CN112179668A - 一种燃气涡轮发动机零组件热态性能试验保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空、船舶、地面燃机等燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种燃气涡轮发动机零组件热态性能试验保护装置。包括第一安装边、定距杆、弹性通道和第二安装边。本发明采用定距补偿方式，替代现有燃气涡轮发动机零组件热态性能试验设计结构，以保证燃气涡轮发动机零组件不受破坏，并降低试验成本。除此之外，采用本发明的技术方案，燃气涡轮发动机试验零组件直接借用发动机装机件，从而减少试验件加工数量，降低试验成本，并模拟试验零组件真实工作状态，提高试验数据准确性。
Description
技术领域
本发明属于航空、船舶、地面燃机等燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种燃气涡轮发动机零组件热态性能试验保护装置。
背景技术
燃气涡轮发动机主要组成零组件中均含有压气机、燃烧室、涡轮、喷管等部件，其涡扇型燃气轮机还包括加力燃烧等，工作过程中均承受高温、高压等气动载荷，工况变化复杂，工作环境非常恶劣，新一代燃气轮机燃烧出口温度一般不小于2000K，压气机出口压力不小于3.0MPa，现有的理论、经验及计算方法还无法准确预测燃气涡轮发动机零组件的工作状态及性能，在当前和今后很长一段时间内，仍需要开展大量的试验研究和验证以获取发动机零组件真实性能。国外航空科技和工业发达国家都具备规模宏大的试验设备和气源能力，国内经过几十年的发展，燃气涡轮发动机零组件试验设备和气源能力也有了较大的发展，其差距相对国外也越来越小，能对不同结构形式的燃气涡轮发动机零组件开展不同目的的试验验证。随着气源能力的不断提高，为真实模拟燃气涡轮发动机零组件工作状态，以达到其性能考核目的，燃气涡轮发动机零组件性能试验加温、加压尽可能接近真实工作状态，因此试验零组件所承受的设备载荷也越来越大，对试验安全和试验零组件结构可靠性要求也越高。
以燃烧室为例，目前国内外部分燃烧室部件性能试验采用特制加厚型燃烧室机匣来吸收、传递设备载荷，该燃烧室机匣与真实装机用燃烧室机匣存在差异，可能对试验结果的准确性带来不利的影响，且该燃烧室机匣不能用来装配发动机，仅能用于部件试验，从而增加试验成本。部分试验采用装机用主燃烧室部件，但仅依靠试验设备(台架)自由滑动设计传递、吸收设备载荷，在设备老化、滑动摩擦及气动截流等因素影响下，主燃烧室部件可能承受一定的设备载荷，试验风险较大，且可能影响到主燃烧室部件寿命，并对部件可靠性考核带来不利影响，其他燃气涡轮发动机零组件热态性能试验亦有同样问题。
发明内容
由于燃气涡轮发动机零组件及试验设备在热态性能试验过程中承受高温、高压载荷，并存在设备带来不确定载荷及热变形，可能影响试验安全。本发明提供一种燃气涡轮发动机零组件热态性能试验保护装置，采用定距补偿方式，替代现有燃气涡轮发动机零组件热态性能试验设计结构，以保证燃气涡轮发动机零组件不受破坏，并降低试验成本。
为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：
一种燃气涡轮发动机零组件热态性能试验保护装置，包括第一安装边、定距杆、弹性通道和第二安装边；
所述第一安装边和所述第二安装边上均设置有气流通孔；
所述定距杆安装在所述第一安装边与所述第二安装边之间，至少一端可拆卸安装；所述弹性通道的一端安装在所述第一安装边上，另一端安装在所述燃气涡轮发动机零组件上，用于形成所述第一安装边上的气流通孔与所述燃气涡轮发动机零组件之间的密封气流通道，并用于吸收所述燃气涡轮发动机零组件的热膨胀轴向位移。
进一步的，所述弹性通道为波纹环。
进一步的，所述波纹环的波数为1～5个，波高为20～100mm，波厚为20～50mm，壁厚为1.5～5.0mm，波距为20～50mm。
进一步的，所述定距杆为三组或三组以上。
进一步的，所述第一安装边和所述第二安装边上均设置有定距杆安装孔；所述定距杆包括大径部分和设置在大径部分两端的两个小径部分，两个小径部分分别安装在所述第一安装边和所述第二安装边的定距杆安装孔内。
进一步的，所述大经部分与小径部分的半径差为2～10mm。
进一步的，所述大径部分的直径为20～50mm。
采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：
燃气涡轮发动机零组件热态性能试验过程中，采用本发明专利可为试验零组件试验安全及发动机重复使用提供保障，具体如下：
1)第一安装边和第二安装边之间形成试验零组件“保护箱”，中间通过定距杆进行限位支撑，传递设备载荷，保护试验零组件不受外部载荷影响；
2)波纹环吸收燃气涡轮发动机零组件热态试验过程中受热膨胀产生的轴向热变形，降低试验零组件热应力；
3)波纹环补偿燃气涡轮发动机零组件与相邻部件装配配合处结构变形及加工尺寸偏差，减少装配应力；
4)波纹环对试验气流脉动带来的振动起到一定的阻尼作用，减少试验振动应力影响；
除此之外，采用本发明的技术方案，燃气涡轮发动机试验零组件直接借用发动机装机件，从而减少试验件加工数量，降低试验成本，并模拟试验零组件真实工作状态，提高试验数据准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为燃气涡轮发动机零组件热态性能试验保护装置及装配示意图；
图2为定距杆结构示意图；
图3为波纹环结构示意图；
图4为单节波纹环结构及受力变形示意图；
其中：1、第一安装边；2、定距杆；3、波纹环；4、第二安装边。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，提出了一种燃气涡轮发动机零组件热态性能试验保护装置，包括第一安装边1、定距杆2、弹性通道和第二安装边4；
所述第一安装边1和所述第二安装边4上均设置有气流通孔；
所述定距杆2安装在所述第一安装边1与所述第二安装边4之间，至少一端可拆卸安装；所述弹性通道的一端安装在所述第一安装边1上，另一端安装在所述燃气涡轮发动机零组件上，用于形成所述第一安装边1上的气流通孔与所述燃气涡轮发动机零组件之间的密封气流通道，并用于吸收所述燃气涡轮发动机零组件的热膨胀轴向位移。
在本实施例中，所述弹性通道为波纹环3。述定距杆2为三组或三组以上。第一安装边1和所述第二安装边4上均设置有定距杆2安装孔；所述定距杆2包括大径部分和设置在大径部分两端的两个小径部分，两个小径部分分别安装在所述第一安装边1和所述第二安装边4的定距杆2安装孔内。
第一安装边1和第二安装边4作为试验设备与试验零组件装配固定转接零件，设计厚度及直径受燃气涡轮发动机试验零组件、试验设备尺寸及试验状态参数影响，须具有一定的结构强度，一是承受试验高温、高压气动载荷，并吸收波纹环3变形后的反作用力；二是传递试验设备载荷。
定距杆2为刚性直棒结构，结构及加工工艺简单；考虑到加工公差及定位效果，大径部分和小径部分的半径差H应控制在2～10mm之间，燃气涡轮发动机零组件热态性能试验过程中，定距杆2主要传递设备载荷，承受压力，针对同一零组件热态性能试验，定距杆2直径D与个数N成反比关系，选择定距杆2个数N在3～20个之间，直径D应控制在20～50mm之间。
波纹环3可装配在燃气涡轮发动机零组件前端或后端，用于吸收燃气涡轮发动机零组件热态试验过程中受热膨胀产生的热变形，可大大降低试验零组件热应力，并对试验气流脉动带来的振动起到一定的阻尼作用，减少试验振动应力影响，从而保护燃气涡轮发动机零组件在热态性能试验过程中不受破坏。根据燃气涡轮发动机零组件进、出口直径尺寸及试验压力、温度，视情决定是否选用标准型波纹环3或设计专用型波纹环3，波纹环3最大允许轴向变形量ΔL1应大于燃气涡轮发动机零组件试验过程中受热膨胀产生的轴向位移变形ΔL2，影响波纹环3轴向变形ΔL1的主要要素包括公称直径D0(由燃气涡轮发动机零组件结构尺寸决定，允许视情增加转接零件)，波纹环3波数n，波高h，波厚a，壁厚δ及波距t。该试验保护装置选用波纹环3波数n应控制在1～5个之间，波高h在20～100mm之间，波厚a在20～50mm之间，壁厚δ在1.5～5.0mm之间，波距t在20～50mm之间。
试验过程中试验设备受热膨胀产生的轴向热应力及气体流动产生的气动载荷经第一安装边1、定距杆2及第二安装边4进行传递，从而跨过燃气涡轮发动机试验零组件，保护其不受外部载荷影响；同时燃气涡轮发动机零组件前端或后端装配波纹环3，通过压缩变形，用于吸收燃气涡轮发动机零组件热态试验过程中受热膨胀产生的轴向热变形，可大大降低试验零组件热应力，并对试验气流脉动带来的振动起到一定的阻尼作用，减少试验振动应力影响，从而保护燃气涡轮发动机零组件在热态性能试验过程中不受破坏。
如图2所示，定距杆2通过大经部分和小径部分形成的限位止口支撑第一安装边1，限位止口距离H＝(D-d)/2，d选用标准螺纹通径，通过螺栓与法兰固定连接，第二安装边4处定距杆2结构类似。
如图3所示，影响波纹环3最大允许变形量ΔL1的组成要求主要包括公称直径D0(由燃气涡轮发动机零组件结构尺寸决定，允许视情增加转接零件)，波纹环3波数n，波高h，波厚a，壁厚δ及波距t。
如图4所示，由于燃气涡轮发动机试验零组件受热膨胀，其长度加长ΔL2mm，由于定距杆2限位作用，波纹环3与试验零组件总长度不变，因此波纹环3压缩变形，吸收试验零组件伸长量ΔL2＝L1-L2＜ΔL1。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种燃气涡轮发动机零组件热态性能试验保护装置，其特征在于：包括第一安装边、定距杆、弹性通道和第二安装边；
所述第一安装边和所述第二安装边上均设置有气流通孔；
所述定距杆安装在所述第一安装边与所述第二安装边之间，至少一端可拆卸安装；所述弹性通道的一端安装在所述第一安装边上，另一端安装在所述燃气涡轮发动机零组件上，用于形成所述第一安装边上的气流通孔与所述燃气涡轮发动机零组件之间的密封气流通道，并用于吸收所述燃气涡轮发动机零组件的热膨胀轴向位移。
2.根据权利要求1所述的试验保护装置，其特征在于：所述弹性通道为波纹环。
3.根据权利要求2所述的试验保护装置，其特征在于：所述波纹环的波数为1～5个，波高为20～100mm，波厚为20～50mm，壁厚为1.5～5.0mm，波距为20～50mm。
4.根据权利要求1所述的试验保护装置，其特征在于：所述定距杆为三组或三组以上。
5.根据权利要求4所述的试验保护装置，其特征在于：所述第一安装边和所述第二安装边上均设置有定距杆安装孔；所述定距杆包括大径部分和设置在大径部分两端的两个小径部分，两个小径部分分别安装在所述第一安装边和所述第二安装边的定距杆安装孔内。
6.根据权利要求5所述的试验保护装置，其特征在于：所述大经部分与小径部分的半径差为2～10mm。
7.根据权利要求6所述的试验保护装置，其特征在于：所述大径部分的直径为20～50mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210105 |