CN106289120B - 一种航空发动机高能x射线测试用可调式测量基准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置，其特征在于，包括横梁、连杆、调节螺姆、基准块、底座和支架，横梁的两端分别与底座的一端和支架一端固定，底座的另一端和支架的另一端固定至中介机匣，所述横梁具有贯穿本体的滑槽，连杆穿过所述滑槽且连杆能够沿滑槽滑动形成第一滑动方向，调节螺母将拉杆与横梁固定，基准块设置于连杆的末端且基准块能够沿所述连杆滑动形成第二滑动方向，第一滑动方向与第二滑动方向垂直，所述末端为靠近发动机轴线的一端。本发明的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置可精准的测量得到涡轮盘与机匣相对位置，具有结构简单、成像效果好等优点。

Description

一种航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置
技术领域
本发明属于航空发动机试验测量技术领域，尤其涉及一种航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置。
背景技术
高能X射线透视和照相技术在人体检查和疾病诊断中发挥着重要作用，同时在航空发动机的试验和故障诊断方面也是行之有效的方法和手段。该项测试技术在国外发动机公司已经得到了成熟的应用，在我国发动机研制中为首次使用，实际应用中还存在很多问题。
燃气涡轮式航空发动机结构复杂、工作条件恶劣，设计难度大，需要进行大量的试验验证。发动机转子部件和静子部件之间的径向及轴向间隙(如叶尖间隙、封严间隙)，对于发动机的经济性、安全性、部件效率、零件寿命等方面有重大的影响。由于涉及零件多、工作载荷复杂，相关的设计、试验工作都存在很大难度，国内缺少有效的试验测量手段，无法根据实际情况对间隙设计结果进行准确的验证、评估及完善。
高能X射线数字成像系统能够在一定程度上解决间隙测量问题。在不进行任何改装的情况下，对关注的转静子间隙进行实时成像，分析影像中转静子零件的图形，得到间隙值及其变化情况。但受到设备成像能力的限制，目前还仅能得到两个零件间的相对位置关系，而两个零件各自分别对该位置关系的影响尚不能掌握，也就不能之间指导转静子零件的设计。
结合图1作进一步阐述，在发动机试车中，利用高能X射线数字成像系统对发动机局部区域照相。通过对不同零件上的点、或同一零件上不同位置的点的图像进行处理、计算，得到两点间距离。再通过对同一结构不同时间的图像进行对比，得到距离的变化情况。但受到设备成像区域大小的限制，一些尺寸无法测量，下面举例来看。
涡轮盘2是高压转子1的一部分，通过前端的定位轴承3进行轴向定位。要测量发动机工作中涡轮盘2的轴向变形量，即其与定位轴承3之间所有零件的轴向变形的总和，如图1中尺寸L的变化量。此时，需要在指定时刻的同一图像中获得定位轴承3上一点(如图1中点A)与涡轮盘2上一点(如图1中点B)之间的轴向距离。目前存在的问题是尺寸L数值很大，而X射线成像面积S(图1中虚线所示)较小(如不大于200mm×200mm)，仅能包括B一点，无法直接测量A、B两点间距离。
发明内容
本发明的目的是提供提出一种高能X射线测试用测量基准装置，用于在发动机试车中，作为结构尺寸测量的基准，帮助得到零件变形的绝对数值，通过调节结构，可以满足不同测量位置的需要。
根据高能X射线数字成像系统的工作原理，要测量A、B两点距离的变化量，必须将两点在同一图像中成像。为了解决这一问题，在成像区域内增加测量基准零件4，如图2所示，基准零件4上取点C，通过实时成像获得到点B、C之间的距离变化情况，如果保证C点能够与定位轴承3上的A点之间的相对位置不变，所得结果即A、B两点间的距离变化情况。
所以，本发明的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置在设计中主要考虑了三方面的使用要求，分别进行分析：
1)保证成像区域内的基准零件与定位轴承之间稳定的相对位置关系
该要求是三项中最关键的，发动机高压转子的定位轴承安装在中介机匣上，中介机匣是发动机的安装基准，结构刚性强，环境温度低，变形小，因此选择中介机匣外环作为测量基准装置的安装位置；测量基准装置置于发动机外部，环境温度为室温，应保证工作中装置不发生热变形。同时测量基准装置前端与中介机匣外环通过螺栓连接，后端由支架支承，但不作轴向限位，保证工作中与中介机匣联动，另外发生整机振动时，装置的振动能够与中介机匣及涡轮盘保持一致，消除振动带来的位移误差。
2)能够调整基准零件的定位位置
由于发动机需要测量的部位较多，而基准零件较小，因此需要根据测量位置的不同，能够调整基准零件的定位位置。设计基准定位结构包括横梁和连杆，横梁设计成槽状结构，保证基准块可以在其中沿发动机轴向移动；连杆设计成长螺杆结构，保证基准块可以在连杆上沿竖直方向移动；满足基准零件的调整需求。
3)基准零件在高能射线照射下能够清晰成像
基准零件的成像品质直接影响数据分析结果的准确性。基准零件的成像品质受到X射线照射强度、基准零件的结构尺寸及材料种类等因素的影响。为了得到发动机内部零件的影像，射线需达到一定照射强度，此时吸收射线能力弱或结构尺寸很小的零件完全被射线穿透，很难在成像系统中留下清晰的影像。为了满足不同射线照射强度下的成像效果，基准零件的结构尺寸必须足够大，或是选择吸收射线能力足够强的材料。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置包括横梁、连杆、调节螺姆、基准块、底座和支架，横梁的两端分别与底座的一端和支架一端固定，底座的另一端和支架的另一端固定至中介机匣，所述横梁具有贯穿本体的滑槽，连杆穿过所述滑槽且连杆能够沿滑槽滑动形成第一滑动方向，调节螺母将拉杆与横梁固定，基准块设置于连杆的末端且基准块能够沿所述连杆滑动形成第二滑动方向，第一滑动方向与第二滑动方向垂直，所述末端为靠近发动机轴线的一端。
进一步地，所述基准块的材料为钨。
进一步地，所述基准块的外形为矩形。
进一步地，横梁与支架之间设有橡胶垫，用于消除安装误差。
本发明的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置可精准的测量得到涡轮盘与机匣相对位置，具有结构简单、使用效果好优点。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为现有技术的涡轮盘与高压转子X射线成像示意图。
图2为本发明的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置方案示意图。
图3为本发明一实施例的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置结构示意图。
图4为本发明一实施例的底座结构示意图。
图5为本发明一实施例的支架结构示意图。
图6为本发明一实施例的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置X射线成像图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
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。
如图3所示，本发明的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置横梁101、连杆102、调节螺母103、基准块104、底座105和支架106，横梁101的两端分别与底座105的一端和支架106一端固定，底座105的另一端和支架106的另一端固定至中介机匣107，横梁101具有贯穿本体的滑槽，连杆102穿过滑槽且连杆能够沿滑槽滑动形成第一滑动方向，调节螺母103将连杆102与横梁101固定，基准块104设置于连杆102的末端且基准块104能够沿连杆102滑动形成第二滑动方向，第一滑动方向与第二滑动方向垂直，末端为靠近发动机轴线108的一端。
横梁101负责与中介机匣107连接以及连杆102的定位，横梁101沿竖直方向(基于图3所示方位，后同)开设滑槽，并从前部延伸到后部，连杆102从中贯穿，并沿轴向移动，到达不同的测量位置，滑槽的长度Lc即基准块104的轴向位置调节范围。
连杆102负责固定基准块104，并沿两个方向调整其位置。连杆102沿竖直方向穿过横梁101，通过两个调节螺母103固定在横梁101上，在其一端固定基准块104。连杆102可以在滑槽内沿轴向移动，调节两个调节螺母103可以沿竖直方向移动，连杆102的长度是基准块104在竖直方向上的调节范围。
基准块104负责在图中虚线所示的成像区域S内成像，代表定位轴承3的位置，其安装在拉杆102的末端，通过拉杆102在横梁101上滑槽内的移动，到达所需的测试位置，测量范围St为图中较大范围的虚线框所示。基准块104的材料选择钨，具有很强的吸收射线的能力，能够以较小的结构尺寸保证良好的成像效果，满足各种试验中不同的射线照射强度要求。同时，基准块104设计成“口”字形状或矩形的方块，保证定位基准有足够多的定位边界。
底座104和支架106负责横梁101的定位。底座105在一端通过螺栓将横梁101与中介机匣107刚性连接，支架106在另一端支承横梁101，通过控制螺栓的拧紧力矩，调节支架106与横梁101的摩擦力，保证该处不对横梁101产生轴向限位，支架106与横梁101之间有橡胶垫109，允许安装时存在一定的位置偏差，见图4及图5所示。两端不同的定位方式，保证横梁101始终与中介机匣107同步运动。根据不同的安装结构，配装不同的底座105和支架106，本发明的可调式测量基准装置可以用于不同发动机或是其它设备的试验测试。
本发明的可调式测量基准装置已多次应用在航空发动机的试验测试中，取得了良好的测量结果，安装、调节操作简单，成像清晰，工作过程稳定、可靠。如图6所示为试验中所得图像，高能X射线数字成像系统只能测得工作过程中涡轮盘(转子)和涡轮机匣(静子)之间的间隙的变化情况，但无法分别得到涡轮盘和涡轮机匣各自的变形情况，通过引入测量基准装置，可以分别测得涡轮盘和涡轮机匣与基准块的位置变化情况，也就是涡轮盘和涡轮机匣与定位轴承之间的距离变化情况，填补了发动机内部结构测试项目的空白，能够为转子和静子的设计分析分别提供验证结果，推动发动机设计水平的提高。
以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置，其特征在于，包括横梁(101)、连杆(102)、调节螺母(103)、基准块(104)、底座(105)和支架(106)，横梁(101)的两端分别与底座(105)的一端和支架(106)一端固定，底座(105)的另一端和支架(106)的另一端固定至中介机匣(107)，所述横梁(101)具有贯穿本体的滑槽，连杆(102)穿过所述滑槽且连杆(102)能够沿滑槽滑动形成第一滑动方向，调节螺母(103)将拉杆(102)与横梁(101)固定，基准块(104)设置于连杆(102)的末端且基准块(104)能够沿所述连杆(102)滑动形成第二滑动方向，第一滑动方向与第二滑动方向垂直，所述末端为靠近发动机轴线(108)的一端。
2.根据权利要求1所述的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置，其特征在于，所述基准块(104)的材料为钨。
3.根据权利要求1所述的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置，其特征在于，所述基准块(104)的外形为矩形。
4.根据权利要求1所述的航空发动机高能X射线测试用可调式测量基准装置，其特征在于，横梁(101)与支架(106)之间设有橡胶垫(109)，用于消除安装误差。
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