CN106601115B - 一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，能够清晰的展示可拆卸盘鼓型转子的结构和工作原理，并能在实验台上进行相关实验，方便于教学演示与科研工作的使用，所采用的技术方案为：包括台座上依次同轴设置的电动机、后轴、转子主体和前轴，电动机的输出轴通过联轴器与后轴连接，转子主体套设在后轴和前轴上，后轴通过轴承支承在后轴承座上，前轴通过轴承支承在前轴承座上，所述电动机、联轴器、后轴承座和前轴承座均固定在台座上，所述转子主体包括依次固定连接的九级轮盘和篦齿盘，每级轮盘上均固设有若干叶片，所述后轴与篦齿盘固连，所述前轴与第三级轮盘固连。

Description

一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台

技术领域

本发明涉及航空发动机教学工具技术领域，具体涉及一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台。

背景技术

对于航空发动机这类大型动力装备，转子在运行(特别是启动)的过程中，会由于各种原因，使机组产生振动，当振动超标时甚至导致机组损坏。这种振动往往由以下故障引发，转子质量不平衡、转子弯曲、转子不对中、间隙不足等等。随着航空发动机向着高性能、高效率发展，其发生振动的可能性大大增加。因此研究振动的机理、正确诊断产生振动的原因和预防振动对机组的安全至关重要。各大学院校航空工程相关专业也都将《航空燃气轮机原理》课程作为重要的专业主干课程，航空发动机转子试验台是《航空燃气轮机原理》课程实验的重要实验仪器，对于学生理解课堂知识，增加实践经验有重要作用。

目前市场中相关产品种类繁多，可以实现转子振动状态的模拟和转子相关振动特性的检测，实现教学目的。但是，现有产品普遍存在转子类型单一的问题，几乎没有针对航空发动机可拆卸盘鼓型转子的实验台，导致实际教学中，学生难以理解可拆卸盘鼓型转子的结构特点和工作原理，降低了课堂效率，同时影响教学活动的进一步开展。

因此，针对以上问题，有必要设计一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，使学生能实地接触到航空发动机可拆卸盘鼓型转子，为相关的实验教学与科研工作提供方便。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，能够清晰的展示可拆卸盘鼓型转子的结构和工作原理，并能在实验台上进行相关实验，方便于教学演示与科研工作的使用。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括台座上依次同轴设置的电动机、后轴、转子主体和前轴，电动机的输出轴通过联轴器与后轴连接，转子主体套设在后轴和前轴上，后轴通过轴承支承在后轴承座上，前轴通过轴承支承在前轴承座上，所述电动机、联轴器、后轴承座和前轴承座均固定在台座上，所述转子主体包括依次固定连接的九级轮盘和篦齿盘，每级轮盘上均固设有若干叶片，所述后轴与篦齿盘固连，所述前轴与第三级轮盘固连。

所述九级轮盘和篦齿盘均开设有中心孔，所述前轴的外端支承在前轴承座上，内端穿过第一级轮盘和第二级轮盘的中心孔与第三级轮盘固定连接；所述后轴的外端支承在后轴承座上，内端与篦齿盘固定连接。

所述前轴为空心法兰轴，第三级轮盘和第四级轮盘间设置有前轴后段，第三级轮盘和前轴后段上均布有通孔，前轴法兰、第三级轮盘和前轴后段通过短螺栓连接成整体，前轴后段和第四级轮盘上均设置环状凸台，且两个环状凸台焊接连接。

所述前轴上设有用于对前轴承座轴承轴向定位的凸缘，轴与法兰之间采用渐变式过度，过度段上设有篦齿。

所述后轴为阶梯法兰轴，后轴外端为实心轴，实心轴上开设有用于与联轴器连接的键槽；后轴内端为空心法兰轴，第六级轮盘上设置有带法兰的凸台，第七级轮盘、第八级轮盘、第九级轮盘和篦齿盘上均布有通孔，第六级轮盘凸台、第七级轮盘、第八级轮盘、第九级轮盘、篦齿盘和后轴法兰通过长螺栓连接成整体。

所述第一级轮盘、第六级轮盘、第七级轮盘、第八级轮盘和第九级轮盘均采用单边鼓筒结构，第七级轮盘、第八级轮盘和第九级轮盘的鼓筒外侧设置有凸缘，所述凸缘与前一级轮盘外缘配合连接；第二级轮盘、第三级轮盘、第四级轮盘和第五级轮盘采用双边鼓筒结构。

所述各级轮盘的轮缘上开设燕尾形榫槽，叶片的榫头与轮盘的燕尾形榫槽配合连接，并采用锁片固定。

所述叶片的横向截面形状均采用C4型截面，且采用相同的展弦比。

与现有技术相比，本发明在台座上设置电动机、后轴、转子主体和前轴，由电动机提供动力，电动机与后轴之间通过联轴器连接，后轴的输出端连接转子主体上的篦齿盘，利用后轴驱动转子主体，转子主体有九级结构不同的安装有叶片的轮盘和篦齿盘组成，通过不同的连接方式连接为一个整体，前轴连接在转子主体的三级轮盘上，起支承作用，转子运行状况的模拟和零部件相关特性的研究均通过转子主体实现，进行航空发动机可拆卸盘鼓型转子运行展示实验时，启动电动机，即可实现航空发动机可拆卸盘鼓型转子运行演示，每级轮盘上都安装有一定数量的叶片，可以在叶片上安装相应的传感器，研究叶片的振动情况以及叶片的布置和叶片的振动对轮盘强度的影响，即可实现对转子叶片和转子整体振动特性的研究。本发明实现了航空发动机可拆卸盘鼓型转子运行状况的模拟和各零部件相关特性的研究的目的，能够清晰的展示可拆卸盘鼓型转子的结构和工作原理，并能在实验台上进行相关实验，方便于教学演示与科研工作的使用。

进一步，前轴和后轴都采用空心轴设计，最大限度贴近多轴式航空发动机转子的真实情况，便于展示航空发动机低压压气机转子轴和高压压气机转子轴的工作原理。

进一步，第一级轮盘至第六级轮盘之间采用焊接连接，真实展示航空发动机可拆卸盘鼓型转子轮盘之间的连接方式，焊缝位置布置合理，可以对工作状态下焊缝的性质进行检测，便于研究焊接连接对鼓筒强度的影响。

进一步，第六级轮盘至第九级轮盘、篦齿盘和后轴之间采用长螺栓连接，真实展示航空发动机可拆卸盘鼓型转子轮盘之间的连接方式，并且便于轮盘的装卸。采用多组长螺栓连接转子主体和后轴，便于研究长螺栓的布置对转子整体振动特性的影响，此外还可以研究螺栓预紧度对转子整体振动特性的影响。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为前轴的立体图；

图3为后轴的立体图；

图4为叶片与轮盘安装方式的放大立体图；

图5为转子主体的立体图；

图6为转子主体第一级轮盘至第五级轮盘以及前轴装配完成后的立体图；

图7为转子主体第六级轮盘至第九级轮盘以及篦齿盘、后轴装配完成后的立体图；

其中，1电动机、2联轴器、3后轴承座、4后轴、5转子主体、6前轴、7前轴承座、8台座、9第一级轮盘、10第二级轮盘、11第三级轮盘、12第四级轮盘、13第五级轮盘、14第六级轮盘、15第七级轮盘、16第八级轮盘、17第九级轮盘、18篦齿盘、19叶片、20锁片、21短螺栓、22螺母、23前轴后段、24长螺栓。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。

本发明包括电动机1、可拆卸盘鼓型转子和台座8；电动机1和可拆卸盘鼓型转子固定在台座8上；可拆卸盘鼓型转子包括前轴承座7、后轴承座3、前轴6、后轴4和转子主体5；前轴承座7和后轴承座3固定在台座8上，前轴承座7上安装有前轴6，后轴承座3上安装有后轴4；后轴4为输入轴，前轴6仅起支承作用，工作装置为转子主体5；前轴6和后轴4通过轴承支撑在前轴承座7和后轴承座3上；前轴6连接在转子主体5的第三级轮盘11上；后轴4连接在转子主体5的篦齿盘18上；前轴6与转子主体5第三级轮盘11之间采用短螺栓21连接；后轴4与转子主体5的篦齿盘18之间采用长螺栓24连接；电动机1的输出轴通过联轴器2连接后轴4的输入端，后轴4的输出端通过长螺栓24连接到转子主体5。

转子主体5包括九级轮盘和篦齿盘18，每级轮盘上安转有若干叶片19，所有九级轮盘和篦齿盘18都开有中心孔；第一级轮盘9和第二级轮盘10中心孔孔径较其它轮盘大，以便前轴6后端能穿过；第一级轮盘9和第二级轮盘10之间采用焊接连接；第二级轮盘10和第三级轮盘11之间采用焊接连接；第三级轮盘11与前轴6、前轴后段23采用螺栓连接的方式连接成一个整体；前轴后段23与第四级轮盘12采用焊接连接；第三级轮盘11与第四级轮盘12之间采用焊接连接；第四级轮盘12与第五级轮盘13采用焊接连接；第五级轮盘13与第六级轮盘14采用焊接连接；第六级轮盘14与第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17、篦齿盘18、后轴4采用螺栓连接的方式连接成一个整体。

各级轮盘上安装的叶片19的横向截面形状均采用C4型截面，采用相同的展弦比，叶片尾部均采用基本型轴向燕尾形榫头。各级轮盘轮缘上开有与旋转中心轴成一定角度的榫槽，各级轮盘上的榫槽均采用基本型轴向燕尾形榫槽；各级叶片与相应轮盘之间通过燕尾形榫槽和榫头配合连接，使用锁片20固定。

第一级轮盘9采用单边鼓筒结构，第二级轮盘10、第三级轮盘11、第四级轮盘12、第五级轮盘13采用双边鼓筒结构；第四级轮盘12的前侧带有一圈环状凸台，与前轴后段23采用焊接的方式连接为一体；第六级轮盘14、第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17采用单边鼓筒结构；第六级轮盘14无鼓筒一侧设计有一带有法兰的凸台，法兰上通孔对称分布；第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17上都开有绕中心轴对称分布的通孔；第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17的鼓筒外侧加工有凸缘，凸缘与前一级轮盘外缘配合连接。用于连接第六级轮盘14、第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17、篦齿盘18和后轴4的螺纹连接件采用长螺栓24和螺母22；用于连接第三级轮盘11、前轴6和前轴后段23的螺纹连接件采用短螺栓21和螺母22。

参见图1，本发明包括：电动机1、联轴器2、前轴承座7、后轴承座3、台座8、后轴4、前轴6、转子主体5。

电动机1、前轴承座7和后轴承座3固定在台座8上；电动机1的输出轴通过联轴器2连接后轴4的输入端，后轴4的输出端使用长螺栓24连接转子主体5上的篦齿盘18；转子主体5有九级结构不同的安装有叶片19的轮盘和篦齿盘18组成，并通过不同的连接方式连接为一个整体；前轴6使用短螺栓21连接在转子主体5的第三级轮盘11上，仅起支承作用。

本发明以实现航空发动机可拆卸盘鼓型转子运行状况的模拟和各零部件相关特性的研究为目的。转子运行状况的模拟和零部件相关特性的研究均通过转子主体5实现；动力由电动机1提供；电动机1与后轴4之间通过联轴器2连接。进行航空发动机可拆卸盘鼓型转子运行展示实验时，启动电动机1，即可实现航空发动机可拆卸盘鼓型转子运行演示，在相应位置布置适当的传感器，即可实现对转子叶片19和转子整体振动特性的研究。

参见图2，前轴6为空心法兰轴，轴端支承在轴承上，轴上的凸缘用于前轴承座轴承的轴向定位；法兰与转子主体的三级轮盘连接，法兰上的通孔采用对称分布；轴与法兰之间采用渐变式过度，过度段上加工有篦齿。

参见图3，后轴4为阶梯法兰轴，左端轴肩用于联轴器的轴向定位；轴上凸缘用于后轴承座轴承的轴向定位；法兰与转子主体的篦齿盘连接，法兰上的通孔采用对称分布；轴与法兰之间采用渐变式过度；图示后轴左端部分采用实心轴设计，以方便键槽的加工，和保证键槽的强度。

参见图4、图5，转子主体5包括第一级轮盘9、第二级轮盘10、第三级轮盘11、第四级轮盘12、第五级轮盘13、第六级轮盘14、第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17、篦齿盘18、叶片19、锁片20。

可拆卸盘鼓型转子结构与工作原理的展示是该实验台的重要功能，可拆卸盘鼓型转子的结构多种多样，本实验台旨在展示拉杆螺栓式可拆卸盘鼓型转子的结构与工作原理。依照可拆卸盘鼓型转子的实际结构，转子主体5上每级轮盘和篦齿盘18都开有中心孔，为方便前轴6的安装，第一级轮盘9和第二级轮盘10的中心孔较其他轮盘大，另外每级轮盘上安转有若干叶片19，各级轮盘轮缘上开有与旋转中心轴成一定角度的燕尾型榫槽，叶片19的燕尾型榫头与轮盘榫槽采用过度配合连接，并使用锁片20固定。第一级轮盘9采用单边鼓筒结构，第二级轮盘10、第三级轮盘11、第四级轮盘12、第五级轮盘13采用双边鼓筒结构，第三级轮盘11上开有绕中心轴对称分布的通孔，第四级轮盘12的前侧带有一圈环状凸台。第六级轮盘14、第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17和篦齿盘18采用单边鼓筒结构，第六级轮盘14无鼓筒一侧设计有一带有法兰的凸台，法兰上通孔对称分布，第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17和篦齿盘18上都开有绕中心轴对称分布的通孔，第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17和篦齿盘18的鼓筒外侧加工有凸缘，凸缘与前一级轮盘外缘采用过盈配合连接。叶片19横截面均采用C4叶型，且采用相同的展弦比。

参见图6、图7，转子主体5各零部件之间以及转子主体5与前轴6和后轴4的连接方式各不相同。可拆卸盘鼓型转子常用的连接方式有长螺栓连接、短螺栓连接和焊接，本实验台旨在贴近实际情况展示拉杆式可拆卸盘鼓型转子的结构和工作原理，采用的连接方式有焊接、长螺栓连接和短螺栓连接。主要连接件包括短螺栓21、长螺栓24、螺母22。

转子主体中，第一级轮盘9和第二级轮盘10之间采用焊接连接，第二级轮盘10和第三级轮盘11之间采用焊接连接，第三级轮盘11与前轴6、前轴后段23采用短螺栓21连接成一体，前轴6法兰、三级轮盘11和前轴后段23法兰上的通孔应在三级轮盘11与前轴6、前轴后段23装配完成后一次钻出。前轴后段23与四级轮盘12上的环状凸台采用焊接连接，第三级轮盘11与第四级轮盘12之间采用焊接连接，第四级轮盘12与第五级轮盘13采用焊接连接，第五级轮盘13与六级轮盘14采用焊接连接，第六级轮盘14与第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17、篦齿盘18、后轴4采用长螺栓24连接成一体，第六级轮盘14法兰、第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17、篦齿盘18、后轴4法兰上的通孔应在第六级轮盘14与第七级轮盘15、第八级轮盘16、第九级轮盘17、篦齿盘18、后轴4装配完成后一次钻出。上述焊接连接均采用摩擦焊。

本发明提出一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，以解决实际教学实验和科研活动中，航空燃气轮机结构与工作原理演示实验过程，内容展示不清晰和转子结构不完整的问题。属于航空发动机转子试验台设计领域的技术发明，具有实用性强、应用范围广、生产成本低、操作方便、展示清晰明了等优点。

Claims (8)

1.一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，其特征在于，包括台座(8)上依次同轴设置的电动机(1)、后轴(4)、转子主体(5)和前轴(6)，电动机(1)的输出轴通过联轴器(2)与后轴(4)连接，转子主体(5)套设在后轴(4)和前轴(6)上，后轴(4)通过轴承支承在后轴承座(3)上，前轴(6)通过轴承支承在前轴承座(7)上，所述电动机(1)、联轴器(2)、后轴承座(3)和前轴承座(7)均固定在台座(8)上，所述转子主体(5)包括依次固定连接的九级轮盘和篦齿盘(18)，每级轮盘上均固设有若干叶片(19)，在叶片相应位置布置适当的传感器；所述后轴(4)与篦齿盘(18)固连，所述前轴(6)与第三级轮盘(11)固连；所述前轴(6)为空心法兰轴，所述后轴(4)为阶梯法兰轴，后轴(4)外端为实心轴，后轴(4)内端为空心法兰轴；

第一级轮盘(9)和第二级轮盘(10)之间采用焊接连接；第二级轮盘(10)和第三级轮盘(11)之间采用焊接连接；前轴后段(23)与第四级轮盘(12)采用焊接连接；第三级轮盘(11)与第四级轮盘(12)之间采用焊接连接；第四级轮盘(12)与第五级轮盘(13)采用焊接连接；第五级轮盘(13)与第六级轮盘(14)采用焊接连接；

第六级轮盘(14)上设置有带法兰的凸台，第七级轮盘(15)、第八级轮盘(16)、第九级轮盘(17)和篦齿盘(18)上均布有通孔，第六级轮盘(14)凸台、第七级轮盘(15)、第八级轮盘(16)、第九级轮盘(17)、篦齿盘(18)和后轴法兰通过长螺栓(24)连接成整体。

2.根据权利要求1所述的一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，其特征在于，所述九级轮盘和篦齿盘(18)均开设有中心孔，所述前轴(6)的外端支承在前轴承座(7)上，内端穿过第一级轮盘(9)和第二级轮盘(10)的中心孔与第三级轮盘(11)固定连接；所述后轴(4)的外端支承在后轴承座(3)上，内端与篦齿盘(18)固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，其特征在于，第三级轮盘(11)和第四级轮盘(12)间设置有前轴后段(23)，第三级轮盘(11)和前轴后段(23)上均布有通孔，前轴法兰、第三级轮盘(11)和前轴后段(23)通过短螺栓(21)连接成整体，前轴后段(23)和第四级轮盘(12)上均设置环状凸台，且两个环状凸台焊接连接。

4.根据权利要求3所述的一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，其特征在于，所述前轴(6)上设有用于对前轴承座轴承轴向定位的凸缘，轴与法兰之间采用渐变式过度，过度段上设有篦齿。

5.根据权利要求2所述的一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，其特征在于，所述实心轴上开设有用于与联轴器(2)连接的键槽。

6.根据权利要求4所述的一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，其特征在于，所述第一级轮盘(9)、第六级轮盘(14)、第七级轮盘(15)、第八级轮盘(16)和第九级轮盘(17)均采用单边鼓筒结构，第七级轮盘(15)、第八级轮盘(16)和第九级轮盘(17)的鼓筒外侧设置有凸缘，所述凸缘与前一级轮盘外缘配合连接；第二级轮盘(10)、第三级轮盘(11)、第四级轮盘(12)和第五级轮盘(13)采用双边鼓筒结构。

7.根据权利要求1所述的一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，其特征在于，所述各级轮盘的轮缘上开设燕尾形榫槽，叶片(19)的榫头与轮盘的燕尾形榫槽配合连接，并采用锁片(20)固定。

8.根据权利要求7所述的一种航空发动机可拆卸盘鼓型转子实验台，其特征在于，所述叶片(19)的横向截面形状均采用C4型截面，且采用相同的展弦比。