CN105890488A - 一种接触式叶尖间隙测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触式叶尖间隙测量装置及其测量方法。所述接触式叶尖间隙测量装置包括安装座和测量组件，所述测量组件包括测量嘴、压紧螺母、刮磨介质。所述接触式叶尖间隙测量装置，结构简单，加工难度低，易实现；整个测量装置体积小便于安装，费用低且材料来源广泛。基于所述装置，本发明通过叶尖刮磨石墨棒的方法，直接测量叶尖间隙，将本发明装置和方法应用于压气机部件可测量出不同位置的热态间隙，安全可靠，精度高。

Description

一种接触式叶尖间隙测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及压气机技术领域，更具体地，涉及到一种接触式叶尖间隙测量装置及其测量方法。

背景技术

现代航空发动机设计时需要高效高裕度高压比的压气机，压气机叶尖间隙对性能影响非常大。英国R.R公司研究表明，叶尖间隙增加叶片长度1%,效率约降低1.5%，耗油率约增加2%,因此需要精细设计转静子间间隙，可以使发动机处于最佳工作状态。目前，叶尖间隙的测量方法主要有涡电流法、激光光学法、电容法、超声波、X-射线法、微波法等，这些方法都是测量叶尖与机匣间声波、光、电容等变化测量叶尖间隙。

由于航空发动机处于高速旋转状态，为安全考虑，现有测量手段大部分为非接触式测量方法，这些非接触式测量方法需要复杂且昂贵的测量工具，有些方法测量前需要精细的校准和安装，耗费较多的时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有叶尖间隙测量装置和测量技术的不足，提供一种结构简单、测量精度高、加工工艺要求低、成本低、安全可靠、使用简便的接触式叶尖间隙测量装置。

本发明要解决的另一技术问题是基于所述装置提供一种接触式叶尖间隙测量方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种接触式叶尖间隙测量装置，包括安装座和测量组件，所述测量组件包括测量嘴、压紧螺母、刮磨介质；

所述测量嘴包括依次连接的第一工作段、第二工作段、第三工作段、第四工作段，所述第二工作段的横截面大于第一工作段、第三工作段、第四工作段的横截面，所述测量嘴沿轴心设有收容通道，所述第一工作段与第二工作段之间设有第一退刀槽，所述第二工作段与第三工作段之间设有第二退刀槽，所述第一工作段和第三工作段的外表面设有螺纹，所述第四工作段的为外侧面为锥面，所述第四工作段的底部至少设有两条与第三工作段横截面垂直的调节缝；

所述安装座呈凹形，所述安装座中心位置设有与收容通道直径大小一致的通孔，所述安装座的内壁设有与第一工作段相适配连接的螺纹，所述安装座与所述第一工作段相适配连接。

所述安装座可以焊接或胶沾至机匣上。

所述压紧螺母与所述第三工作段外表面螺纹、第四工作段外侧面锥面相适配连接，所述压紧螺母内壁的下部设有与第三工作段外表面螺纹相适配连接的内螺纹，所述压紧螺母内壁的上部设有与第四工作段外侧面的锥面相适配的锥面；

所述刮磨介质设于收容通道中且伸出通孔。

所述第四工作段上锥面角度A小于所述压紧螺母内壁上部锥面角度B。本发明在所述测量嘴顶部设置调节缝，且设置角度A小于角度B，可以很好地保证当压紧螺母旋紧时压紧石墨棒。

进一步地，所述测量嘴包括依次连接第一工作段、第二工作段、第三工作段、第四工作段为一整体，通过机加工成型。

进一步地，所述压紧螺母与第二工作段上均设有锁紧丝孔。

进一步地，所述调节缝的长度小于或等于第四工作段的长度。

进一步地，所述调节缝为四条。

为了使测量组件可以快速的安装和拆卸，进一步地，所述第二工作段的横截面为标准螺栓六边形，所述标准螺栓六边形为标准六角螺栓头横截面的形状。

进一步地，所述测量嘴与刮磨介质配合直径间隙为0.1～0.15mm。此间隙既可以使石墨棒通过，同时也可以保证测量嘴变形后压紧石墨棒。

进一步地，所述刮磨介质为石墨棒。

进一步地，所述刮磨介质可以采用铅笔芯。

本发明同时提供一种接触式叶尖间隙测量方法，基于所述测量装置实现，该方法通过叶尖刮磨石墨棒的方法，直接测量叶尖间隙，具有结构简单、测量装置小、安全可靠、费用低、测量精度高、推广性好的优点，适用于测量航空发动机叶尖间隙。

本发明所述接触式叶尖间隙测量方法，包括以下步骤：

S1.旋紧压紧螺母将刮磨介质固定于测量嘴中，再将测量组件安装至安装座上，并标记测量组件的拧紧位置，测量组件与安装座装配完成以后整体设置于机匣上的装配槽中，然后打磨刮磨介质顶部与机匣流道齐平，取出测量组件后测量第二工作段下端面到刮磨介质顶部的长度记为△1；

S2.调整好刮磨介质长度，调整到保证叶尖能刮磨到刮磨介质，并在刮磨介质顶部进行着色处理，再次安装测量组件至拧紧位置，旋转叶轮转子多圈后，取出测量组件后测量第二工作段下端面到刮磨介质顶部长度记为△2，△2-△1为测量位置的冷态间隙；

S3.将刮磨介质顶部着色后，再次安装好测量组件至同一拧紧位置，并用锁紧丝孔锁紧；当发动机完成工作后，取取出测量组件后测量第二工作段下端面到刮磨介质顶部的长度记为△3；△3-△1为测量位置的热态间隙，△2-△3为测量位置的转子变形量。

进一步地，所述测量方法中的刮磨介质为石墨棒。

进一步地，所述刮磨介质可以采用铅笔芯。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明突破了现有技术的局限和技术定势，首次提出了一种接触式的叶尖间隙测量原理以及装置和方法，为更方便、科学准确地测量航空发动机叶尖间隙做出重要的贡献。

本发明提供所述接触式叶尖间隙测量装置，包括安装座、测量组件，所述测量组件包括测量嘴、压紧螺母、刮磨介质，所述测量装置结构简单，加工难度非常低，易实现；整个测量装置体积小便于安装；本发明科学利用石墨棒作为刮磨介质，石墨线膨胀系数小，因此测量精度高；石墨能耐高温，可以推广至涡轮的间隙测量，而且费用低且材料来源广泛。

本发明所述接触式叶尖间隙测量方法由于为接触式测量，采用了石墨棒为刮磨介质，利用叶尖与石墨棒之间的刮磨，测量第二工作段下端面到刮磨介质顶部的长度△，从而达到测量叶尖间隙的目的；另外由于石墨线膨胀系数小，刮磨效果好，因此使得测量精度更高；并且石墨耐高温，因此可以推广至涡轮的间隙测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为所述测量嘴的结构示意图。

图3为所述压紧螺母的结构示意图。

图4为所述测量嘴的三维结构示意图。

图5为所述压紧螺母的三维结构示意图。

图中：1.机匣，2.安装座，3.测量嘴，4.压紧螺母，5.石墨棒，6.第一工作段，7.第二工作段，8.第三工作段，9.第四工作段，10.第一退刀槽，11.第二退刀槽，12.螺纹，13.收容通道，14.通孔，15.锥面，16.调节缝，17.装配槽，18.锁紧丝孔，19.内螺纹，20.石墨棒顶部，21.测量组件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如附图1～5所示，本实施例提供一种接触式叶尖间隙测量装置，包括安装座2、测量组件21，测量组件21包括测量嘴3、压紧螺母4、刮磨介质；

测量嘴3包括依次连接的第一工作段6、第二工作段7、第三工作段8、第四工作段9,第二工作段7的横截面大于第一工作段6、第三工作段8、第四工作段9的横截面，测量嘴3沿轴心设有收容通道13，第一工作段6与第二工作段7之间设有第一退刀槽10，第二工作段7与第三工作段8之间设有第二退刀槽11，第一工作段6和第三工作段8外表面上设有螺纹12，第四工作段9的为外侧面为锥面15，第四工作段9的底部设有四条与第三工作段8横截面垂直的调节缝16；

安装座2呈凹形，安装座2中心位置设有与收容通道13直径大小一致的通孔14，安装座2的内壁设有与第一工作段6相适配连接的螺纹12，安装座2与第一工作段6相适配连接；

安装座2可以焊接或胶沾至机匣1上。

压紧螺母4与第三工作段8外表面螺纹12、第四工作段9外侧面锥面15相适配连接，压紧螺母4内壁的下部设有与第三工作段8外表面螺纹12相适配连接的内螺纹19，压紧螺母4内壁的上部设有与第四工作段9外侧面的锥面15相适配的锥面15；

刮磨介质设于收容通道13中且伸出通孔14，第四工作段9上锥面15角度A小于压紧螺母4内壁上部锥面15角度B；测量嘴3为一整体，通过整体机加而成；压紧螺母4与第二工作段7上均设有锁紧丝孔18；调节缝16的长度小于或等于第四工作段9的长度；调第二工作段7的横截面为标准螺栓六边形；测量嘴3与刮磨介质配合直径间隙为0.1～0.15mm；刮磨介质为石墨棒5。

本发明接触式叶尖间隙测量装置，包括安装座2、测量组件21，测量组件21包括测量嘴3、压紧螺母4、刮磨介质，测量装置结构简单，加工难度低，易实现；整个测量装置体积小便于安装，费用低且材料来源广泛。

基于所述装置，本发明提供一种接触式叶尖间隙测量方法，其方法如下：

S1.旋紧压紧螺母4将石墨棒5固定于测量嘴3中，再将测量组件21安装至安装座2上，并标记测量组件21的拧紧位置，测量组件21与安装座2装配完成以后整体设置于机匣上的装配槽17中，然后打磨石墨棒顶部20与机匣1流道齐平，取出测量组件21后测量第二工作段7下端面到石墨棒顶部20的长度记为△1；

S2.调整好石墨棒5长度，调整到保证叶尖能刮磨到石墨棒5，并在石墨棒顶部20进行着色处理，再次安装测量组件21至拧紧位置，旋转叶轮转子多圈后，取出测量组件21后测量第二工作段7下端面到石墨棒顶部20长度记为△2，△2-△1为测量位置的冷态间隙；

S3.将石墨棒顶部20着色后，再次安装好测量组件21至同一拧紧位置，并用锁紧丝孔18锁紧；当发动机完成工作后，取取出测量组件21后测量第二工作段7下端面到石墨棒顶部20的长度记为△3；△3-△1为测量位置的热态间隙，△2-△3为测量位置的转子变形量。

本发明接触式叶尖间隙测量方法由于为接触式测量，采用了石墨棒5为刮磨介质，利用叶尖与石墨棒5之间的刮磨，测量第二工作段7下端面到刮磨介质顶部的长度△，从而达到测量叶尖间隙的目的；另外由于石墨线膨胀系数小，刮磨效果好，因此使得测量精度更高；并且石墨耐高温，因此可以推广至涡轮的间隙测量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明范围内。

Claims (10)

1.一种接触式叶尖间隙测量装置，其特征在于，包括安装座和测量组件，所述测量组件包括测量嘴、压紧螺母、刮磨介质；

所述测量嘴包括依次连接的第一工作段、第二工作段、第三工作段、第四工作段,所述第二工作段的横截面大于第一工作段、第三工作段、第四工作段的横截面，所述测量嘴沿轴心设有收容通道，所述第一工作段与第二工作段之间设有第一退刀槽，所述第二工作段与第三工作段之间设有第二退刀槽，所述第一工作段和第三工作段上外表面设有螺纹，所述第四工作段的为外侧面为锥面，所述第四工作段的底部至少设有两条与第三工作段横截面垂直的调节缝；

所述安装座呈凹形，所述安装座中心位置设有与收容通道直径大小一致的通孔，所述安装座的内壁设有与第一工作段相适配的螺纹，所述安装座与所述第一工作段相适配；

所述压紧螺母与所述第三工作段、第四工作段相适配，所述压紧螺母内壁的下部设有与第三工作段相适合的内螺纹，所述压紧螺母内壁的上部与第四工作段相适配的锥面；

所述刮磨介质设于收容通道中且伸出通孔；

所述第四工作段上锥面角度A小于所述压紧螺母内壁上部锥面角度B。

2.根据权利要求1所述接触式叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述测量嘴包括依次连接第一工作段、第二工作段、第三工作段、第四工作段为一整体，通过整体机加而成。

3.根据权利要求1所述接触式叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述压紧螺母与第二工作段上均设有锁紧丝孔。

4.根据权利要求1所述接触式叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述调节缝的长度小于或等于第四工作段的长度。

5.根据权利要求1或4所述接触式叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述调节缝为四条。

6.根据权利要求1或3所述接触式叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述第二工作段的横截面为标准螺栓六边形。

7.根据权利要求1所述接触式叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述测量嘴与刮磨介质配合直径间隙为0.1～0.15mm。

8.根据权利要求1所述接触式叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述刮磨介质为石墨棒；优选铅笔芯。

9.一种接触式叶尖间隙测量方法，其特征在于，是利用权利要求1～8任一项所述的测量装置实现，所述测量方法包括以下步骤：

S1.旋紧压紧螺母将刮磨介质固定于测量嘴中，再将测量组件安装至安装座上，并标记测量组件的拧紧位置，测量组件与安装座装配完成以后整体设置于机匣上的装配槽中，然后打磨刮磨介质顶部与机匣流道齐平，取出测量组件后测量第二工作段下端面到刮磨介质顶部的长度记为△1；

S2.调整好刮磨介质长度，调整到保证叶尖能刮磨到刮磨介质，并在刮磨介质顶部进行着色处理，再次安装测量组件至拧紧位置，旋转叶轮转子多圈后，取出测量组件后测量第二工作段下端面到刮磨介质顶部长度记为△2，△2-△1为测量位置的冷态间隙；

S3.将刮磨介质顶部着色后，再次安装好测量组件至同一拧紧位置，并用锁紧丝孔锁紧；当发动机完成工作后，取取出测量组件后测量第二工作段下端面到刮磨介质顶部的长度记为△3；△3-△1为测量位置的热态间隙，△2-△3为测量位置的转子变形量。

10.根据权利要求9所述的接触式叶尖间隙测量方法，其特征在于，所述刮磨介质为石墨棒；优选铅笔芯。