涡轮盘/叶片榫接高温复合疲劳加载方法及其装置

1、一种涡轮盘/叶片榫接高温复合疲劳加载装置，其特征在于：该装置由低周载荷上加 力机构、低周载荷下加力机构、上传力销钉、下传力销钉、传力主拉力板、左传力顶板、右 传力顶板、传力圆棒、叶片夹具、滚动轴承、滚动轴承、压紧螺栓、压紧螺栓、高周载荷传 递板、高频感应加温圈、激振器组成；低周载荷上加力机构与传力主拉力板通过上传力销钉 相连；传力主拉力板与传力圆棒通过一对滚动轴承相连；左、右传力顶板的下端套装在传力 圆棒上，上端与叶片夹具的承力凸耳通过一对滚动轴承连接；每个承力凸耳分成两半，分别 与叶片夹具上、下两片铸成一体；叶片夹具的上、下两片内腔分别按试验涡轮叶片的叶盆和 叶背型面数据进行精确的数控加工，并通过四个压紧螺栓与涡轮叶片进行连接；涡轮盘通过 下传力销钉与低周载荷下加力机构相连，低周载荷下加力机构固定在疲劳试验机上；高周载 荷传递板通过六个压紧螺栓与叶片夹具相连；激振器位于高周载荷传递板的上方一侧。
2、一种涡轮盘/叶片榫接高温复合疲劳加载方法，通过改变低周载荷的传递路线，将低周 载荷的施力点后移，这样在保证高频振动小载荷顺利传递到榫接并沿各榫齿合理分布应力的 同时，解决了高低周载荷的相互干扰问题；高温复合疲劳载荷是在低周载荷基础上叠加高周 载荷谱，高、低周载荷同时施加，且在试验开始前先进行加温并保持40分钟；其特征在于： 该方法具体步骤如下：
(1)高温的施加：
加温系统主要由高频感应加热炉、指针式电位差毫伏计、热电偶、计算机系统等组成； 采用高频感应加热器，在轮盘试验榫槽周围局部加热，热电偶测温；使用该方法，在工作电 压电流不大的情况下，十分钟即可加至550℃±10℃，并保持恒温，沿榫槽厚度方向基本上 无温度梯度；防止高频感应加热炉在加温一段时间后出现电压电流漂移造成加温不稳定的现 象，建立了一套自动加温系统，实现由微机进行温度控制；热电偶输出温度信号由放大器后 经A/D转换，由计算机进行数据采集，运算处理后输出偏差量，经D/A转换、放大器放大 后，控制高频炉的温度输出调节系统，使高频炉的功率输出在程序设定的数值附近变化，从 而使试件上的温度控制在试验要求的温度范围内；目前的控制精度为±5-10℃，高频率的最 高功率输出为60KW；
(2)低周载荷的施加：
低频离心大载荷由可进行发动机涡轮盘全尺寸低周疲劳试验的菲力轮试验器产生，计算 机中的程序控制电液伺服阀，通过试验器上的液压作动筒同步加载到低周载荷加力机构上， 而后通过传力顶板和叶片夹具上的承力凸耳、传力主拉力板和传力圆棒上的两对滚动轴承推 加到叶片夹具上，利用叶片夹具和涡轮叶片型面衬片间的摩擦力传递到涡轮叶片上，从而顺 利传递到涡轮盘/叶片榫接处；采用多个液压缸对涡轮盘进行多轴同步加载，模拟涡轮盘实际 工作状态；试验器可对直径不超过500mm的轮盘进行试验，至多可安装38个作动筒，每个 作动筒均可施加0-100KN无级可调的载荷，位置可在360度范围内任意确定；电液伺服系统 是实时控制改变液压载荷的主要部件，用计算机控制可实现梯形波、三角波等载荷谱波形； 该系统的额定压力210Kg/cm2，流量Q＝60L/min，供油挂力范围0-210Kg/cm2，额定电流 I＝±30mA，频率特性小于60Hz，流量允差±10％Q，要求供油过滤精度10-15μm；
(3)高周载荷的施加：
高频振动小载荷由电磁激振器提供，包括50Hz和100Hz两种频率，用变频器实现不同 振动频率的改变；激振点距涡轮叶片根部约255mm，激振点处的全振幅用ZZF6-1型电涡流 式位移振幅测量仪测定；振动频率为50Hz时保持激振器间隙为8mm，这时，激振点全振幅 为5mm；振动频率为100Hz时保持间隙为4mm，激振点全振幅为2.5mm；这样，振动载荷 通过高周载荷传递板施加到叶片夹具上，从而顺利地传到涡轮盘/叶片的榫接处；标定结果表 明两种频比下传至榫槽第一榫齿上的振动载荷基本相同。

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