Установка для испытания материалов и покрытий
Полезная модель относится к испытательной технике, в частности устройствам для испытания материалов и покрытий на сопротивление термической усталости (термическому шоку), и может быть использовано при разработке новых технологий материалов и покрытий и экспериментального определения их долговечности. Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, заключается в увеличении скорости нагрева и охлаждения образца, т.е. в ужесточении термического цикла, кроме того, конструкция установки становится более простой и компактной. В установке для испытания материалов и покрытий, содержащей установленные на станине держатель образца 2, охлаждающие сопла 3 и 4, по меньшей мере одно из которых неподвижно закреплено за держателем образца, горелку 7, установленную на подвижной стойке 8 перед держателем образца 2, новым является то, что по меньшей мере одно из охлаждающих сопел 3 закреплено на подвижной стойке 8 совместно с горелкой 7 с возможностью поворота в плоскости, параллельной плоскости держателя образца 2. При этом оси сопла 3 и горелки 7 параллельны, смещены относительно друг друга и перпендикулярны поверхности держателя образца 2. Подвижная стойка 8 установлена на валу 9 с возможностью поворота с помощью безинерционного привода. Канал подвода воздуха в охлаждающее сопло 3, расположенное на подвижной стойке 8, снабжен электромагнитным клапаном 6, что позволяет подавать в него воздух в стадии охлаждения. 1 н.п. ф.п.м., 2 з.п. ф.п.м, 1 фиг.
Полезная модель относится к испытательной технике, в частности устройствам для испытания материалов и покрытий на сопротивление термической усталости (термическому шоку), и может быть использовано при разработке новых технологий материалов и покрытий и экспериментального определения их долговечности.
Известна установка [N.S.Simms, P.G.Kilgalln, С.Roach, J.E.Oakey Development of oxides at TBC-bond interfaces in burner rig exposures//Materials at High temperatures, 2003, vol.20 (4), pp.519-526] для испытаний цилиндрических образцов в условиях коррозионно-эрозионной среды в газовом потоке. Установка состоит из камеры сгорания, горелки, пламя которой способно дать температуру в диапазоне от 600 до 1500°С. В камере сгорания возможно установить одновременно до 24 образцов, на каждый из которых подается охлаждающий воздух с различной интенсивностью, что позволяет поддерживать температуру на поверхности образцов от 800 до 900°С. В состав газового потока можно вводить различные газообразные (например, SO2 и НСl) или парообразные (Na, К, Pb, Zn) вещества, имитируя среду «грязного» топлива. Указанные вещества вводили в камеру сгорания выше потока пламени или из индивидуального резервуара сжиженного газа, или в виде водного раствора с распылением форсункой. Недостатком данной установки является сложность оценки результатов испытаний, поскольку каждый из 24 образцов находится в индивидуальных условиях испытания.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для испытания керамических термобарьерных покрытий, представленная на сайте Института материалов и технологий в энергетических системах (Германия, Julich
[http://www.fz-juelich.de/iwv/iwv1]) и принятая за ближайший аналог. Установка содержит неподвижно закрепленный держатель образца, два сопла охлаждающего воздуха, расположенные спереди и сзади образца. Образец в держателе установлен вертикально. Ацетилено-кислородная горелка, служащая для нагрева поверхности керамического покрытия образца, установлена с возможностью совершения возвратно-поступательных движений. В процессе испытания образец непрерывно охлаждается спереди и сзади потоками воздуха, направляемые из сопел. В фазе нагрева горелка перемещается к образцу и располагается напротив него, перекрывая фронтальное охлаждение. При этом поверхность покрытия нагревается до 1200-1350°С в течение одной минуты. В это время задняя стенка образца охлаждается до 200-300°С. Через пять минут выдержки горелка возвращается назад, и образец охлаждается с двух сторон до комнатной температуры. Недостатком описанной установки является неподвижность обоих сопел с охлаждаемым воздухом, вследствие чего в фазе нагрева образца оба потока газов - охлаждающего воздуха и горячих газов, - смешиваются. При этом скорость нагрева образца снижается и термический цикл становится растянутым.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемая полезная модель, заключается в увеличении скорости нагрева и охлаждения образца, т.е. в ужесточении термического цикла, Кроме того, конструкция установки становится более простой и компактной.
Технический результат достигается тем, что в установке для испытаний материалов и покрытий содержащей установленные на станине держатель образца, охлаждающие сопла, по меньшей мере, одно из которых неподвижно закреплено за держателем образца, горелку, установленную на подвижной стойке перед держателем образца, новым является то, что по меньше мере, одно из охлаждающих сопел
установлено на подвижной стойке совместно с горелкой с возможностью поворота в плоскости, параллельной плоскости держателя образца, оси охлаждающего сопла и горелки параллельны, смещены относительно друг друга и перпендикулярны поверхности держателя образца.
Подвижная стойка установлена на валу с возможностью поворота с помощью безинерционного привода. Канал подвода воздуха в охлаждающее сопло, расположенное на подвижной стойке, снабжен электромагнитным клапаном.
На фиг.1 представлена схема установки, где: 1 - образец; 2 - держатель образца; 3 - подвижное охлаждающее сопло, расположенное перед держателем образца; 4 - неподвижное охлаждающее сопло, расположенное за держателем образца; 5 - воздушный компрессор; 6 - электромагнитный клапан; 7 - горелка; 8 - подвижная стойка; 9 - вал стойки; 10 - тяга; 11 - кривошипный механизм; 12 - электромагнитная муфта; 13 - мотор-редуктор; 14 - пирометр; 15 - потенциометр - самописец; 16 - термопара; 17 - блок задания цикла; 18 - счетчик - часы; 19 - кран регулирования расхода воздуха; 20 - баллон ацетилена; 21 - баллон кислорода; 22 - редуктор ацетилена; 23 - редуктор кислорода; 24 - кран регулирования расхода ацетилена; 25 - кран регулирования расхода кислорода.
В установленный на станине держатель образца 2 в горизонтальной плоскости устанавливается испытуемый образец 1. Охлаждающее сопло 4 неподвижно закреплено за держателем образца 2. Охлаждающее сопло 3 жестко закреплено совместно с горелкой 7 на подвижной стойке 8 перед держателем образца, при этом оси горелки 7 и охлаждающего сопла 3 параллельны, смещены относительно друг друга и перпендикулярны поверхности держателя образца 2. Подвижная стойка 8 через кривошипный механизм 11 соединена с безинерционным электрическим
приводом, состоящим из электромагнитной муфты 12 и мотор-редуктора 13, и имеет возможность поворота в плоскости параллельной плоскости держателя образца 2. Канал подвода воздуха в охлаждающее сопло 3, расположенное на подвижной стойке 8, снабжен электромагнитным клапаном 6. Через краны 24 и 25 от баллонов 21 и 22 в горелку 7 подаются ацетилен и кислород.
Измерение температуры образца со стороны источника нагрева осуществляется с помощью пирометра 14, а с обратной стороны - с помощью термопары 16. Регистрация измерений температуры осуществляется самописцем 15.
Установка работает следующим образом. В процессе испытания подвижная стойка 8 совершает поворотные перемещения в плоскости, параллельной плоскости держателя образца 2 с частотой приблизительно два перемещения в минуту. При этом охлаждающий воздух, поступающий через неподвижное охлаждающее сопло 4, непрерывно охлаждает образец 1 с одной стороны. Если испытывается образец 1 с покрытием, то непрерывное охлаждение осуществляется со стороны, противоположной покрытию.
В фазе нагрева горелка 7 занимает положение над образцом 1. В фазе охлаждения горелка 7 перемещается в сторону, и над поверхностью образца оказывается подвижное охлаждающее сопло 3, в которое в этот момент подается охлаждающий воздух с помощью электромагнитного клапана 6. В фазе нагрева образца подача охлаждающего воздуха в сопло 3 прекращается.
Таким образом, за счет раздельной подачи горячего и охлаждающего газов к поверхности образца, увеличиваются скорости его нагрева и охлаждения, что позволяет проводить испытания в условиях приближенных к реальным условиям эксплуатации.
1. Установка для испытания материалов и покрытий, содержащая установленные на станине держатель образца, охлаждающие сопла, по меньшей мере, одно из которых неподвижно закреплено за держателем образца, горелку, установленную на подвижной стойке перед держателем образца, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одно из охлаждающих сопел закреплено на подвижной стойке совместно с горелкой с возможностью поворота в плоскости, параллельной плоскости держателя образца, при этом оси сопла и горелки параллельны, смещены относительно друг друга и перпендикулярны поверхности держателя образца.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что подвижная стойка установлена на валу с возможностью поворота с помощью безинерционного привода.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что канал подвода воздуха в охлаждающее сопло, расположенное на подвижной стойке, снабжен электромагнитным клапаном.
