CN105449484B - 滑环引电器及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑环引电器及发动机，涉及航空发动机领域，用以在尽量小的改变发动机的结构的前提下，实现发动机内静子和转子间的旋转信号的采集。该滑环引电器包括转动内环和静止外环；转动内环的周向方向设置有篦齿封严结构和蜂窝封严结构两者其中之一，静止外环朝向所述转动内环的内壁上设置有篦齿封严结构和蜂窝封严结构两者其中另一；其中，在轴向方向上，篦齿封严结构上设置有第一导电体，蜂窝封严结构上对应设置有第二导电体，第一导电体与第二导电体两者接触。上述技术方案能在对发动机的结构进行较小改动的前提先实现旋转信号的采集。

Description

滑环引电器及发动机

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种滑环引电器及发动机。

背景技术

在航空发动机的全面测试过程中，转子的工况测量不可或缺，但是将旋转信号高质量的引出至数据采集系统始终是发动机参数测量中非常具有挑战的部分。目前旋转信号传输设备常采有两种形式，分别为滑环引电器及无线遥测传输。但是这两种方式都对安装结构有要求，通常都需要安装在待测单元体的气流进、出口处。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题，现有的采集方式通常都会遇到以下问题：

1、为了安装旋转信号传输装置，需要改变试验件或单元体的进、出口处结构形式，以安装滑环或遥测系统。

2、发动机内部旋转件测量，为了将测试引线引出至发动机外部，必然涉及到发动机结构的较大改装。极端情况下，为实现某处转子和静子之间旋转信号的采集，还要对发动机结构进行大的改动，这些工作都会增加研制的工时及成本。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种滑环引电器及发动机，用以在尽量小的改变发动机的结构的前提下，实现发动机内部静子和转子间的旋转信号的采集。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种滑环引电器，包括转动内环和静止外环；

所述转动内环的外圆周上设置有篦齿封严结构和蜂窝封严结构两者其中之一，所述静止外环朝向所述转动内环的内壁上设置有所述篦齿封严结构和所述蜂窝封严结构两者其中另一；

其中，在轴向方向上，所述篦齿封严结构上设置有第一导电体，所述蜂窝封严结构上对应设置有第二导电体，所述第一导电体与所述第二导电体保持接触。

如上所述的滑环引电器，优选的是，所述第一导电体为导电线圈和电刷其中之一，所述第二导电体为所述导电线圈和所述电刷其中另一

如上所述的滑环引电器，优选的是，

所述篦齿封严结构的中部设置有第一安装槽道，所述第一导电体固定在所述第一安装槽道中；和/或，

所述蜂窝封严结构的中部设置有第二安装槽道，所述第二导电体固定在所述第二安装槽道中。

如上所述的滑环引电器，优选的是，所述第一导电体为所述导电线圈，在轴向方向，所述第一安装槽道内设置有至少两个安装凹槽，相邻的两个所述安装凹槽相互隔开，每个所述安装凹槽中固定有一个所述导电线圈。

如上所述的滑环引电器，优选的是，所述篦齿封严结构上还开设有第一接线口，所述第一接线口的一端开口位于所述转动内环的轴向端面上，所述第一接线口的另一端开口与所述导电线圈的两端电连接。

如上所述的滑环引电器，优选的是，所述第一接线口的数量与所述导电线圈的数量一一对应设置且电连接。

如上所述的滑环引电器，优选的是，所述第一接线口的开口位于所述转动内环的轴向端面上。

如上所述的滑环引电器，优选的是，所述第二导电体为所述电刷，所述电刷的数量至少为两束，每束所述电刷的其中一端通过导电模块固定在所述第二安装槽道中。

如上所述的滑环引电器，优选的是，每束所述电刷远离所述导电模块的一端分叉为两支且与同一个所述导电线圈接触。

如上所述的滑环引电器，优选的是，所述蜂窝封严结构上还设置有第二接线口，所述第二接线口的一端开口位于所述静止外环的轴向端面上，所述第二接线口的另一端开口与所述导电模块远离所述电刷的一端电连接。

如上所述的滑环引电器，优选的是，所述第二接线口的数量与所述导电模块一一对应设置且电连接。

如上所述的滑环引电器，优选的是，所述转动内环和所述静止外环都由两个半环拼凑而成，且两个半环之间通过半环安装扣固定。

如上所述的滑环引电器，优选的是，每个半环上对应设置有固定槽，所述半环安装扣上对应设置有凸起，所述凸起卡在所述固定槽中。

本发明还提供一种发动机，包括转子和静子，其中，所述转子和所述静子之间安装有本发明任一技术方案所提供的滑环引电器。

如上所述的发动机，优选的是，每级所述转子和所述静子之间都安装有所述滑环引电器。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

上述技术方案提供的滑环引电器，利用篦齿封严结构和蜂窝封严结构形成滑环引电器，由于篦齿封严结构和蜂窝封严结构是航空发动机上转子和静子之间已有的密封结构，所以能够在不对航空发动机的结构进行较大改动的前提下，实现航空发动机内部转子、静子之间的旋转信号采集，且能同时依然可以实现转子、静子之间的密封。

本发明的优选技术方案还具有以下技术效果：

滑环引电器可以安装在每级转子、静子之间，需要测量的旋转信号可以从就近的滑环引电器采集后引出。由于第一接线口、第二接线口都延伸至滑环引电器的轴向端面上，故叶片测点的引线最长为叶尖到鼓筒的距离，盘上测点的引线最长为盘心到鼓筒外壁的长度。由于测试引线无需再进入到滑环引电器的内部，故大大缩短了测试引线的长度，极大地减小了离心力和气流冲刷造成的断线影响。

可见，上述滑环引电器，在满足原始封严设计的要求基础上，还能实现旋转信号由转子向静子的传输，对原设计改装小，不需要另外增加信号传输装置的支撑结构，测试引线就近传输；也不需要另外在发动机结构中开大量的穿线孔或设计引线管。另一方面，因为其可在每级转子、静子之间安装的特点，在装配过程中，旋转件的测试引线可随本体同步连接，无需或可很少考虑前后级盘、叶片、轴或其他组合体装配与测试引线的联系与影响。由此可见，上述技术方案可以极大地减少发动机设计的工时及产品改装或装配产生的大量成本，通过旋转信号的采集也可以解决航空发动机内部旋转件动应力测量、腔温测量等众多难点测量问题。

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为本发明实施例提供的滑环引电器的主视结构示意图；

图2为图1的左视示意图；

图3为图1所示的滑环引电器的安装示意图；

图4为图1中半环安装扣的结构示意图一；

图5为图4的左视图；

附图标记：

1、转动内环； 2、静止外环； 3、篦齿封严结构；

4、蜂窝封严结构； 5、导电线圈； 6、电刷；

7、第一安装槽道； 8、第二安装槽道； 9、第一接线口；

10、第二接线口； 11、半环安装扣； 12、凸起；

13、导电模块； 14、测点引线； 15、静子数据传输线。

具体实施方式

下面结合图1～图5对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的技术方案均应该在本发明的保护范围之内。

本发明实施例提供一种滑环引电器，优选适用于航空发动机内部转子、静子之间旋转信号的测量。滑环引电器也可称为导电滑环。该滑环引电器包括转动内环1和静止外环2。转动内环1的外圆周上设置有篦齿封严结构3和蜂窝封严结构4两者其中之一，静止外环2朝向转动内环1的内壁上设置有篦齿封严结构3和蜂窝封严结构4两者其中另一。其中，在轴向方向上，篦齿封严结构3上，具体可以为中部设置有第一导电体，蜂窝封严结构4上，具体可以为中部对应设置有第二导电体，第一导电体与第二导电体两者保持接触，以实现转动过程中转动内环1和静止外环2之间旋转信号的采集。

第一导电体与第二导电体的具体结构形式有多种，若第一导电体与第二导电体能够延伸或伸出到篦齿封严结构3和蜂窝封严结构4的外部，那么可以直接设置外部导线从第一导电体与第二导电体上采集旋转信号。若第一导电体与第二导电体使用不能伸出到篦齿封严结构3和蜂窝封严结构4外部的结构，那么可以通过设置埋在篦齿封严结构3和蜂窝封严结构4内部的导电通道，以分别将第一导电体与第二导电体上的旋转信号输送至滑环引电器外部。

滑环引电器：用于为旋转体输送能源与信号的电气部件。

具体地，第一导电体可以为导电线圈5和电刷6其中之一，第二导电体为导电线圈5和电刷6其中另一。

即，此处至少有以下几种情形：

情形A：转动内环1上设置篦齿封严结构3，篦齿封严结构3中部设置导电线圈5；静止外环2上设置蜂窝封严结构4，蜂窝封严结构4中部设置电刷6。

情形B：转动内环1上设置篦齿封严结构3，篦齿封严结构3中部设置电刷6；静止外环2上设置蜂窝封严结构4，蜂窝封严结构4中部设置导电线圈5。

情形C：转动内环1上设置蜂窝封严结构4，蜂窝封严结构4中部设置电刷6；静止外环2上设置篦齿封严结构3，篦齿封严结构3中部设置导电线圈5；

情形D：转动内环1上设置蜂窝封严结构4，蜂窝封严结构4中部设置导电线圈5；静止外环2上设置篦齿封严结构3，篦齿封严结构3中部设置电刷6。

本实施例以情形A的情况为例，具体进行描述。

上述技术方案提供的滑环引电器，利用篦齿封严结构3和蜂窝封严结构4形成滑环引电器，由于篦齿封严结构3和蜂窝封严结构4是航空发动机上已有的结构，所以能够在不对航空发动机的结构进行较大改动的前提下，实现航空发动机内部转子、静子之间的旋转信号采集，且能同时实现转子、静子之间的密封。

进一步地，篦齿封严结构3的中部设置有第一安装槽道7，第一导电体固定在第一安装槽道7中。和/或，蜂窝封严结构4的中部设置有第二安装槽道8，第二导电体固定在第二安装槽道8中。第一导电体、第二导电体设置的具体数量可以根据转子、静子之间安装空间的大小确定。

第一安装槽道7可以采用将篦齿封严结构3的中部的篦齿磨掉的方式形成，第二安装槽道8可以采用将蜂窝封严结构4的中部磨掉的方式形成。第一安装槽道7中安装的导电线圈5可以比篦齿稍稍短一些或长一些，只要导电线圈5能够与电刷6形成良好的接触，以传递旋转信号即可。电刷6与导电线圈5相互配合，若导电线圈5比篦齿长，电刷6可以稍稍短一些；若导电线圈5比篦齿短，电刷6可以稍稍长一些。需要注意的是，不管在何种情况下，需保证转子即便出现偏心等现象，电刷6与导电线圈5还要保证良好接触。

承上述，本实施例中，第一导电体为导电线圈5，在轴向方向，第一安装槽道7内设置有至少两个安装凹槽，相邻的两个安装凹槽相互隔开，每个安装凹槽中固定有一个导电线圈5，比如采用钎焊固定。相邻的两个导电线圈5之间相互绝缘。

为便于引出转动内环1上的旋转信号，篦齿封严结构3上还开设有第一接线口9，第一接线口9的一端开口位于转动内环1的轴向端面上，第一接线口9的另一端开口与导电线圈5的两端电连接。第一接线口9与导电线圈5的两端电连接，具体地，可以将一个导电线圈5的两端汇成一股后与第一接线口9电连接。第一接线口9的数量与导电线圈5的数量一一对应设置且电连接。有几个导电线圈5就有几个第一接线口9，各个导电线圈5之间相互绝缘独立。为便于与外部的采集设备连接，第一接线口9的开口位于转动内环1的轴向端面上。

承上述，第二导电体为电刷6，电刷6的数量至少为两束，每束电刷6的其中一端通过导电模块13固定在第二安装槽道8中。一束电刷6对应一个导电线圈5。为保证接触的可靠性，每束电刷6远离导电模块13的一端分叉为两支与一个导电线圈5接触。参加图2，两支分别接触一个导电线圈5的两侧。

同理，为便于引出静止外环2上的旋转信号，蜂窝封严结构4上还设置有第二接线口10，第二接线口10的一端开口位于静止外环2的轴向端面上，第二接线口10的另一端开口与导电模块13远离电刷6的一端电连接。进一步地，第二接线口10的数量与导电模块13一一对应设置且电连接。每个第二接线口10与其中一个导电模块13电连接。第二接线口10的开口优选也延伸至静止外环2的轴向端面上。第一接线口9和第二接线口10都可朝向外侧需要连接的设备，比如第一接线口9可以位于转动内环1靠近被测转子的侧壁，以便利地与转子的测试导线连接。

上述滑环引电器安装后，参见图2和图3，导电线圈5沿鼓筒周向缠绕在转动内环1上并同第一接线口9相接，第一接线口9可以与测点引线14连接，以将信号传出。每个导电线圈5间彼此绝缘，一个第一接线口9与一个导电线圈5连通且导电。静止外环2嵌套在一级静子叶片排的内侧，每个导电模块13伸出一束电刷6，各电刷6呈人字形结构，同时导电模块13同第二接线口10连接，形成通路。每个第二接线口10可与静子数据传输线15连接，以将旋转信号传出。

参见图1，本实施例中转动内环1和静止外环2都由两个半环拼凑而成，且两个半环之间通过半环安装扣11固定。

参见图4和图5，具体地，每个半环上对应设置有固定槽，半环安装扣11上对应设置有凸起12，凸起12卡在固定槽中。参见图1，每两个半环之间通过两个半环安装扣11固定。

转动内环1、静止外环2分别与发动机的转子、静子相连接，导电线圈5在转动的同时，电刷6始终可以同导电线圈5形成电流通路，将转子信号传出至静子中，因转动内环1、静止外环2分别有嵌套的封严结构，同时此滑环引电器还具有封严功能，能够在不改变原设计的前提下，使信号有效传输。

因电刷6及导电线圈5之间存在电流，为防止产生电火花，造成发动机危险，电刷6及导线线圈5的外围应作绝缘处理。

另外，在不同的发动机状态下，转子、静子间的密封结构相对距离会发生变化，且有时也会发生轴向窜动，为了能保证每通路的电刷6均可以与相应的导电线圈5相连，须将导电线圈5固定于固定的第一安装槽道7内，第一安装槽道7两侧避免尽可能同篦齿同高。电刷6长度应长于密封结构间的最大间隙量，以保证无论间隙如何变化，电刷6均能同导电线圈5相接触，当间隙达到最小值时，电刷6能够局限于第二安装槽道8内不偏离。

上述技术方案提供的滑环引电器，能在对航空发动机的结构进行了较少原始气动结构改变、强度改变的前提下，减少测试引线的长度，简化设备的复杂程度。

本发明实施例还提供一种发动机，包括转子和静子，其中，转子和静子之间安装有本发明任一技术方案所提供的滑环引电器。

滑环引电器的转动内环1嵌套在转子的鼓筒上，静止外环2安装在静子叶片的内侧根部。上述滑环引电器的安装位置与转子、静子之间的篦齿封严结构3和蜂窝封严结构4的安装位置相同，故无需对发动机的结构进行较大的改进，就能在继续实现转子、静子之间密封的同时实现转子与静子之间旋转信号的采集。

转子、静子上的测试信号由就近的滑环引电器采集，通过滑环引电器再将旋转信号传输到静子内埋布的测试导线，然后再引出至航空发动机的外部。

上述技术方案提供的发动机，通过滑环引电器采集旋转信号并向外传输，由于接线口延伸至滑环引电器的轴向端面上，故叶片测点的引线最长为叶尖到鼓筒的距离，盘上测点的引线最长为盘心到鼓筒外壁的长度。由于测试引线无需再进入到滑环引电器的内部，故大大缩短了测试引线的长度，极大地减小了离心力和气流冲刷造成的断线影响。另外，上述滑环引电器，而且在满足原始封严设计的要求基础上，它还能实现旋转信号由转子向静子的传输，对原设计改装小，不需要另外增加信号传输装置的支撑结构，测试引线就近传输，也不需要另外在结构中开大量的穿线孔或设计引线管。因为其可在每级安装的特点，在装配过程中，旋转件的测试引线可随本体同步连接，无需或可很少考虑前后级盘、叶片、轴或其他组合体装配与测试引线的联系与影响。由此可见，上述技术方案可以极大地减少发动机设计的人工时及产品改装或装配产生的大量成本，可以解决航空发动机旋转件动应力测量、腔温测量等众多难点测量问题。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

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 (16)

1.一种滑环引电器，其特征在于，包括转动内环和静止外环；

所述转动内环的外圆周上设置有篦齿封严结构和蜂窝封严结构两者其中之一，所述静止外环朝向所述转动内环的内壁上设置有所述篦齿封严结构和所述蜂窝封严结构两者其中另一；

其中，在轴向方向上，所述篦齿封严结构上设置有第一导电体，所述蜂窝封严结构上对应设置有第二导电体，所述第一导电体与所述第二导电体保持接触。

2.根据权利要求1所述的滑环引电器，其特征在于，所述第一导电体为导电线圈和电刷其中之一，所述第二导电体为所述导电线圈和所述电刷其中另一。

3.根据权利要求2所述的滑环引电器，其特征在于，

所述篦齿封严结构的中部设置有第一安装槽道，所述第一导电体固定在所述第一安装槽道中；

所述蜂窝封严结构的中部设置有第二安装槽道，所述第二导电体固定在所述第二安装槽道中。

4.根据权利要求2所述的滑环引电器，其特征在于，

所述篦齿封严结构的中部设置有第一安装槽道，所述第一导电体固定在所述第一安装槽道中。

5.根据权利要求2所述的滑环引电器，其特征在于，

所述蜂窝封严结构的中部设置有第二安装槽道，所述第二导电体固定在所述第二安装槽道中。

6.根据权利要求3所述的滑环引电器，其特征在于，所述第一导电体为所述导电线圈，在轴向方向，所述第一安装槽道内设置有至少两个安装凹槽，相邻的两个所述安装凹槽相互隔开，每个所述安装凹槽中固定有一个所述导电线圈。

7.根据权利要求6所述的滑环引电器，其特征在于，所述篦齿封严结构上还开设有第一接线口，所述第一接线口的一端开口位于所述转动内环的轴向端面上，所述第一接线口的另一端开口与所述导电线圈的两端电连接。

8.根据权利要求7所述的滑环引电器，其特征在于，所述第一接线口的数量与所述导电线圈的数量一一对应设置且电连接。

9.根据权利要求6所述的滑环引电器，其特征在于，所述第二导电体为所述电刷，所述电刷的数量至少为两束，每束所述电刷的其中一端通过导电模块固定在所述第二安装槽道中。

10.根据权利要求9所述的滑环引电器，其特征在于，每束所述电刷远离所述导电模块的一端分叉为两支且与同一个所述导电线圈接触。

11.根据权利要求9所述的滑环引电器，其特征在于，所述蜂窝封严结构上还设置有第二接线口，所述第二接线口的一端开口位于所述静止外环的轴向端面上，所述第二接线口的另一端开口与所述导电模块远离所述电刷的一端电连接。

12.根据权利要求11所述的滑环引电器，其特征在于，所述第二接线口的数量与所述导电模块一一对应设置且电连接。

13.根据权利要求1所述的滑环引电器，其特征在于，所述转动内环和所述静止外环都由两个半环拼凑而成，且两个半环之间通过半环安装扣固定。

14.根据权利要求13所述的滑环引电器，其特征在于，每个半环上对应设置有固定槽，所述半环安装扣上对应设置有凸起，所述凸起卡在所述固定槽中。

15.一种发动机，包括转子和静子，其特征在于，所述转子和所述静子之间安装有权利要求1-14任一所述的滑环引电器。

16.根据权利要求15所述的发动机，其特征在于，每级所述转子和所述静子之间都安装有所述滑环引电器。