
8.进一步地，所述雾化装置包括依次连通的汇流排、汽化泵、稳雾通和排雾阀，所述汇流排与所述燃料罐相连，所述排雾阀与所述混合器相连。
9.进一步地，所述氢气供给装置包括氢气罐和氢气进气管，所述氢气罐通过氢气进气管与所述混合器相连。
10.进一步地，所述氢气进气管与所述混合器相连的一端呈圆弧形，且开设有多个孔。
11.进一步地，所述火焰加热器上设置有加热喷枪，所述加热喷枪包括拉伐尔喷管和喷嘴，所述喷嘴设置于所述拉伐尔喷管的出口端，所述拉伐尔喷管的入口与所述混合器连通，所述喷嘴的外侧设置有点火器。
12.进一步地，所述拉伐尔喷管内设置有螺旋隔水带。
13.进一步地，所述拉伐尔喷管上设置有防回火器和单向阀。
14.进一步地，所述移动滑台上设置有支架和滚珠丝杠，所述支架通过一转轴与所述滚珠丝杠的螺母相连，所述支架上设置有夹具，所述夹具与所述支架滑动连接，所述试样固定在所述夹具上。
15.进一步地，还包括控制系统、测温仪和热电偶，所述测温仪设置为测量所述试样正面的温度，所述热电偶设置于所述试样的背面，所述控制系统分别与所述测温仪和所述热电偶电连接或通信连接。
16.本发明的混氢燃气试验系统，通过火焰加热器对混氢燃气进行燃烧，形成火焰后对试样进行冲蚀，从而实现高温氧化和高温火焰冲蚀环境；通过控制燃气和氢气的比例和流量，可控制试样的温度；通过设置防回火器和单向阀可防止火焰和氢气倒流而产生爆炸。
附图说明
17.图1为根据本发明实施例的混氢燃气试验系统的结构示意图；
18.图2为根据本发明实施例的混氢燃气试验系统的氢气进气管的结构示意图；
19.图3示出了根据本发明实施例的混氢燃气试验系统的雾化装置的结构图；
20.图4为根据本发明实施例的混氢燃气试验系统的加热喷枪的结构示意图；
21.图5为根据本发明实施例的混氢燃气试验系统的移动滑台、支架、夹具和试样的结构示意图；
22.图6为根据本发明实施例的混氢燃气试样系统的温度监控示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
24.如图1所示，本发明实施例提供一种混氢燃气试验系统，包括燃气供给装置1、氢气供给装置2、混合器3、火焰加热器4和移动滑台5，燃气供给装置1和氢气供给装置2分别与混合器3相连通，火焰加热器4与混合器3相连通，燃气供给装置1包括相互连通的燃料罐11和雾化装置12，燃料罐11中存储有航空煤油、乙炔或丙烷等燃料，从而为燃烧火焰提供不同燃料，雾化装置12用于对燃料进行雾化，使其变为燃气后进入混合器3中；氢气供给装置2中存储有氢气，其可通入混合器3中与燃烧介质进行充分混合形成混氢燃气，混氢燃气进入火焰加热器4中进行燃烧后由火焰加热器4喷出火焰，移动滑台5上放置有试样6，其对准火焰加热器4的火焰出口，以使火焰可喷射在试样6上，以模拟不同燃烧介质与氢气混合下所产生的火焰和高温环境，与此同时可采用现有的力学性能试验机(例如拉伸试验机、蠕变试验机和疲劳试验机等)对试样6进行拉伸、蠕变或疲劳等力学性能试验，从而得到复杂环境下的力学性能数据。
25.氢气供给装置2包括氢气罐21和氢气进气管22，氢气罐21内存储有氢气，并通过氢气进气管22与混合器3相连。如图2所示，氢气进气管22的一端呈圆弧形，该圆弧端插入混合器3中且其上开设有多个孔221，氢气通过这些孔221进入混合器3中，从而增大与燃气的接触，使氢气与燃气混合更均匀。
26.如图3所示，雾化装置12包括依次连通的汇流排121、汽化泵122、稳雾通123和排雾阀124，其中汇流排121与燃料罐11相连，排雾阀124与混合器3相连，燃料通过汇流排121汇流，然后由汽化泵122汽化成燃气，并在稳雾通123中聚集，使得燃气与氢气能够处于比较平衡的状态持续燃烧，当排雾阀124打开后，燃气进入混合器3中与氢气进行混合。
27.燃料罐11和氢气罐21的出口处均设置有阀门，分别用于调节进入混合器3中的燃气和氢气量，从而调节混氢燃气中的燃气和氢气的比例，使混氢燃气与真实服役工况相同。
28.火焰加热器4上设置有加热喷枪41，其对准试样6，可将火焰喷射在试样6上，从而使其处于高温氧化和高温火焰冲蚀环境。如图4所示，加热喷枪41包括拉伐尔喷管411和喷嘴412，喷嘴412设置于拉法尔喷管411的出口端，拉法尔喷管411的入口则与混合器3连通；拉伐尔喷管411内设置有螺旋隔水带413，其上设置有冷却水入口4131和冷却水出口4132，冷却水从冷却水入口4131流入螺旋隔水带413中，并从冷却水出口4132流出，从而对拉伐尔喷管411进行降温，避免其温度过高而被损坏。喷嘴412外侧设置有点火器414，混合器3中的混氢燃气进入拉伐尔喷管411后从喷嘴412射出，并通过点火器414点燃，形成冲蚀火焰，并喷射向试样6，这样即可形成高温氧化环境，同时火焰焰流对试样6有气流的冲刷作用，可以更好地模拟实际服役工况。拉伐尔喷管411是符合流体力学特性的一种管子，可加速流体的流动，从而加快火焰喷射速度。
29.拉伐尔喷管411上设置有防回火器415和单向阀416，用于防止氢气和火焰倒流而引起爆炸。拉伐尔喷管411上还可设置质量流量控制器417，用于监控并控制通入拉伐尔喷管411中的混氢燃气的质量。同时还可在拉伐尔喷管411上设置压力表418，用于监控管内的气体压力。
30.如图5所示，移动滑台5上设置有支架7和滚珠丝杠8，支架7上设置有转轴71，其通过转轴71与滚珠丝杠8的螺母相连，从而使支架7可绕y轴转动，同时还可以跟随螺母沿x向滑动。滚珠丝杠8的结构和原理为本领域公知，此处不再赘述。支架7上设置有夹具9，该夹具9与支架7滑动连接，其可相对于支架7沿y向滑动，试样6固定在夹具9上。这样，通过夹具9和支架7的移动，可使试样6实现沿x向和y向的移动以及绕y轴的转动，从而根据需要调节试样6的位置，提供不同的火焰冲蚀距离和多角度的火焰冲蚀工况。
31.如图6所示，本发明的混氢燃气试验系统还包括控制系统100、测温仪101和热电偶102，测温仪101用于测量试样6面向火焰一面(正面)的温度，为防止被火焰损坏，测温仪101可采用非接触式测量装置；热电偶设置在试样6背离火焰的一面(背面)上，用于测量试样6背面的温度。控制系统100分别与测温仪101和热电偶101电连接或通信连接，接收并储存其测得的温度，同时将其实时显示出来。
32.控制系统100还可与氢气罐21和燃料罐11上的阀门电连接或通信连接，以与测温仪101形成闭环控制。具体地，控制系统100从测温仪101接收到试样6正面的温度，根据其与预期温度的差计算所需燃料和氢气的流量，然后通过控制氢气罐21和燃料罐11的阀门来调节燃料和氢气的流量，从而使试样6达到预期温度。
33.控制系统100可以为计算机，其上可安装有信息采集和分析软件，便于读取和分析数据，且其还可具有显示器，用于将各种数据显示出来，便于查看和操作。
34.本发明的混氢燃气试验系统的技术指标如下：
35.1)冲蚀距离，即喷嘴412与试样6正面之间的距离，可通过滚珠丝杠8带动支架7和试样6在移动滑台5上滑动进行调整；
36.2)冲蚀角度，即试样6与喷嘴412之间的夹角，可通过转轴71进行调整；
37.3)试验温度，包括试样正面温度和背面温度，可通过调整燃料和氢气的流量及比例进行调整，最高温度可达1600℃；
38.4)冲蚀时间，试验过程中连续冲蚀时间不少于1小时。
39.上述参数均可由控制系统100采集并记录，从而实时监测试验情况并分析试验结
果。
40.本发明实施例提供的混氢燃气试验系统，通过火焰加热器4对混氢燃气进行燃烧，形成火焰后对试样6进行冲蚀，从而实现高温氧化和高温火焰冲蚀环境；通过控制燃气和氢气的比例和流量，可控制试样6的温度；通过设置防回火器415和单向阀416可防止火焰和氢气倒流而产生爆炸。
41.以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。