CN114658562B - 涡轮转子动应力测试机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涡轮转子动应力测试机构，其包括：压气机转子；空气导管，被配置为连接所述涡轮转子；以及引线组件，包括支撑管、引线管和测试线，所述支撑管的第一端设于所述压气机转子内，且与所述压气机转子连接；所述支撑管的第二端设于所述空气导管内，且与所述空气导管连接；所述引线管设于所述支撑管内，所述测试线设于所述引线管内。通过引线管限制测试线的活动空间，防止测试线摆动，缓解测试线在轴心无法固定的弊端；在不影响转子运行安全的前提下，提高转子动应力测试的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种涡轮转子动应力测试机构。
背景技术
大涵道比航空发动机高压涡轮转子动应力测试技术是目前测试中的难点，也是目前航空发动机研制的需要。涡轮转子测试时，需要在转子件布置测试线。其中，高压涡轮后轴为保证空气***流路需要留有装配低压涡轮轴的空间，通常为空心结构。布置在涡轮盘、封严盘以及叶片上的测试线从盘缘引线至盘心高压涡轮轴前端或者后端，经过轴筒壁上的引线孔，引线至高压涡轮轴前端内侧。由于高压涡轮轴具有高转速、大轴向尺寸结构，测试线受空间限制不能进行固定。通常测试线采用自由状态，试车过程中在轴心不进行约束，造成测试信号不稳定，甚至发生测试线断裂等问题。
发明内容
本发明的一些实施例提出一种涡轮转子动应力测试机构，用于缓解测试线无法固定的问题。
本发明的一些实施例提供了一种涡轮转子动应力测试机构，其包括：
压气机转子；
空气导管，被配置为连接所述涡轮转子；以及
引线组件，包括支撑管、引线管和测试线，所述支撑管的第一端设于所述压气机转子内，且与所述压气机转子连接；所述支撑管的第二端设于所述空气导管内，且与所述空气导管连接；所述引线管设于所述支撑管内，所述测试线设于所述引线管内。
在一些实施例中，所述支撑管采用金属材料制成，所述引线管采用非金属材料制成。
在一些实施例中，所述引线管包括第一管段和第二管段，所述第一管段的第一端连接所述压气机转子，所述第一管段的第二端连接所述第二管段的第一端，所述第二管段的第二端连接所述空气导管，所述第一管段位于所述空气导管的外部，所述第二管段设于所述空气导管的内部。
在一些实施例中，所述引线组件还包括衬管，所述第一管段的第二端通过所述衬管连接所述第二管段的第一端。
在一些实施例中，所述引线组件还包括活塞环和封严环；所述支撑管的第一端设于所述压气机转子内，所述支撑管的第一端外周设有凹槽，所述活塞环和所述封严环设于所述凹槽内，所述活塞环与所述封严环沿所述涡轮转子的周向布置。
在一些实施例中，所述引线组件还包括第一防转销，所述引线管的第一端设有向所述支撑管延伸的第一连接部，所述支撑管的内壁设有向所述引线管延伸的第二连接部，所述第一防转销沿所述涡轮转子的轴向设置，且连接所述第一连接部和所述第二连接部。
在一些实施例中，所述引线组件还包括第一螺母和第二防转销，所述第一螺母设于所述支撑管内，所述第一螺母压紧所述第一防转销的销头，所述第二防转销沿所述涡轮转子的径向设置，且连接所述第一螺母与所述支撑管。
在一些实施例中，所述引线组件还包括第三防转销，所述引线管的第二端设有向所述支撑管延伸的第三连接部，所述支撑管的内壁设有向所述引线管延伸的第四连接部，所述第三防转销沿所述涡轮转子的轴向设置，且连接所述第三连接部和所述第四连接部。
在一些实施例中，所述引线组件还包括第二螺母和第四防转销，所述第二螺母设于所述支撑管内，所述第二螺母压紧所述第三防转销的销头，所述第四防转销沿所述涡轮转子的径向设置，且连接所述第二螺母与所述支撑管。
在一些实施例中，所述引线组件还包括第一防转环，所述第一防转环设有轴向延伸的第一齿和第二齿，所述第一齿与所述第二齿相对于所述第一防转环的中轴线对称；
所述支撑管的第二端设有向所述空气导管延伸的第五连接部和第六连接部，所述第五连接部与所述第六连接部相对于所述支撑管的中轴线对称；
所述空气导管设有向所述支撑管延伸的第七连接部和第八连接部，所述第七连接部与所述第八连接部相对于所述空气导管的中轴线对称；
其中，所述第一齿连接所述第五连接部和第七连接部，所述第二齿连接所述第六连接部和所述第八连接部。
在一些实施例中，所述引线组件还包括第三螺母和第二防转环；
所述第三螺母设于所述空气导管内，且压紧所述第一防转环；
所述第二防转环设有第三齿，所述第三齿连接所述第三螺母和所述空气导管。
在一些实施例中，所述空气导管的第一端被配置为与所述涡轮转子连接，所述支撑管从所述空气导管的第二端***所述空气导管内，所述空气导管的第二端与所述支撑管之间设有弹性支撑件。
基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
在一些实施例中，利用航空发动机中的压气机转子以及空气导管，引线组件的支撑管的第一端与压气机转子连接；支撑管的第二端与空气导管连接；引线管设于支撑管内，测试线设于引线管内；通过引线管限制测试线的活动空间，防止测试线摆动，缓解测试线在轴心无法固定的弊端；在不影响转子运行安全的前提下，提高转子动应力测试的可靠性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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是根据本发明一些实施例提供的涡轮转子动应力测试机构示意图；
图2是根据本发明一些实施例提供的引线组件与空气导管的示意图；
图3是图2中的A部位的放大示意图；
图4是图2中的B部位的放大示意图；
图5是图2中的C部位的放大示意图；
图6是图2中的D部位的放大示意图；
图7是图2中的E部位的放大示意图。
附图中标号说明如下：
10-压气机转子；20-空气导管；30-涡轮转子；
40-引线组件；
41-支撑管；411-第二连接部；412-第四连接部；413-第五连接部；
42-引线管；421-第一管段；422-第二管段；423-第一连接部；424-第三连接部；425-第七连接部；
43-衬管；
44-密封环；441-活塞环；442-封严环；
45-第一连接组件；451-第一防转销；452-第一螺母；453-第二防转销；
46-第二连接组件；461-第三防转销；462-第二螺母；463-第四防转销；
47-第三连接组件；471-第一防转环；472-第三螺母；473-第二防转环。
48-弹性支撑件；481-支撑环；482-胶圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
由于航空发动机结构复杂程度远高于一般机械结构，特别是高压涡轮转子工作环境恶劣，工作温度高，转速高，受力复杂，在研制阶段需实时监测转子运行过程各关键零件动应力，以确保转子运行的安全性。且涡轮转子动应力测试一般需将转子测点测试线引至发动机前端遥测装置。
航空发动机的涡轮转子类零部件在进行测试改装时，测试线通常采用在外表面引线和通过轴心引线。其中，在外表面引线时，由于盘轴连接处存在套齿或配合面等精密连接结构，引线需在配合位置开测试槽或孔，这种方式对转子件强度影响较大，不利于配合，不利于发动机安全。采用轴心引线时，由于轴类零件轴心尺寸限制，在轴心无法固定，同时测试线占用轴心通道面积远小于轴心面积，试车时测试线会产生摆动，造成测试信号不稳定，甚至发生测试线断裂等问题。同时轴心通常设计空气***流路，测试线在轴心会和气流产生相互干扰，气流会造成引线的无规律摆动，影响测试，引线的不规则摆动同样会对空气***流路产生影响。
基于此，本公开一些实施例提供了一种涡轮转子动应力测试机构，从航空发动机测试线安全性需求出发，可提高高压涡轮转子运行的安全性及可测试性。
在一些实施例中，如图1所示，涡轮转子动应力测试机构包括压气机转子10、空气导管20和引线组件40。其中，压气机转子10为压气机的转子。
空气导管20被配置为连接涡轮转子30。
如图2所示，引线组件40包括支撑管41、引线管42和测试线，支撑管41的第一端设于压气机转子10内，且与压气机转子10连接；支撑管41的第二端设于空气导管20内，且与空气导管20连接；引线管42设于支撑管41内，测试线设于引线管42内。
通过引线管42限制测试线的活动空间，防止测试线摆动，缓解测试线在轴心无法固定的弊端；整个引线组件40的测试功能与发动机转子的运行分开，在不影响涡轮转子结构强度的前提下，能有效避免测试线在涡轮转子30离心力作用下被破坏，在不影响转子运行安全的前提下，提高转子动应力测试的可靠性。
在一些实施例中，利用航空发动机中的压气机转子10以及空气导管20，引线组件40前端与压气机转子10的轴颈搭接，后端通过空气导管20与高压涡轮转子30螺纹连接，既可避免在转子外表面引线，破坏转子强度，又可避免在转子内表面引线，测试线无法固定，导致转子运行安全性相对降低的问题；满足高压涡轮转子动应力测试需求，适用于地面燃机及其他行业高压涡轮转子动应力测试领域。
在一些实施例中，支撑管41采用金属材料制成，引线管42采用非金属材料制成。金属外管具有刚性大，抗弯扭性强的特点，非金属内管具有密度小强度高，综合性能优异的特点。突破传统意义上的金属材料引线管设计方案，在不影响轴心引线管自身结构强度的前提下，在轴心引线组件的管中管采用密度小，耐高温、综合性能好的非金属材料或者防火钛合金材料。
在一些实施例中，引线管42包括第一管段421和第二管段422，第一管段421的第一端连接压气机转子10，第一管段421的第二端连接第二管段422的第一端，第二管段422的第二端连接空气导管20，第一管段421位于空气导管20的外部，第二管段422设于空气导管20的内部。支撑管41对引线管42的第一管段421和第二管段422进行有效支撑。
在一些实施例中，如图2和图7所示，引线组件40还包括衬管43，第一管段421的第二端通过衬管43连接第二管段422的第一端。可选地，衬管43的管径小于第一管段421和第二管段422的管径，衬管43的第一端伸入第一管段421的第二端，且连接第一管段421的第二端，衬管43的第二端伸入第二管段422的一端，且连接第二管段422的一端。
在一些实施例中，如图3所示，引线组件40还包括密封环44，密封环44包括活塞环441和封严环442。支撑管41的第一端设于压气机转子10内，支撑管41的第一端外周设有凹槽，活塞环441和封严环442设于凹槽内，活塞环441与封严环442沿涡轮转子30的周向布置。
由于引线组件40的支撑管41的前端一般搭接在压气机转子10的轴颈处，整个支撑管41的长度较长，同时外径较细，长径比一般不小于10。对于此种轴心引线管结构，传统的金属管件会导致临界转速裕度不够，不能满足转子动力学要求，因此，在支撑管41的前端设置凹槽，凹槽内设置密封环44，密封环44包括活塞环441和封严环442，使用活塞环441为整个引线组件40提供足够的径向支撑，且避免引线组件40的轴向滑动。通过封严环442托住活塞环441，减缓支撑管41的振动。
在一些实施例中，如图4所示，引线组件40还包括第一连接组件45，第一连接组件45包括第一防转销451，引线管42的第一端设有向支撑管41延伸的第一连接部423，支撑管41的内壁设有向引线管42延伸的第二连接部411，第一防转销451沿涡轮转子30的轴向设置，且连接第一连接部423和第二连接部411。通过设置第一防转销451，限制引线管42工作中的周向转动。
在一些实施例中，如图4所示，第一连接组件45还包括第一螺母452和第二防转销453。第一螺母452设于第一防转销451与第二防转销453之间。
第一螺母452设于支撑管41内，第一螺母452压紧第一防转销451的销头，第二防转销453沿涡轮转子30的径向设置，且连接第一螺母452与支撑管41。通过第一螺母452限制引线管42的轴向窜动，通过设置第一防转销451，限制引线管42工作中的周向转动。
在一些实施例中，如图5所示，引线组件40还包括第二连接组件46，第二连接组件46包括第三防转销461，引线管42的第二端设有向支撑管41延伸的第三连接部424，支撑管41的内壁设有向引线管42延伸的第四连接部412，第三防转销461沿涡轮转子30的轴向设置，且连接第三连接部424和第四连接部412。通过设置三防转销461，限制引线管42工作中的周向转动。
在一些实施例中，如图5所示，第二连接组件46还包括第二螺母462和第四防转销463。第二螺母462设于第三防转销461与第四防转销463之间。
第二螺母462设于支撑管41内，第二螺母462压紧第三防转销461的销头，第四防转销463沿涡轮转子30的径向设置，且连接第二螺母462与支撑管41。通过第二螺母462限制引线管42的轴向窜动，通过设置第三防转销461，限制引线管42工作中的周向转动。
在一些实施例中，如图6所示，引线组件40还包括第三连接组件47，第三连接组件47包括第一防转环471，第一防转环471设有轴向延伸的第一齿和第二齿，第一齿与第二齿相对于第一防转环471的中轴线对称。第一齿与第二齿位于第一防转环471的同一径向上。
支撑管41的第二端设有向空气导管20延伸的第五连接部413和第六连接部，第五连接部413与第六连接部相对于支撑管41的中轴线对称。第五连接部413与第六连接部位于支撑管41的同一径向上。
空气导管20设有向支撑管41延伸的第七连接部425和第八连接部，第七连接部425与第八连接部相对于空气导管20的中轴线对称。第七连接部425与第八连接部位于空气导管20的同一径向上。
其中，第一齿连接第五连接部413和第七连接部425，第二齿连接第六连接部和第八连接部。
在一些实施例中，如图6所示，第三连接组件47还包括第三螺母472和第二防转环473。第三螺母472设于第一防转环471与第二防转环473之间。
第三螺母472设于空气导管20内，且压紧第一防转环471。
第二防转环473设有第三齿，第三齿连接第三螺母472和空气导管20。可选地，空气导管20设有连接部，第三齿连接第三螺母472与空气导管20的连接部。
在一些实施例中，如图7所示，空气导管20的第一端被配置为与涡轮转子30连接，支撑管41从空气导管20的第二端***空气导管20内，空气导管20的第二端与支撑管41之间设有弹性支撑件48。
弹性支撑件48包括支撑环481和胶圈482，支撑环481设于支撑管41与空气导管20之间，支撑环481外壁设有凹槽，凹槽内设有胶圈482。通过设置弹性支撑件48，防止支撑管41在空气导管20内偏转。
通过上述各实施例的结合，在防转销和螺母的共同作用下，引线管42的轴向压紧及径向防转得到有效保证，从而实现测试机构的稳定工作；支撑管管壁前中后段开有通气孔可保证发动机高压涡轮转子轴心空气***气流轴向顺畅流通；支撑管41前端设置的活塞环441和封严环442，中部设置的弹性支撑件48，后端设置的防转环保证了支撑管41的稳定。
本公开实施例提供的涡轮转子动应力测试机构将引线组件40与空气***流路隔离开，防止空气***气流对引线的影响，并且能够保证引线组件40在轴心的稳定，防止引线在管路中摆动，提高转子测试的可靠性，可应用于航空航天发动机或地面燃机等。
基于上述本发明的各实施例，在没有明确否定的情况下，其中一个实施例的技术特征可以有益地与其他一个或多个实施例相互结合。
在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，包括：
压气机转子(10)；
空气导管(20)，被配置为连接所述涡轮转子(30)；以及
引线组件(40)，包括支撑管(41)、引线管(42)和测试线，所述支撑管(41)的第一端设于所述压气机转子(10)内，且与所述压气机转子(10)连接；所述支撑管(41)的第二端设于所述空气导管(20)内，且与所述空气导管(20)连接；所述引线管(42)设于所述支撑管(41)内，所述测试线设于所述引线管(42)内；
所述引线组件(40)还包括第一防转销(451)，所述引线管(42)的第一端设有向所述支撑管(41)延伸的第一连接部(423)，所述支撑管(41)的内壁设有向所述引线管(42)延伸的第二连接部(411)，所述第一防转销(451)沿所述涡轮转子(30)的轴向设置，且连接所述第一连接部(423)和所述第二连接部(411)；和/或，
所述引线组件(40)还包括第三防转销(461)，所述引线管(42)的第二端设有向所述支撑管(41)延伸的第三连接部(424)，所述支撑管(41)的内壁设有向所述引线管(42)延伸的第四连接部(412)，所述第三防转销(461)沿所述涡轮转子(30)的轴向设置，且连接所述第三连接部(424)和所述第四连接部(412)。
2.如权利要求1所述的涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，所述支撑管(41)采用金属材料制成，所述引线管(42)采用非金属材料制成。
3.如权利要求1所述的涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，所述引线管(42)包括第一管段(421)和第二管段(422)，所述第一管段(421)的第一端连接所述压气机转子(10)，所述第一管段(421)的第二端连接所述第二管段(422)的第一端，所述第二管段(422)的第二端连接所述空气导管(20)，所述第一管段(421)位于所述空气导管(20)的外部，所述第二管段(422)设于所述空气导管(20)的内部。
4.如权利要求3所述的涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，所述引线组件(40)还包括衬管(43)，所述第一管段(421)的第二端通过所述衬管(43)连接所述第二管段(422)的第一端。
5.如权利要求1所述的涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，所述引线组件(40)还包括活塞环(441)和封严环(442)；所述支撑管(41)的第一端设于所述压气机转子(10)内，所述支撑管(41)的第一端外周设有凹槽，所述活塞环(441)和所述封严环(442)设于所述凹槽内，所述活塞环(441)与所述封严环(442)沿所述涡轮转子(30)的周向布置。
6.如权利要求1所述的涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，所述引线组件(40)还包括第一螺母(452)和第二防转销(453)，所述第一螺母(452)设于所述支撑管(41)内，所述第一螺母(452)压紧所述第一防转销(451)的销头，所述第二防转销(453)沿所述涡轮转子(30)的径向设置，且连接所述第一螺母(452)与所述支撑管(41)。
7.如权利要求1所述的涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，所述引线组件(40)还包括第二螺母(462)和第四防转销(463)，所述第二螺母(462)设于所述支撑管(41)内，所述第二螺母(462)压紧所述第三防转销(461)的销头，所述第四防转销(463)沿所述涡轮转子(30)的径向设置，且连接所述第二螺母(462)与所述支撑管(41)。
8.如权利要求1所述的涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，所述引线组件(40)还包括第一防转环(471)，所述第一防转环(471)设有轴向延伸的第一齿和第二齿，所述第一齿与所述第二齿相对于所述第一防转环(471)的中轴线对称；
所述支撑管(41)的第二端设有向所述空气导管(20)延伸的第五连接部(413)和第六连接部，所述第五连接部(413)与所述第六连接部相对于所述支撑管(41)的中轴线对称；
所述空气导管(20)设有向所述支撑管(41)延伸的第七连接部(425)和第八连接部，所述第七连接部(425)与所述第八连接部相对于所述空气导管(20)的中轴线对称；
其中，所述第一齿连接所述第五连接部(413)和第七连接部(425)，所述第二齿连接所述第六连接部和所述第八连接部。
9.如权利要求1所述的涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，所述引线组件(40)还包括第三螺母(472)和第二防转环(473)；
所述第三螺母(472)设于所述空气导管(20)内，且压紧所述第一防转环(471)；
所述第二防转环(473)设有第三齿，所述第三齿连接所述第三螺母(472)和所述空气导管(20)。
10.如权利要求1所述的涡轮转子动应力测试机构，其特征在于，所述空气导管(20)的第一端被配置为与所述涡轮转子(30)连接，所述支撑管(41)从所述空气导管(20)的第二端***所述空气导管(20)内，所述空气导管(20)的第二端与所述支撑管(41)之间设有弹性支撑件(48)。
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