CN110426208B - 一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置 - Google Patents

一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，包括电机、增速箱、试验盘、引电器、高温加热炉、数据采集***、若干轴承支架和联轴器，电机与增速箱通过联轴器连接，增速箱通过联轴器与试验盘连接，试验盘设置在高温加热炉内部，轴承支架设置在试验盘两端以及引电器前端，信号采集***与引电器连接，本发明解决了需要在航空发动机整机中进行的多轮试验的问题，变为可以在实验室环境模拟不同试验工况条件下的高温应变计安装工艺参数的考核验证，从而可以预先发现现有的工艺参数的不足，进行改进，量化工艺参数，有效提高高温应变计的存活率。

Description

一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置
技术领域
本发明属于航空发动机高温高转速测试技术领域，尤其涉及一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置。
背景技术
涡轮转子叶片是航空发动机的关键件，在航空发动机的研制中需要测量其在工作环境下的振动应力。目前要定量获得涡轮转子叶片的振动应力一般采用高温应变计测量的方式进行，影响应变计试验成活率的最主要因素为涡轮转子转速和环境温度。虽然安装高温应变计有相应的工艺规程，但是其只是通用的规程，根据实际不同发动机的试验条件，仍需对工艺参数作出量化调整。若在发动机整机上通过多轮试验进行该项工作，不仅浪费人力、物力，还耽误了发动机试验进度。因此，设计简单易行、同时可模拟试验工况的试验装置进行高温应变计安装工艺参数验证考核显得尤为重要。
发明内容
本发明目的：提供一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，该装置可以在实验室环境模拟不同试验工况条件下的高温应变计安装工艺参数的考核验证，从而可以预先发现现有的工艺参数的不足，进行改进，量化工艺参数，有效提高高温应变计的存活率。
本发明的技术方案：
一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，包括电机、增速箱、试验盘、引电器、高温加热炉、数据采集***、若干轴承支架和联轴器，所述的电机与增速箱通过联轴器连接，所述的增速箱通过联轴器与试验盘连接，所述的试验盘设置在高温加热炉内部，所述的轴承支架设置在试验盘两端以及引电器前端，所述的数据采集***与引电器连接。
还包括转速传感器、振动传感器、温度传感器，所述的转速传感器、振动传感器、温度传感器均与数据采集***连接，转速传感器设置在电机转子上，振动传感器设置在轴承支架上，温度传感器设置在试验盘的盘面上。
还包括高温应变计和信号源，所述的高温应变计设置在试验盘的盘面，所述的信号源与高温应变计连接。
所述的引电器与外部的引电器冷却***连接。
所述的轴承支架包括轴承座和轴承，所述的轴承设置在轴承座内，所述的轴承为高速深沟球轴承，所述轴承支架还与外部的轴承冷却润滑***连接。
所述的试验盘包括盘面和转轴，径向方向上，转轴与盘面采用多个凸台和凹槽匹配咬合连接，轴向方向上，转轴与盘面采用S型销钉连接，S型销钉将盘面固定在转轴上。
所述的联轴器包括两个连接盘及尼龙绳，所述的两个连接盘通过尼龙绳固定连接。
所述的高温加热炉温度加热范围为20-1100℃。
所述的增速箱增速比为24。
所述的盘面材料为GH4169，转轴材料为40CrA，所述的盘面边缘厚度小于盘面中心厚度，所述的转轴为中空结构，所述的转轴两端设置有平衡块。
本发明的有益效果：提供一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，解决了需要在航空发动机整机中进行的多轮试验的问题，变为可以在实验室环境模拟不同试验工况条件下的高温应变计安装工艺参数的考核验证，从而可以预先发现先有的工艺参数的不足，进行改进，量化工艺参数，有效提高高温应变计的存活率，本发明操作简单，提高了工作效率，使航空发动机整机试验的一次成功成为可能，极大地节约了航空发动机试车经费，取得了可观的经济效益。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图
图2为本发明原理图；
图3为试验盘剖视图；
图4为高温加热炉与试验盘安装示意图；
图中标识：1、电机，2、联轴器，3、增速箱，4、轴承支架，5、转轴，6、盘面，7、高温加热炉，8、引电器，9、数据采集***，10、保热层，11、炉芯，12、电炉丝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的介绍，本发明所述的一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，包括电机1、增速箱3、试验盘、引电器8、高温加热炉7、数据采集***9、若干轴承支架4和联轴器2，所述的电机1与增速箱3通过联轴器2连接，所述的增速箱3通过联轴器2与试验盘连接，所述的试验盘设置在高温加热炉7内部，所述的轴承支架4设置在试验盘两端以及引电器8前端，所述的数据采集***9与引电器8连接，电机1、联轴器2、增速箱3、轴承支架4组成传动***用于对试验盘带转产生一定的离心负荷，以模拟高温应变计在实际试验中所受的负荷。
还包括转速传感器、振动传感器、温度传感器，所述的转速传感器、振动传感器、温度传感器均与数据采集***9连接，转速传感器设置在电机1转子上，振动传感器设置在轴承支架4上，温度传感器设置在试验盘的盘面6上。
还包括高温应变计和信号源，所述的高温应变计设置在试验盘的盘面6半径125mm处，所述的信号源与高温应变计连接，为高温应变计提供检测信号。
所述的引电器8与外部的引电器冷却***连接。
所述的轴承支架4包括轴承座和轴承，所述的轴承设置在轴承座内，所述的轴承为高速深沟球轴承，配合所述冷却润滑***对其进行冷却和润滑，可以保证旋转试验盘最高30000r/min的试验条件下的正常工作，所述轴承支架4还与外部的轴承冷却润滑***连接，用于确保轴承的运行安全。
设计轴承支架4的目的：①保证轴承具有足够的安装空间；②确保本发明的装置中各个部件中心的同轴度不大于0.1mm。③方便试验盘与高温加热炉7的配合安装。
所述的试验盘包括盘面6和转轴5，由于盘面6需承受高温高转速的试验环境，所以从强度角度考虑，盘面6中心与转轴5连接位置为高应力区，不能打孔与轴通过螺栓连接，针对这个情况，提出了两点创新设计：径向方向上，转轴5与盘面6采用多个凸台和凹槽匹配咬合连接，轴向方向上，转轴5与盘面6采用S型销钉连接，S型销钉将盘面固定在转轴上，以30000r/min转速的离心负荷对旋转试验盘进行静强度及临界转速计算，旋转试验盘强度满足要求。试验盘用于安装高温应变计，模拟涡轮转子。
由于在高转速试验条件下，振动对装置的影响很大。因此在本发明的联轴器2包括两个连接盘及尼龙绳，所述的两个连接盘通过尼龙绳固定连接，既有了传输动力的功能，又避免了刚性连接带来的振动传递问题。
所述的高温加热炉7温度加热范围为20-1100℃，对安装有高温应变计的试验盘进行加温，模拟高温试验环境，高温加热炉结构上设计与试验盘紧密匹配，保证了对试验盘良好的加温保温能力，高温加热炉结构简图如图4所示。
电机1的选择主要根据试验盘的转矩负荷和试验转速条件，以及其他负荷损耗，电机1功率：2.6kW，扭矩：10N.m，电机最高转速：2500r/min。
所述的增速箱3增速比为24，配合电机使用，保证了试验盘最高30000r/min的试验条件。
所述的盘面6直径为260mm，材料为GH4169，转轴5材料为40CrA，所述的盘面6边缘厚度小于盘面6中心厚度，所述的转轴5为中空结构，引线通过转轴5中空空腔进入转轴5中心的引线通道，引出至引电器8后接入数据采集***9，所述的转轴5两端设置有平衡块，确保盘面6转动时保持平衡。
所述引电器8共有36个通道，最多可支持18个高温应变计验证使用。配合所述引电器冷却***使用，最高转速可达90000r/min，并且可双向旋转。
所述数据采集***9：型号：OROS38，可测量电压、应变信号，频响102.4kHz，测量精度±0.5％。
本发明工作原理为：将安装有高温应变计及测量引线的试验盘与传动***(电机1、联轴器2、增速箱3、轴承支架4)相连，高温加热炉7对试验盘进行加热，高温应变计通过测量引线穿过试验盘与引电器8相连，信号源对试验盘上的高温应变计提供一个检测信号，检测信号通过引电器8输出至数据采集***9进行高温应变计工作状态的实时监控，安装在轴承支架4上的振动传感器感受旋转过程中试验盘的振动情况用于安全监控，同时同步记录转速信号。装置工作原理见图2。
本发明通过：a、设计耐高温高速旋转试验盘用于安装高温应变计，模拟涡轮转子；b、设计高温加热炉7用于对试验盘加热，模拟高温环境，c、设计传动***(电机1、联轴器2、增速箱3、轴承支架4)用于对试验盘带转产生离心负荷，模拟高转速环境；d、设计信号传输和数据采集***9用于测量验证；e、设计轴承冷却润滑***、引电器冷却***以及振动监测用于装置的安全运行，验证试验结果表明，该装置工作可靠，可以有效地改进安装工艺提高高温应变计试验存活率，对航空发动机涡轮等高温高转速部件的动应力测试工作具有重要意义。

Claims (8)

1.一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，其特征在于：包括电机(1)、增速箱(3)、试验盘、引电器(8)、高温加热炉(7)、数据采集***(9)、若干轴承支架(4)和联轴器(2)，所述的电机(1)与增速箱(3)通过联轴器(2)连接，所述的增速箱(3)通过联轴器(2)与试验盘连接，所述的试验盘设置在高温加热炉(7)内部，所述的轴承支架(4)设置在试验盘两端以及引电器(8)前端，所述的数据采集***(9)与引电器(8)连接；还包括转速传感器、振动传感器、温度传感器，所述的转速传感器、振动传感器、温度传感器均与数据采集***(9)连接，转速传感器设置在电机(1)转子上，振动传感器设置在轴承支架(4)上，温度传感器设置在试验盘的盘面(6)上；还包括高温应变计和信号源，所述的高温应变计设置在试验盘的盘面(6)，所述的信号源与高温应变计连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，其特征在于：所述的引电器(8)与外部的引电器冷却***连接。
3.根据权利要求1所述的一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，其特征在于：所述的轴承支架(4)包括轴承座和轴承，所述的轴承设置在轴承座内，所述的轴承为高速深沟球轴承，所述轴承支架(4)还与外部的轴承冷却润滑***连接。
4.根据权利要求1所述的一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，其特征在于：所述的试验盘包括盘面(6)和转轴(5)，径向方向上，转轴(5)与盘面(6)采用多个凸台和凹槽匹配咬合连接，轴向方向上，转轴(5)与盘面(6)采用S型销钉连接，S型销钉将盘面(6)固定在转轴(5)上。
5.根据权利要求1所述的一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，其特征在于：所述的联轴器(2)包括两个连接盘及尼龙绳，所述的两个连接盘通过尼龙绳固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，其特征在于：所述的高温加热炉(7)内部顶面和底面均设置有保热层(10)，所述的保热层(10)内嵌有炉芯(11)，所述的炉芯(11)顶部设置有条形凹槽，所述的炉芯(11)内壁上设置有若干电炉丝(12)，所述的高温加热炉(7)温度加热范围为20-1100℃。
7.根据权利要求1所述的一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，其特征在于：所述的增速箱(3)增速比为24。
8.根据权利要求4所述的一种高温应变计安装工艺可靠性验证装置，其特征在于：所述的盘面(6)材料为GH4169，转轴(5)材料为40CrA，所述的盘面(6)边缘厚度小于盘面(6)中心厚度，所述的转轴(5)为中空结构，所述的转轴(5)两端设置有平衡块。
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