CN102607751B - 涡轴发动机的输出扭矩测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涡轴发动机的输出扭矩测量装置，该装置包括动力涡轮轴、参考轴、动力涡轮音轮、角度传感器及电子控制器。其中，动力涡轮轴包括输入端及输出端，输出端连接有负载。参考轴通过固定端固定安装于输入端，自由端与输出端配合套置，自由端包括轴向延伸的第一测扭齿。动力涡轮音轮固定套置于输出端，动力涡轮音轮包括第二测扭齿，第二测扭齿与第一测扭齿均匀间隔地交叉配合；角度传感器与电子控制器电连接。该装置位于涡轴发动机的前部低温区，提高了测量的精确度。同时，该装置结构简单、操作方便，无需其它的配套设备，减轻了发动机的重量，减小了发动机的气动损失。此外，本装置可以方便地测量出涡轮发动机的输出扭矩及输出功率。

Description

涡轴发动机的输出扭矩测量装置

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，特别地，涉及一种涡轴发动机的输出扭矩测量装置。

背景技术

涡轴发动机通过动力涡轮传动轴将动力涡轮输出的机械功传递至直升机传动***。为在试车时评定涡轴发动机的性能，需要对涡轮发动机的输出功率进行测取。

一般米说，涡轴发动机的输出功率不能直接测取，因此，需通过专用的测量装置获取其它物理量米间接获得输出功率。如：根据功率与扭矩之间的关系，可以通过测量扭矩从而计算出输出功率。

现有的扭矩的测量方式为：在发动机的后部安装扭矩测量装置，同时设置有排气框架，用于安装线路，以便于将扭矩测量装置测得的信号输出。

但是，上述的扭矩测量装置存在如下不足：

1、扭矩测量装置安装于发动机后部温度较高的区域，从而影响了测量的精确度；

2、结构繁琐、操作复杂；

3、与其配套使用的排气框架不仅增加了发动机的重量，也加大了气动损失。

发明内容

本发明目的在于提供一种涡轴发动机的输出扭矩测量装置，以解决现有的扭矩测量装置精确度不高、结构繁琐、操作复杂等的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种涡轴发动机的输出扭矩测量装置，涡轴发动机包括动力涡轮轴，涡轴发动机的输出扭矩测量装置包括参考轴、动力涡轮音轮、用于感测参考轴的转动角度的角度传感器及电子控制器，其中，动力涡轮轴包括输入端及输出端，输出端连接有负载；参考轴套置于动力涡轮轴，参考轴包括固定端及自由端，固定端固定安装于输入端，自由端与输出端配合套置，自由端包括轴向延伸的第一测扭齿；动力涡轮音轮固定套置于输出端，动力涡轮音轮包括第二测扭齿，第二测扭齿与第一测扭齿均匀间隔地交叉配合；角度传感器与电子控制器电连接。

进一步地，还包括用于感测第一测扭齿转动速度的转速传感器，转速传感器与电子控制器电连接。

进一步地，转速传感器集成于角度传感器。

进一步地，动力涡轮轴设置有一环形槽，环形槽位于输入端与输出端之间，动力涡轮轴设置有环形槽的一段为测扭矩段，参考轴套置于测扭矩段，且参考轴与测扭矩段间隙配合。

进一步地，涡轴发动机的输出扭矩测量装置还包括第一销轴，第一销轴将固定端固定安装于输入端。

进一步地，涡轴发动机的输出扭矩测量装置还包括第一锁紧环，第一锁紧环周向地设置在固定端的外周壁。

进一步地，涡轴发动机的输出扭矩测量装置还包括第二销轴，动力涡轮音轮包括固定安装于输出端的安装部，安装部通过第二销轴固定安装于输出端。

进一步地，涡轴发动机的输出扭矩测量装置还包括第二锁紧环，第二锁紧环周向地设置在安装部的外周壁。

进一步地，第一测扭齿沿着自由端的周向均匀地分布，动力涡轮音轮包括固定安装于输出端的安装部，第二测扭齿轴向均匀地连接于安装部。

进一步地，每一第一测扭齿与每一第二测扭齿的外圆直径相等，且截面宽度相等。

进一步地，第一测扭齿与第二测扭齿进行去磁、尖边去毛刺处理。

进一步地，自由端的内壁面喷涂有润滑介质。

本发明具有以下有益效果：本发明的涡轴发动机的输出扭矩测量装置是安装于动力涡轮轴3上的，此部位是涡轴发动机的前部低温区，从而提高了测量的精确度。同时，该装置结构简单、操作方便，无需其它的配套设备，减轻了发动机的重量，减小了发动机的气动损失。此外，本装置可以方便地测量出涡轮发动机的输出扭矩及输出功率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用米提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的涡轴发动机的输出扭矩测量装置的轴向剖面示意图；

图2是图1中A-A方向的剖面示意图；以及

图3是本发明优选实施例的涡轴发动机的输出扭矩测量装置的局部立体示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

结合参见图1至图3，本发明的涡轴发动机的输出扭矩测量装置包括参考轴1及动力涡轮音轮2，该参考轴1及动力涡轮音轮2均安装于涡轴发动机的动力涡轮轴3上。该涡轴发动机的输出扭矩测量装置还包括角度传感器5及电子控制器6。

动力涡轮轴3为实心轴，其包括输入端31及输出端33。其中，输入端31连接动力涡轮(图未示)，输出端33连接有负载。如：直升机的主减速器(图未示)。当动力涡轮做功时，涡轴发动机通过动力涡轮轴3将功率输出给直升机的主减速器。动力涡轮轴3的输入端31与输出端33之间的外周壁向内凹陷，形成一环形槽35。动力涡轮轴3具有该环形槽35的一段为测扭矩段37。

参考轴1为空心套管，其包括固定端11及自由端13。参考轴1套置于动力涡轮轴3上，且覆盖住动力涡轮轴3的测扭矩段37。优选地，参考轴1与该测扭矩段37为间隙配合。

具体地，参考轴1的固定端11固定安装于动力涡轮轴3的输入端31。优选地，固定端11设有径向贯穿的第一安装孔111，输入端31也径向设有与第一安装孔111同轴的第一通孔。将第一销轴41依次穿过固定端11的第一安装孔111及输入端31的第一通孔，从而将参考轴1的固定端11固定安装于动力涡轮轴3的输入端31。更优选地，为了防止第一销轴41滑脱，在参考轴1的固定端11的外周壁周向地设置有第一锁紧环71。该第一锁紧环71限制了第一销轴41的径向位置，从而使得参考轴1的固定端11更牢固地安装于动力涡轮轴3的输入端31。

参考轴1的自由端13活动套置于动力涡轮轴3的输出端33，且该自由端13包括轴向地延伸的多个相间隔的第一测扭齿131。优选地，该第一测扭齿131周向地均匀分布。更优选地，该第一测扭齿131的个数为四个。优选地，在参考轴1的自由端13的内壁喷涂有润滑介质，以减少自由端13与输出端33之间的摩擦力。

动力涡轮音轮2为圆筒状结构，其包括安装部21及多个相间隔的第二测扭齿23。其中，第二测扭齿23轴向地连接于安装部21。优选地，该第二测扭齿23周向地均匀轴向连接于安装部21的端壁。更优选地，该第二测扭齿23的个数为四个。

动力涡轮音轮2固定套置于动力涡轮轴3的输出端33，即：该动力涡轮音轮2位于参考轴1的自由端13。优选地，采用与上述参考轴1的固定端11相同的固定方式，动力涡轮音轮2的安装部21经第二销轴43固定安装于动力涡轮轴3的输出端33。更优选地，采用与上述第一销轴41相同的锁紧方式，在动力涡轮音轮2的安装部21的外周壁设置有第二锁紧环73，以防止第二销轴43的滑脱。

优选地，参考轴1的第一测扭齿131与动力涡轮音轮2的第二测扭齿23的外圆直径是相等，且每一第一测扭齿131与每一第二测扭齿23的截面宽度也是相等的。优选地，第一测扭齿131与第二测扭齿23都需要进行去磁、尖边去毛刺处理。

参考轴1的第一测扭齿131与动力涡轮音轮2的第二测扭齿23相对地交叉配合，且每相邻的第一测扭齿131与第二测扭齿23之间有规定的间隔，且相邻的第一测扭齿131与第二测扭齿23之间的间隔是均匀的。在第一测扭齿131与第二测扭齿23的上方设置有上述的角度传感器5。

使用时，当动力涡轮带动动力涡轮轴3旋转时，动力涡轮音轮2及参考轴1跟随动力涡轮轴3一起旋转。在旋转的过程中，当动力涡轮轴3因扭矩作用力发生扭转变形时，参考轴1固定端11固定于动力涡轮轴3的输入端31，自由端13以及第一测扭齿131由于没有固定，同时由于参考轴1因惯性、空气阻力等原因发生的自身扭转变形非常小，可以忽略不计，因此，参考轴1的自由端13的第一测扭齿131可以表征动力涡轮轴3输入端31的角向位置。同理，动力涡轮音轮2固定于动力涡轮轴3输出端33，动力涡轮音轮2的第二测扭齿23也是自由的，因此，动力涡轮音轮2的第二测扭齿23可以表征动力涡轮轴3输出端33的角向位置。这样，当动力涡轮轴3的输入端31与输出端33之间因扭矩作用力扭转了角度A时，参考轴1自由端13的第一测扭齿131相对于动力涡轮音轮2的第二测扭齿23也扭转了角度A，即第一测扭齿131以与之相邻的第二测扭齿23为参照物旋转了角度A。同时，角度传感器5测取了角度A，并将获取的角度A转化为第一电信号发送给上述的电子控制器6进行处理。电子控制器6根据角度A与涡轴发动机的输出扭矩之间的关系，从而可以得知涡轴发动机的输出扭矩。

优选地，在第一测扭齿131的上方还设置有转速传感器。当参考轴1与动力涡轮轴3跟随动力涡轮旋转时，自由端13的第一测扭齿131与之相邻的第二测扭齿23具有一定的转速。该转速传感器采集第一测扭齿131和与之相邻的第二测扭齿23在单位时间内通过该转速传感器的齿数，并将获取的齿数转化为第二电信号发送给上述的电子控制器6。因为转速传感器的轴旋转一圈的齿数是已知的，因此电子控制器6可以根据得到的单位时间内通过的齿数求出参考轴1与动力涡轮轴3的转速。又因为涡轮发动机的输出功率与以上得到的输出扭矩及转速具有特定的函数关系，因此，电子控制器6根据上述的得到的角度A及转速可以得到涡轴发动机的输出功率。

在其它实施方式中，可以将上述的角度传感器5与转速传感器集成为兼具采集角度与转速的复合传感器。复合传感器可以同时采集自由端13的第一测扭齿131与第二测扭齿23旋转的角度A及转速，并将采集到的角度A及转速转化为第三电信号发送到上述的电子控制器6。同理，涡轮发动机的输出功率与角度A及转速之间具有一定的关系。因此，电子控制器6根据角度A及转速可以直接得到涡轴发动机的输出功率。

由以上可知，本发明的涡轴发动机的输出扭矩测量装置是安装于动力涡轮轴3上的，此部位是涡轴发动机的前部低温区，从而提高了测量的精确度。同时，该装置结构简单、操作方便，无需其它的配套设备，减轻了发动机的重量，减小了发动机的气动损失。此外，本装置可以方便地测量出涡轮发动机的输出扭矩及输出功率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员米说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种涡轴发动机的输出扭矩测量装置，所述涡轴发动机包括动力涡轮轴(3)，其特征在于，所述涡轴发动机的输出扭矩测量装置包括参考轴(1)、动力涡轮音轮(2)、用于感测所述参考轴(1)的转动角度的角度传感器(5)及电子控制器(6)，其中，

所述动力涡轮轴(3)包括输入端(31)及输出端(33)，所述输出端(33)连接有负载；

所述参考轴(1)套置于所述动力涡轮轴(3)，所述参考轴(1)包括固定端(11)及自由端(13)，所述固定端(11)固定安装于所述输入端(31)，所述自由端(13)与所述输出端(33)配合套置，所述自由端(13)包括轴向延伸的第一测扭齿(131)；

所述动力涡轮音轮(2)固定套置于所述输出端(33)，所述动力涡轮音轮(2)包括第二测扭齿(23)，所述第二测扭齿(23)与所述第一测扭齿(131)均匀间隔地交叉配合；

所述角度传感器(5)与所述电子控制器(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，还包括用于感测所述第一测扭齿(131)转动速度的转速传感器，所述转速传感器与所述电子控制器(6)电连接。

3.根据权利要求2所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，所述转速传感器集成于所述角度传感器(5)。

4.根据权利要求1所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，所述动力涡轮轴(3)设置有一环形槽(35)，所述环形槽(35)位于所述输入端(31)与所述输出端(33)之间，所述动力涡轮轴(3)设置有所述环形槽(35)的一段为测扭矩段(37)，所述参考轴(1)套置于所述测扭矩段(37)，且所述参考轴(1)与所述测扭矩段(37)间隙配合。

5.根据权利要求1所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，所述涡轴发动机的输出扭矩测量装置还包括第一销轴(41)，所述第一销轴(41)将所述固定端(11)固定安装于所述输入端(31)。

6.根据权利要求5所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，所述涡轴发动机的输出扭矩测量装置还包括第一锁紧环(71)，所述第一锁紧环(71)周向地设置在所述固定端(11)的外周壁。

7.根据权利要求1所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，所述涡轴发动机的输出扭矩测量装置还包括第二销轴(43)，所述动力涡轮音轮(2)包括固定安装于所述输出端(33)的安装部(21)，所述安装部(21)通过所述第二销轴(43)固定安装于所述输出端(33)。

8.根据权利要求7所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，所述涡轴发动机的输出扭矩测量装置还包括第二锁紧环(73)，所述第二锁紧环(73)周向地设置在所述安装部(21)的外周壁。

9.根据权利要求1所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，所述第一测扭齿(131)沿着所述自由端(13)的周向均匀地分布，所述动力涡轮音轮(2)包括固定安装于所述输出端(33)的安装部(21)，所述第二测扭齿(23)轴向均匀地连接于所述安装部(21)。

10.根据权利要求1所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，每一所述第一测扭齿(131)与每一所述第二测扭齿(23)的外圆直径相等，且截面宽度相等。

11.根据权利要求1所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，所述第一测扭齿(131)与所述第二测扭齿(23)进行去磁、尖边去毛刺处理。

12.根据权利要求1所述的涡轴发动机的输出扭矩测量装置，其特征在于，所述自由端(13)的内壁面喷涂有润滑介质。

Images