一种材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置

摘要

本发明公开了一种材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，所述检测装置包括燃烧加热单元、送样单元、气液路单元、电气控制单元以及集成安装所述燃烧加热单元、送样单元、气液路单元和电气控制单元的柜体。本发明提供的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置能够模拟燃气轮机或航空发动机高温部件所处的高温、燃烧尾气、少量盐雾的工况，燃烧尾气可在燃油和天然气之间切换，用于分别模拟燃气轮机和航空发动机的工况，进而获得最接近实际的实验数据，并为燃机高温部件的研发提供帮助。本发明装置一体集成，操控方便且测试结果精准，具有良好的推广应用价值。

权利要求

1.一种材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述检测装置包括燃烧加热单元、送样单元、气液路单元、电气控制单元以及集成安装所述燃烧加热单元、送样单元、气液路单元和电气控制单元的柜体；

其中，所述燃烧加热单元包括管式加热炉和天然气燃烧器，所述管式加热炉包括具有加热组件的炉体和水平贯穿所述炉体设置的异形炉管，所述异形炉管包括入口管、出口管以及设置在入口管和出口管之间且靠近所述出口管设置的膨大段实验区，所述炉体的底部设置有与所述膨大段实验区底部的进样口相对应的炉门和控制炉门开合的第一气缸；所述天然气燃烧器的出气口能够在需要时伸入所述管式加热炉的入口管；

所述送样单元设置在管式加热炉的炉门下方并且包括试样夹具和控制试样夹具升降的第二气缸；

所述气液路单元包括天然气管路、燃油管路、海水管路、主气路、冷却气路和气缸控制气路，所述天然气管路与天然气燃烧器的进气口连接并提供天然气；所述燃油管路和海水管路分别通过喷嘴与管式加热炉中异形炉管的入口管连接并分别提供燃油和海水；所述主气路与天然气燃烧器的进气口或管式加热炉中异形炉管的入口管连接并提供天然气的助燃气或燃油的助燃气；所述冷却气路的出气口靠近所述送样单元设置并提供冷却气；所述气缸控制气路与第一气缸和第二气缸连接并提供控制气分别控制第一气缸和第二气缸的动作；

所述电气控制单元包括与所述燃烧加热单元、送样单元和气液路单元分别电连接的PLC控制器，所述电气控制单元实现对气液路单元中各路的通断控制和流量控制以及对燃烧加热单元和送样单元的动作控制。

2.根据权利要求1所述的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述天然气燃烧器设置在位于柜体上的步进电机导轨上并且能够在步进电机导轨上移动，其中，步进电机与PLC控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述管式加热炉为两半式马弗炉。

4.根据权利要求1所述的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述送样单元还包括设置在试样夹具顶端的试样，所述试样为圆柱状或片状。

5.根据权利要求1所述的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述送样单元还包括旋转电机，所述试样夹具依次与旋转电机和第二气缸连接，所述旋转电机与PLC控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述燃油管路和海水管路分别与压缩空气源连通并通过压缩空气将储存在燃油管路的燃油储罐中的燃油和储存在海水管路的海水储罐中的海水压入所述管式加热炉中。

7.根据权利要求6所述的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述燃油管路和海水管路分别包括加液单元，所述加液单元包括加液管路和设置在加液管路上的加液口、电磁阀、液位计和气控液流阀，其中，所述气控液流阀由主气路提供的助燃气控制。

8.根据权利要求6所述的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述气液路单元中的天然气管路、燃油管路、海水管路和主气路上还依次设置有球阀、过滤器、调压阀、压力表、电磁阀、调节阀和流量计。

9.根据权利要求6所述的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述气液路单元中的气缸控制气路上还依次设置有球阀、过滤器、调压阀、压力表、电磁阀以及分别与第一气缸和第二气缸连接的两个电控滑阀。

10.根据权利要求1所述的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，其特征在于，所述助燃气、冷却气和控制气为压缩空气。

说明书

一种材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置

技术领域

[0001] 本发明属于材料性能检测技术领域，更具体地讲，涉及一种材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置。

背景技术

[0002] 目前，燃气轮机和航空发动机技术是一个国家科技水平的一个标志。我国在这方面由于起步晚与先进发达国家有一定差距，尤其在燃气轮机中最重要的高温部件方面，才刚刚起步，不论是燃气轮机高温部件基材还是基材外面的热障涂层国内都处于研发阶段。抗燃气热腐蚀性能是燃机高温部件及其热障涂层优劣的主要评判性能之一，国内相关航空方面的高效和研究所对高温部件基材及热障涂层有一些初步的研究，部分科研院所有简易的燃气热腐蚀性能的检测装置，但是针对燃气轮机工况的基本没有。

[0003] 实际上，燃气轮机通常处于高温、燃烧尾气和少量盐雾的恶劣工况，这种工况对燃气轮机材料及其防护涂层的热腐蚀性能影响极大，真实地考察燃气轮机材料及其防护涂层在上述恶劣工况下的燃气热腐蚀性能够为燃机高温部件的研发提供帮助。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术中燃气轮机工况下燃气热腐蚀性能检测装置缺失的缺陷，本发明的目的是提供一种能够模拟燃气轮机高温部件及其防护涂层所处的高温、燃烧尾气、少量盐雾的工况并得到材料及其防护涂层在此模拟工况下燃气热腐蚀性能数据的装置。

[0005] 本发明提供了一种材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置，所述检测装置包括燃烧加热单元、送样单元、气液路单元、电气控制单元以及集成安装所述燃烧加热单元、送样单元、气液路单元和电气控制单元的柜体；

[0006] 其中，所述燃烧加热单元包括管式加热炉和天然气燃烧器，所述管式加热炉包括具有加热组件的炉体和水平贯穿所述炉体设置的异形炉管，所述异形炉管包括入口管、出口管以及设置在入口管和出口管之间且靠近所述出口管设置的膨大段实验区，所述炉体的底部设置有与所述膨大段实验区底部的进样口相对应的炉门和控制炉门开合的第一气缸；所述天然气燃烧器的出气口能够在需要时伸入所述管式加热炉的入口管；

[0007] 所述送样单元设置在管式加热炉的炉门下方并且包括试样夹具和控制试样夹具升降的第二气缸；

[0008] 所述气液路单元包括天然气管路、燃油管路、海水管路、主气路、冷却气路和气缸控制气路，所述天然气管路与天然气燃烧器的进气口连接并提供天然气；所述燃油管路和海水管路分别通过喷嘴与管式加热炉中异形炉管的入口管连接并分别提供燃油和海水；所述主气路与天然气燃烧器的进气口或管式加热炉中异形炉管的入口管连接并提供天然气或燃油的助燃气；所述冷却气路的出气口靠近所述送样单元设置并提供冷却气；所述气缸控制气路与第一气缸和第二气缸连接并提供控制气分别控制第一气缸和第二气缸的动作；

[0009] 所述电气控制单元包括与所述燃烧加热单元、送样单元和气液路单元分别电连接的PLC控制器，所述电气控制单元实现对气液路单元中各路的通断控制和流量控制以及对燃烧加热单元和送样单元的动作控制。

[0010] 根据本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的一个实施例，所述天然气燃烧器设置在位于柜体上的步进电机导轨上并且能够在步进电机导轨上移动，其中，步进电机与PLC控制器电连接。

[0011] 根据本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的一个实施例，所述管式加热炉为两半式哈弗炉。

[0012] 根据本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的一个实施例，所述送样单元还包括设置在试样夹具顶端的试样，所述试样为圆柱状或片状。

[0013] 根据本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的一个实施例，所述送样单元还包括旋转电机，所述试样夹具依次与旋转电机和第二气缸连接，所述旋转电机与PLC控制器电连接。

[0014] 根据本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的一个实施例，所述燃油管路和海水管路分别与压缩空气源连通并通过压缩空气将储存在燃油管路的燃油储罐中的燃油和储存在海水管路的海水储罐中的海水压入所述管式加热炉中。

[0015] 根据本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的一个实施例，所述燃油管路和海水管路分别包括加液单元，所述加液单元包括加液管路和设置在加液管路上的加液口、电磁阀、液位计和气控液流阀，其中，所述气控液流阀由主气路提供的助燃气控制。

[0016] 根据本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的一个实施例，所述气液路单元中的天然气管路、燃油管路、海水管路和主气路上还依次设置有球阀、过滤器、调压阀、压力表、电磁阀、调节阀和流量计。

[0017] 根据本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的一个实施例，所述气液路单元中的气缸控制气路上还依次设置有球阀、过滤器、调压阀、压力表、电磁阀以及分别与第一气缸和第二气缸连接的两个电控滑阀。

[0018] 根据本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的一个实施例，所述助燃气、冷却气和控制气为压缩空气。

[0019] 与现有技术相比，本发明提供的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置能够模拟燃气轮机或航空发动机高温部件所处的高温、燃烧尾气、少量盐雾的工况，燃烧尾气可在燃油和天然气之间切换，用于分别模拟燃气轮机和航空发动机的工况，进而获得最接近实际的实验数据，并为燃机高温部件的研发提供帮助。本发明装置一体集成，操控方便且测试结果精准，具有良好的推广应用价值。

附图说明

[0020] 图1示出了根据本发明示例性实施例的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的外部结构示意图。

[0021] 图2示出了根据本发明示例性实施例的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置中管式加热炉的结构示意图。

[0022] 图3示出了根据本发明一个示例性实施例的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的气液路结构示意图。

[0023] 图4示出了根据本发明另一个示例性实施例的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的气液路结构示意图。

[0024] 附图标记说明：

[0025] 10-柜体、20-气液路单元、21-天然气管路、22-燃油管路、23-海水管路、24-主气路、25-冷却气路、26-气缸控制气路、30-燃烧加热单元、31-天然气燃烧器、311-步进电机导轨、32-管式加热炉、321-炉体、322-异形炉管、323-入口管、324-出口管、325-膨大段实验区、326-炉门、327-第一气缸、328-喷嘴、40-送样单元、41-第二气缸、42-旋转电机、43-试样卡具、44-试样；50-加液单元；

[0026] A-球阀、B-过滤器、C-调压阀、D-压力表、E-电磁阀、F-调节阀、G-转子流量计、H-回火器、I-燃油储罐、J-海水储罐、K-质量流量计、L-电控滑阀、M-加液口、N-气控液流阀。

具体实施方式

[0027] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

[0028] 本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

[0029] 下面将对本发明材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的结构和原理进行详细的说明。

[0030] 图1示出了根据本发明示例性实施例的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的外部结构示意图。

[0031] 如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置包括燃烧加热单元30、送样单元40、气液路单元20、电气控制单元(未示出)以及集成安装上述燃烧加热单元30、送样单元40、气液路单元20和电气控制单元的柜体10。其中，燃烧加热单元30实现燃烧天然气或燃油提供燃烧尾气并提供高温氛围的作用，送样系统40控制试样的运动使试样能够在高温、燃气、腐蚀的氛围中和冷却氛围中切换达到所需的实验设置条件，气液路单元20通过多根气路和液路管路实现天然气供给、燃油供给、海水供给、冷却器供给等条件，电气控制单元实现对设备各单元的动作控制。柜体10起支撑、固定元器件并集成装置的作用。

[0032] 其中，为了便于使用、安装和维护，优选地将整个装置集成为图1所示的柜体结构。例如，柜体10台面上是燃烧加热单元30，柜体10内部分为三部分，左边为气液路单元20，中间为电气控制单元并将电气元件安装在此处以便于向两边延伸控制线，右边为送样单元
40。以上仅为一个示例性实施例的布置方式，本发明检测装置的实际布置方式不限于此，可以根据实际工况具体设计。

[0033] 具体地，本发明中的燃烧加热单元30包括管式加热炉32和天然气燃烧器31，实现燃烧天然气或燃油并提供高温氛围的作用，并且使得检测所需的燃烧尾气能够在燃油燃烧工况和天然气燃烧工况之间切换，其中，高温工况由管式加热炉32提供，燃烧尾气由燃油或天然气燃烧的尾气提供，盐雾工况由进入管式加热炉32中的海水提供。

[0034] 图2示出了根据本发明示例性实施例的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置中管式加热炉的结构示意图。如图2所示，本发明中采用的管式加热炉32包括具有加热组件(未示出)的炉体321和水平贯穿炉体321设置的异形炉管322，其中，异形炉管322的异形是指其为变径管，即至少包括膨大的实验区。具体地，异形炉管322包括入口管323、出口管324以及设置在入口管323和出口管324之间且靠近出口管324设置的膨大段实验区325，炉体321的底部设置有与膨大段实验区325底部的进样口相对应的炉门326和控制炉门326开合的第一气缸327。

[0035] 根据图2，异形炉管322的左端是燃油和天然气的燃烧区，炉膛温度较低，海水也从异形炉管322的左侧通入；异形炉管322的右端膨大段燃烧室325是实验区，试样通过下方的进样口伸至膨大段实验区325中以使其处于高温、燃烧尾气、少量盐雾的工况下。由于异形炉管322是钢质的，会在高温盐雾氛围下氧化腐蚀，为了便于更换，本发明的管式加热炉为两半式哈弗炉。

[0036] 其中，天然气燃烧器31可以采用现有结构的天然气燃烧器，可实现自动点火即可，可以控制天然气燃烧器31中的天然气流量为1～10L/min。天然气燃烧器31的出气口能够在需要时与管式加热炉32的入口管323连接，以保证天然气燃烧后的尾气能够准确地被引入管式加热炉32中。优选地，将天然气燃烧器31设置在位于柜体10上的步进电机导轨311上并且能够在步进电机导轨311上移动，由此，当天然气燃烧器31点火成功后即可将天然气燃烧器31的出气口对准并伸入至管式加热炉32的入口管323，从而将天然气火焰和燃烧尾气移到管式加热炉32的异形炉管322内。

[0037] 送样单元40设置在管式加热炉32的炉门326下方并且包括试样夹具43和控制试样夹具43升降的第二气缸41。实际操作时，送样单元40还包括设置在试样夹具43顶端的试样44，试样优选为圆柱状或片状，试样尺寸可以根据工况设计。其中，第二气缸41起升降作用，使安装在试样夹具43上的试样44能够在高温、燃气、盐雾的氛围和空气冷却氛围中来回切换。此外，为了保证试样44接受的高温燃气盐雾及冷却氛围更加均匀，送样单元40还可以包括旋转电机42，试样夹具43依次与旋转电机42和第二气缸41连接，由此试样44能够同时在旋转电机42的作用下旋转。

[0038] 图3示出了根据本发明一个示例性实施例的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的气液路结构示意图，图4示出了根据本发明另一个示例性实施例的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的气液路结构示意图。

[0039] 如图3所示，根据本发明的该示例性实施例，气液路单元包括天然气管路21、燃油管路22、海水管路23、主气路24、冷却气路25和气缸控制气路26。

[0040] 其中，天然气管路21与天然气燃烧器31的进气口连接并提供燃烧用的天然气，以在管式加热炉32中形成天然气尾气氛围。燃油管路22和海水管路23分别通过喷嘴328与管式加热炉32中异形炉管322的入口管323连接并分别提供燃油和海水，其中，燃油用于燃烧并在管式加热炉32中形成燃油尾气氛围，海水则在管式加热炉32中蒸发产生盐雾氛围。

[0041] 主气路24与天然气燃烧器31的进气口或管式加热炉32中异形炉管322的入口管323连接并提供天然气或燃油的助燃气，优选地，主气路24提供的助燃气流量应该为燃油的
15～100倍，天然气燃烧需求的倍。当助燃燃油时，主气路24中的助燃气直接进入管式加热炉32并在燃烧后从管式加热炉32的另一端排出；当助燃天然气时，主气路24中的助燃气先进入到天然气燃烧器31中，点火成功后将火焰通至管式加热炉32中。

[0042] 冷却气路25的出气口靠近送样单元40设置并提供冷却气，以冷却从管式加热炉32中退出的试样，所需压力可以根据工况确定。气缸控制气路26与第一气缸327和第二气缸41连接并提供控制气分别控制第一气缸327和第二气缸41的动作，具体地，可以通过换向阀等实现气缸的动作控制，用以实现试样的升降和炉门的开闭。其中，助燃气、冷却气和控制气均优选为压缩空气。

[0043] 具体至各气路和液路的构成，首先，燃油管路22和海水管路23分别与压缩空气源连通并通过压缩空气将储存在燃油管路22的燃油储罐I中的燃油和储存在海水管路23的海水储罐J中的海水压入管式加热炉32中。其中，燃油流量控制在0.1～0.6L/h，常用0.2L/h；海水流量控制在0.1～0.4L/h，常用0.2L/h。

[0044] 其次，气液路单元20中的天然气管路21、燃油管路22、海水管路23和主气路24上还依次设置有球阀A、过滤器B、调压阀C、压力表D、电磁阀E、调节阀F和流量计，天然气管路21和主气路24上设置的是转子流量计G，燃油管路22和海水管路23上设置的是质量流量计K。气缸控制气路26上依次设置有球阀A、过滤器B、调压阀C、压力表D、电磁阀E以及分别与第一气缸327和第二气缸41连接的两个电控滑阀L。球阀A作为总开关，能够在紧急情况下使用；
过滤器B过滤气体中的杂质，调压阀C限制进入系统中气体的压力在元器件许用范围内，电磁阀E控制管路通断，调节阀F调节管路开度，压力表D显示管路压力，电控滑阀L实现换向。

[0045] 图4示出了根据本发明另一个示例性实施例的材料及其防护涂层的燃气热腐蚀性能检测装置的气液路结构示意图。如图4所示，根据本发明的另一个示例性实施例，燃油管路22和海水管路23还分别包括加液单元50以实现外部加液，其中，加液单元50包括加液管路和设置在加液管路上的加液口M、电磁阀E、液位计(未示出)和气控液流阀N，其中，液位计反馈液位信号，气控液流阀控制加液路的通断并且优选地由主气路24提供的助燃气控制。

[0046] 上述各气路和液路之间可以根据需求进行分支设置以保证利用率，例如，冷却气路25可以为主气路24的分支气路。

[0047] 根据本发明，电气控制单元包括与燃烧加热单元30、送样单元40和气液路单元20分别电连接的PLC控制器(未示出)，PLC作为总处理器能够使电气控制单元实现对气液路单元20中各路的通断控制和流量控制以及对燃烧加热单元30和送样单元40的动作控制。其中，步进电机与PLC控制器电连接，旋转电机42也与PLC控制器电连接。本发明可以采用现有的电气连接方式和电气控制方式，本发明不对此进行具体限制。

[0048] 根据本发明的示例性实施例，采用本发明的材料及其防护涂层燃气热腐蚀检测装置进行检测的动作顺序如下：选择模式(燃油或天然气)→管式加热炉加热至指定温度→通燃油(或天然气点火并通尾气至管式加热炉中的异形炉管)和海水→开炉门、升试样→试样旋转，计时→保持55～60min→退出试样冷却5～10min，计数→如此试样在炉内55～60min、冷却5～10min 25次→取出试样清洗、称重、目视、显微观察→实验结束。

[0049] 本发明的检测装置模拟了燃气轮机或航空发动机高温部件所处的高温、燃烧尾气、少量盐雾的工况，燃烧尾气可在航空煤油和天然气之间切换，用于分别模拟燃气轮机和航空发动机工况，具有实际、有效的检测效果，能够为现有工作提供实验和数据支持。

[0050] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。