大型回轉體耐火性能測試平臺的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種大型回轉體耐火性能測試平臺，包括：模擬加熱裝置，提供真實的加熱環境，并且火焰大小及加熱溫度可控可調；被測件位姿調整平臺，提供被測件的安裝定位接口，并且實現空間五自由度轉動及移動，實現相對空間位置可控可調，真實模擬被測件在溫度場中的姿態；控制系統，實時采集溫度及被測件的位姿信號，并實時控制相關敏感參數。本發明能夠真實、高效的模擬火災現場，并且被測件溫度分布可控可調，安裝定位十分方便，通用性強，為耐火回轉體工件的在實際應用提供參考依據，整套機械系統結構巧妙、高度集成化，安裝定位十分方便，具有開放性、柔性設計、精度高等諸多優點。
【專利說明】大型回轉體耐火性能測試平臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種大型回轉體耐火性能測試平臺。
【背景技術】
[0002]自從美國“9.11”事件以后，世界各國對鋼結構防火問題倍加關注，特別是在艦船及飛機等領域內，一旦發生火災，如果材料本身就不具備防火性甚至可燃燒，那只能帶來更大的火災危害，因此材料自身的防火耐火特性得到極大關注，如:鋼結構防火涂料應在受火時具有良好的隔熱性(厚型防火涂料)、發熱后膨脹隔熱防火(薄型防火涂料)；無機復合防火板在受火時仍然具有較低的熱導率、減緩熱傳導速率；無機纖維不僅有良好的附著力，而且在高溫下的熱導率增加緩慢，板應在受火時不會有較大的萎縮、保持孔隙率、導熱系數不隨溫度的升高而增加太快；柔性卷材在受火時既要膨脹發泡隔熱、還要有良好的附著力。針對不同的應用場合，對不同材料提出不同的耐火分隔等級要求，目前，我國進行材料及產品的耐火試驗，主要采用三面受火簡支梁，即將試件安裝在爐子上部，兩端鉸支于墻上，保證有效跨度約4500mm，加熱，檢測鋼材內部溫度臨界值和跨中撓度最大允許值。對于大型圓柱體、圓錐體等大型回轉件的高溫抗壓強度及耐火度測試，一般是將大型回轉件等比例縮放，放置在高溫爐中或者吊裝在高溫爐口上，進行測試，這種測試方式不僅繁瑣代價高，而且準確性十分之差，整個測試過程敏感參數難以控制，無法真實的模擬材料在實際火災狀況下的耐火性能。
【發明內容】
[0003]鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種大型回轉體耐火性能測試平臺，其能夠真實的模擬火災現場，并且被測件溫度分布可控可調，安裝定位十分方便，通用性強，為耐火回轉體工件的在實際應用提供參考依據。
[0004]本發明提供一種大型回轉體耐火性能測試平臺，包括:模擬加熱裝置，提供真實的加熱環境，并且火焰大小及加熱溫度可控可調；被測件位姿調整平臺，提供被測件的安裝定位接口，并且實現空間五自由度轉動及移動，實現相對空間位置可控可調，真實模擬被測件在溫度場中的姿態；控制系統，實時采集溫度及被測件的位姿信號，并實時控制相關敏感參數。
[0005]模擬加熱裝置，包括:燃燒室、燃燒器、低溫整流器、高溫整流器、風機及供風管路等，所述低溫整流器采用蜂窩結構，高溫整流器采用水冷不銹鋼結構；所述測控系統采集壓力、流量、溫度等信號，燃氣出口溫度及速度由供油壓力及電動風量閥門耦合控制，并實現供風及供油協調一致，使得燃燒效率不低于99%，運行穩定，脈動小。
[0006]作為優選，噴嘴設計采用成熟的離心噴嘴設計，所述燃燒室采用全環燃燒室，產生同等熱量比單個火焰筒耗油量小，并且在給定的參數范圍內穩定、參數易控制，由于運行穩定脈動小，參數易控制，因此更加真實的模擬火災現場，并且延長其使用壽命。
[0007]作為優選，燃燒室出口混合段長度設計為I米，即綜合考慮了使用現場的空間限制，又保證了氣流出口的準直性，而且保證出口氣流均勻性，所述燃燒室壁面及整流器采用耐高溫陶瓷材料，與傳統采用耐熱不銹鋼加冷卻水套的結構相比，極大地減少了能量損失；燃燒室出口設計有可拆卸的防止高溫燃氣反射裝置，即可以保證燃氣流出的準直性，又方便拆卸更換。
[0008]被測件位姿調整平臺，共有橫向平移運動、縱向平移運動、豎直方向平移運動、繞豎直方向轉動及工件自旋運動5個自由度，實現真實模擬工件的與噴射燃氣及火焰之間的相對位置關系；所述橫向移動總成、縱向移動總成及豎直方向移動總成均采用伺服電機加絲杠加滾珠直線導軌的直線驅動方式，其具有集成度高、通用性強、定位精度高、承載力大等優點，所述絲杠均采用具有自鎖功能的TM33螺紋，方便位置調整并使其在調定位置可靠鎖定，保證在系統斷電后不發生‘溜車’現象；在行程兩端均設計雙余度限位開關，起到行程限位和保護作用。
[0009]繞豎直方向轉動總成，包括驅動電機、傳動機構、支撐軸承等，所述傳動機構選擇斜齒圓錐齒輪減速器，速比為5.41:1，以便于空間布置并且實現平穩傳動。
[0010]工件自旋機構，包括驅動電機、減速器、驅動軸、安裝平臺以及工裝等，驅動電機采用直流無刷調速電機驅動，采用可控無極調速方式，從而適應不同回轉體轉速要求；作為優選，安裝機構設計成通用拆裝形式，根據不同工件任務需要，更換工裝；所述安裝平臺為圓盤形鋼制平臺，其上開有T型槽，以便于不同工件安裝、定位；優選地，安裝平臺上設計有安裝定位工裝，工裝采用聚四氟乙烯材料，防止安裝定位過程中對工件產生碰損，并且聚四氟乙烯工裝做成楔形結構，方便安裝定位；所述驅動電機輸出軸端均加裝光電編碼器，不僅以實現位置伺服閉環控制，又可以將信號返回上位機進行實時反饋監控。
[0011]本發明能夠真實、高效的模擬火災現場，并且被測件溫度分布可控可調，安裝定位十分方便，通用性強，為耐火回轉體工件的在實際應用提供參考依據，整套機械系統結構巧妙、高度集成化，安裝定位十分方便，具有開放性、柔性設計、精度高等諸多優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺系軸測圖1 ;
[0013]圖2是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺軸測圖2 ；
[0014]圖3是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺俯視圖；
[0015]圖4是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺左視圖；
[0016]圖5是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺測試位置軸測圖；
[0017]圖6是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺測試位置主視圖；
[0018]圖7是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺測試位置俯視圖。
[0019]圖8是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺轉臺結構示意圖；
[0020]圖9是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺轉臺主視圖；
[0021]圖10是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺轉臺俯視圖；
[0022]圖11是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺轉臺上部軸測圖；
[0023]圖12是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺轉臺上部主視圖；
[0024]圖13是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺轉臺上部剖視圖1 ;
[0025]圖14是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺轉臺上部剖視圖2。
[0026]圖15是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺加熱系統圖。
[0027]圖16是根據本發明的一個實施方式的大型回轉體耐火性能測試平臺燃燒室結構圖。
[0028]圖中:1、火焰噴嘴；2、加熱裝置；3、五自由度平臺；4、地基；5、旋轉電機；6、旋轉電機減速器；7、升降電機；8、自轉電機；9、自轉電機減速器；10、上殼體；11、被測錐體；12、橫向導軌；13、橫向安裝平臺；14、橫向絲杠；15、橫向電機；16、縱向安裝平臺；17、縱向導軌；18、縱向絲杠；19、固定肋板；20、縱向電機；21、滑塊；22、工裝；23、安裝平臺；24、自轉軸；25、軸承；26、軸承；27、端蓋；28、軸承；29、殼體；30、軸承；31、主軸；32、軸承；33、螺母；34、墊圈；35、螺母；36、底部支撐架；37、絲杠；38、固體潤滑軸承；39、螺母；40、安裝支架；41、過渡件；42、升降螺母；43、固體潤滑軸承；44、螺母；45、錐齒輪；46、定位套；47、齒輪軸；48、錐齒輪；49、風機；50、電動風量閥；51、低溫整流器；52、壓力傳感器；53、溫度傳感器；54、流量計；55、高溫整流器；56、高能點火器；57、燃燒室；58、高溫溫度傳感器；59、噴嘴燃油；60、高溫測速計；61、可拆卸防高溫煙氣反射裝置；62、噴嘴；63、旋流杯；64、火焰筒；65、點火器；66、噴嘴進油口。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖詳細說明根據本發明的實施方式。
[0030]如附圖所示，一種大型回轉體耐火性能測試平臺，包括:模擬加熱裝置2，提供真實的加熱環境，并且火焰大小及加熱溫度可控可調；被測件位姿調整平臺3，提供被測件的安裝定位接口，并且實現空間五自由度轉動及移動，實現相對空間位置可控可調，真實模擬被測件在溫度場中的姿態；控制系統，實時采集溫度及被測件的位姿信號，并實時控制相關敏感參數。
[0031]模擬加熱裝置2，包括:燃燒室57、低溫整流器51、高溫整流器55、風機49及供風管路等，所述低溫整流器51采用蜂窩結構，高溫整流器55采用水冷不銹鋼結構；所述測控系統采集壓力、流量、溫度等信號，燃氣出口溫度及速度由供油壓力及電動風量閥門耦合控制，并實現供風及供油協調一致，使得燃燒效率不低于99%，運行穩定，脈動小。
[0032]作為優選，噴嘴62設計采用成熟的離心噴嘴設計，所述燃燒室57采用全環燃燒室，產生同等熱量比單個火焰筒耗油量小，并且在給定的參數范圍內穩定、參數易控制，由于運行穩定脈動小，參數易控制，因此更加真實的模擬火災現場，并且延長其使用壽命。
[0033]作為優選，燃燒室57出口混合段長度設計為I米，即綜合考慮了使用現場的空間限制，又保證了氣流出口的準直性，而且保證出口氣流均勻性，所述燃燒室57壁面及整流器55采用耐高溫陶瓷材料，與傳統采用耐熱不銹鋼加冷卻水套的結構相比，極大地減少了能量損失；燃燒室出口設計有可拆卸的防止高溫燃氣反射裝置，即可以保證燃氣流出的準直性，又方便拆卸更換。
[0034]被測件位姿調整平臺3，共有橫向平移運動、縱向平移運動、豎直方向平移運動、繞豎直方向轉動及工件自旋運動5個自由度，實現真實模擬工件的與噴射燃氣及火焰之間的相對位置關系；所述橫向移動總成、縱向移動總成及豎直方向移動總成均采用伺服電機加絲杠加滾珠直線導軌的直線驅動方式，其具有集成度高、通用性強、定位精度高、承載力大等優點，所述絲杠均采用具有自鎖功能的TM33螺紋，方便位置調整并使其在調定位置可靠鎖定，保證在系統斷電后不發生‘溜車’現象；在行程兩端均設計雙余度限位開關，起到行程限位和保護作用。
[0035]繞豎直方向轉動總成，包括驅動電機、傳動機構、支撐軸承等，所述傳動機構選擇斜齒圓錐齒輪減速器48，速比為5.41:1,以便于空間布置并且實現平穩傳動。
[0036]工件自旋機構，包括驅動電機8、減速器9、驅動軸24、安裝平臺23以及工裝22等，驅動電機8采用直流無刷調速電機驅動，采用可控無極調速方式，從而適應不同回轉體轉速要求；作為優選，安裝機構設計成通用拆裝形式，根據不同工件任務需要，更換工裝22 ；所述安裝平臺23為圓盤形鋼制平臺，其上開有T型槽，以便于不同工件安裝、定位；優選地，安裝平臺23上設計有安裝定位工裝22，工裝22采用聚四氟乙烯材料，防止安裝定位過程中對工件產生碰損，并且聚四氟乙烯工裝做成楔形結構，方便安裝定位；所述驅動電機輸出軸端均加裝光電編碼器，不僅以實現位置伺服閉環控制，又可以將信號返回上位機進行實時反饋監控。
[0037]大型回轉體耐火性能測試平臺的一個示例性實施方式的工作方式如下，也可以其它方式工作。
[0038]如附圖所示，工件自旋驅動機構提供工件的安裝接口，在安裝平臺23上通過螺栓對聚四氟乙烯工裝22進行安裝定位，通過移動安裝平臺23上T型槽內的螺栓，保證聚四氟乙烯工裝22與主軸24之間的同軸度，聚四氟乙烯工裝22做成楔形結構，工件11卡在聚四氟乙烯工裝22上并該安裝定位方式不僅防止安裝定位過程中對工件產生碰損，而且不需利用工件原有安裝孔，避免了對原有安裝孔的磨損或破壞；還起到工件11軸心定位作用，避免偏心引起的振動；不同類型工件只配置不同的工裝即可；采用變頻調速驅動，其轉速可在O?1500rpm范圍內無極調節，根據實際工況的需要，通過控制器設定自旋轉速；電機通過錐齒輪48將運動傳遞到主軸上并帶動工件自旋轉。
[0039]設定風機49的通風流量及壓力，啟動風機49，鼓風機49出來的風，經電動調節閥門及整流裝置后，到達氣體流量計54，以控制進入燃燒室57的風量。待達到點火流量后，自動啟動油泵，達到點火油壓后，自動打開斷油閥，同時間斷點火，待出口溫度升到200°C后，關閉點火器65，自動根據預設參數先調節油壓至預設溫度，再向預設參數方向第一次小幅調節空氣流量，此時出口氣流溫度會變化，然后再自動調節油壓至預設溫度，再向預設參數方向第二次小幅調節空氣流量，然后再自動調節油壓至預設溫度，再向預設參數方向第三次小幅調節空氣流量，如此循環，直到出口溫度和速度均達到預設狀態。此后通過控制器分別控制橫向驅動電機、縱向驅動電機、豎直方向驅動電機以及旋轉電機實現對工件空間位姿的設定，根據實際工況的要求，設定工件自旋轉速度，被測回轉體以一定的空間姿態及轉速，在燃氣或/和火焰中測試其材料的耐火特性，并記錄相應敏感參數。
[0040]本發明能夠真實、高效的模擬火災現場，并且被測件溫度分布可控可調，安裝定位十分方便，通用性強，為耐火回轉體工件的在實際應用提供參考依據，整套機械系統結構巧妙、高度集成化，安裝定位十分方便，具有開放性、柔性設計、精度高等諸多優點。
[0041]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種大型回轉體耐火性能測試平臺，其特征在于，包括: 模擬加熱裝置，提供真實的加熱環境，并且火焰大小及加熱溫度可控可調； 被測件位姿調整平臺，提供被測件的安裝定位接口，并且實現空間五自由度轉動及移動，實現相對空間位置可控可調，真實模擬被測件在溫度場中的姿態； 控制系統，實時采集溫度及被測件的位姿信號，并實時控制相關敏感參數。
2.根據權利要求1所述的大型回轉體耐火性能測試平臺，其特征在于，模擬加熱裝置，包括:燃燒室、燃燒器、低溫整流器、高溫整流器、風機及供風管路等，所述低溫整流器采用蜂窩結構，高溫整流器采用水冷不銹鋼結構；所述測控系統采集壓力、流量、溫度等信號，燃氣出口溫度及速度由供油壓力及電動風量閥門耦合控制，并實現供風及供油協調一致，使得燃燒效率不低于99%，運行穩定，脈動小。
3.根據權利要求1所述的大型回轉體耐火性能測試平臺，其特征在于，噴嘴設計采用成熟的離心噴嘴設計，所述燃燒室采用全環燃燒室，產生同等熱量比單個火焰筒耗油量小，并且在給定的參數范圍內穩定、參數易控制，由于運行穩定脈動小，參數易控制，因此更加真實的模擬火災現場，并且延長其使用壽命。
4.根據權利要求1所述的大型回轉體耐火性能測試平臺，其特征在于，燃燒室出口混合段長度設計為I米，即綜合考慮了使用現場的空間限制，又保證了氣流出口的準直性，而且保證出口氣流均勻性，所述燃燒室壁面及整流器采用耐高溫陶瓷材料，與傳統采用耐熱不銹鋼加冷卻水套的結構相比，極大地減少了能量損失；燃燒室出口設計有可拆卸的防止高溫燃氣反射裝置，即可以保證燃氣流出的準直性，又方便拆卸更換。
5.根據權利要求1所述的大型回轉體耐火性能測試平臺，其特征在于，被測件位姿調整平臺，共有橫向平移運動、縱向平移運動、豎直方向平移運動、繞豎直方向轉動及工件自旋運動5個自由度，實現真實模擬工件的與噴射燃氣及火焰之間的相對位置關系；所述橫向移動總成、縱向移動總成及豎直方向移動總成均采用伺服電機加絲杠加滾珠直線導軌的直線驅動方式，所述絲杠均采用具有自鎖功能的TM33螺紋，方便位置調整并使其在調定位置可靠鎖定，保證在系統斷電后不發生‘溜車’現象；在行程兩端均設計雙余度限位開關，起到行程限位和保護作用；所述自轉傳動機構選擇斜齒圓錐齒輪減速器，速比為5.41:1，以便于空間布置并且實現平穩傳動。
6.根據權利要求1所述的大型回轉體耐火性能測試平臺，其特征在于，工件自旋機構，包括驅動電機、減速器、驅動軸、安裝平臺以及工裝等，安裝機構設計成通用拆裝形式，根據不同工件任務需要，更換工裝；所述安裝平臺為圓盤形鋼制平臺，其上開有T型槽，以便于不同工件安裝、定位；優選地，安裝平臺上設計有安裝定位工裝，工裝采用聚四氟乙烯材料，防止安裝定位過程中對工件產生碰損，并且聚四氟乙烯工裝做成楔形結構，方便安裝定位。
【文檔編號】G01N25/00GK104181190SQ201410427825
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】劉永光, 楊曉偉, 劉文磊, 高曉輝, 程楠楠, 孫健, 王一軒 申請人:北京航空航天大學
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