CN106989929B - 一种高压压气机试验件结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压压气机试验件结构，属于航空发动机试验领域。试验件包括进口机匣部件、一支点承力机匣部件、高压压气机部件、一支点部件、二支点部件、三支点部件、二支点承力机匣部件、转接机匣部件、三支点承力机匣部件、平衡盘部件、前、后转轴，通过进口机匣部件与试验台进气段连接，通过三支点承力机匣部件与试验台排气段连接，通过后转轴与试验台驱动轴连接，传输动力扭矩。通过采用本发明提出的高压压气机试验件结构，实现了高压压气机特性全范围录取，降低了试验成本及试验风险，提高了工作可靠性及安全性。

Description

一种高压压气机试验件结构

技术领域

本发明属于航空发动机试验领域，具体涉及一种高压压气机试验件结构。

背景技术

高压压气机作为航空发动机核心机三大部件之首，是发动机最为关键的子系统，它决定发动机性能的优劣和稳定工作的能力。开展部件试验在航空发动机研制、改进和发展中极其重要，是发动机型号研制的基础，几乎每一项新设计技术都是通过相应的部件试验得以充分验证后，才具备应用推广条件。

现有技术中，采用在发动机整机试车中摸索高压压气机部件特性的试验方法，该方法相应成本增高，且多部件共同工作，高压压气机部件特性受其它部件如涡轮部件等的约束及影响，其可靠性和安全性也会降低，技术风险较高。

采用单独的高压压气机部件试验方法，在满足气动设计的基础上，需要开展高压压气机试验件结构设计，包括零组件连接方案设计，传力路线方案设计，支撑方案设计，支点方案设计，测试方案设计，轴向力平衡方案等，复杂程度不亚于真实的发动机设计。因此，能否设计出高结构可靠性的高压压气机试验件，是开展高压压气机部件试验的制约因素。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了采用单独的高压压气机部件试验方法的技术方案，为此，设计了一种能够单独进行试验的高压压气机试验件，在满足气动设计的基础上，开展了高压压气机试验件结构设计，包括零组件连接方案设计，传力路线方案设计，支撑方案设计，支点方案设计，测试方案设计，轴向力平衡方案等。

本发明高压压气机试验件，包括依次连接的进口机匣部件、一支点承力机匣部件、高压压气机部件、二支点承力机匣部件、转接机匣部件、三支点承力机匣部件，其中，一支点承力机匣部件、二支点承力机匣部件及三支点承力机匣部件均采用内外环结构形式，且内环与外环之间设置有连接支板，所述连接支板上设置有连通内外环的气路及油路，所述高压压气机部件能够绕其中心长轴转动，所述三支点承力机匣部件设置有用于外挂的吊耳，所述高压压气机试验件还包括：

一支点部件，包括转动连接的外端与内端，其两端分别固定在所述一支点承力机匣部件的内环上及所述中心长轴的一端；

二支点部件，包括转动连接的外端与内端，其两端分别固定在所述二支点承力机匣部件的内环上及所述中心长轴的另一端；

三支点部件，包括转动连接的外端与内端，其两端分别固定在所述三支点承力机匣部件的内环上及后转轴上，所述后转轴连接试验台驱动轴；

平衡盘部件，其一端设置成能够在所述转接机匣部件的内环上滑动，另一端分别向两侧延伸以连接所述后转轴及前转轴，所述前转轴的另一端连接所述中心长轴，所述中心长轴与所述前转轴、后转轴由所述试验台驱动轴驱动并同轴旋转。

优选的是，所述一支点部件的内端与外端通过滚棒轴承连接，二支点部件的内端与外端通过滚珠轴承连接，三支点部件的内端与外端通过滚棒轴承连接。

优选的是，所述进口机匣部件包括外机匣与整流罩帽，外机匣与整流罩帽形成压气机进口流路。

优选的是，整流罩帽为弧形结构，所述弧形结构配置成使所述进口流路自连接一支点承力机匣部件的一端向外延伸时，内径逐渐增大。

优选的是，所述一支点部件、二支点部件以及三支点部件均包括篦齿封严结构，所述篦齿封严结构包括装配于所述中心长轴上或后转轴上的封严篦齿及装配在轴承座上的封严涂层，所述轴承座固定在所述承力机匣部件的内环上，所述封严篦齿与所述封严涂层间隙配合。

优选的是，所述转接机匣部件上设置有连通管路及外界的旁路退喘接口。

优选的是，所述平衡盘部件上设置有可拆卸的平衡块，用于调整转子不平衡量。

优选的是，所述平衡盘部件与转接机匣部件通过篦齿封严结构间隙配合。

本发明的关键点在于：

1.高压压气机试验件总体结构方案；

2.零组件连接方案；

3.转子支撑方案；

4.转子可拆卸式中心长轴的连接方案；

5.支点的装配(定位)、润滑及密封方案；

6.减振设计方案；

7.承力机匣结构方案；

8.传力路线方案；

9.旁路退喘方案；

10.轴向力平衡方案；

11.转子不平衡量调整方案(平衡盘结构)

本发明的优点在于：

提出了单独的高压压气机部件试验方法，实现高的结构可靠性，同时降低了研制技术风险，节约成本。

独特的零组件结构形式及方案，解决了零组件连接、转子支撑、支点定位、润滑及密封、减振、传力路线、旁路退喘、轴向力平衡、不平衡量调整等技术难点，满足高压压气机部件试验要求。

附图说明

图1为按照本发明高压压气机试验件结构的一优选实施例的高压压气机试验件结构示意图。

图2为本发明图1所示实施例的进口机匣部件结构示意图。

图3为本发明图1所示实施例的高压压气机部件结构示意图。

图4为本发明图1所示实施例的一支点部件结构示意图。

图5为本发明图1所示实施例的二支点部件结构示意图。

图6为本发明图1所示实施例的三支点部件结构示意图。

图7为本发明图1所示实施例的一支点承力机匣部件结构示意图。

图8为本发明图1所示实施例的二支点承力机匣部件结构示意图。

图9为本发明图1所示实施例的三支点承力机匣部件结构示意图。

图10为本发明图1所示实施例的转接机匣部件结构示意图。

图11为本发明图1所示实施例的平衡盘部件结构示意图。

图12为本发明图1所示实施例的转接轴部件结构示意图。

其中，1-进口机匣部件、2-一支点承力机匣部件、3-高压压气机部件、4-一支点部件、5-二支点部件、6-三支点部件、7-二支点承力机匣部件、8-转接机匣部件、9-三支点承力机匣部件、10-平衡盘部件、11-前转轴，12-后转轴；

1a-外机匣、1b-整流帽罩；

2a-内环、2b-外环、2c-支板、2d-油孔、2e-气孔、2f-转接接口；

3a-中心长轴、3b-盘、3c-螺母、3d-螺母；

4a-轴承内环、4b-封严篦齿、4c-轴承座、4d-封严涂层、4e-螺母、4f-轴承外环、4g-螺母、4h-喷嘴、4j-气路、4k-油路、4m-外接管路、4n-弹性支撑、4p-挤压油膜阻尼；

5a-轴承内环、5b-封严篦齿、5c-轴承座、5d-封严涂层、5e-螺母、5f-轴承外环、5g-轴承压环、5h-喷嘴、5j-气路、5k-油路、5m-外接管路、5n-支点静子封严环、5p-二支点轴承腔；

6a-轴承内环、6b-封严篦齿、6c-轴承座、6d-封严涂层、6e-螺母、6f-轴承外环、6g-螺母、6h-喷嘴、6j-气路、6k-油路、6n-弹性支撑、6p-挤压油膜阻尼、6r-三支点静子封严环、6s-三支点轴承腔；

7a-内环、7b-外环、7c-支板、7d-油孔、7e-气孔、7f-转接接口；

8a-封严涂层、8b-旁路退喘接口；

9a-内环、9b-外环、9c-支板、9d-油孔、9e-气孔、9f-转接接口、9g-吊耳；

10a-平衡块安装边、10b-平衡块、10c-篦齿；

11a-花键、11b-调整垫、12a-齿轮。

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性的，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。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。

本发明提出了一种高压压气机试验件结构，如图1所示，包括依次连接的进口机匣部件1、一支点承力机匣部件2、高压压气机部件3、二支点承力机匣部件7、转接机匣部件8、三支点承力机匣部件9，其中，一支点承力机匣部件2、二支点承力机匣部件7、及三支点承力机匣部件9均采用内外环结构形式，且内环与外环之间设置有连接支板，所述连接支板上设置有连通内外环的气路及油路，所述高压压气机部件3能够绕其中心长轴3a转动(中心长轴3a参考图3)，所述三支点承力机匣部件9设置有用于外挂的吊耳9g，所述高压压气机试验件还包括：

一支点部件4，包括转动连接的外端与内端，其两端分别固定在所述一支点承力机匣部件2的内环上及所述中心长轴3a的一端；

二支点部件5，包括转动连接的外端与内端，其两端分别固定在所述二支点承力机匣部件7的内环上及所述中心长轴3a的另一端；

三支点部件6，包括转动连接的外端与内端，其两端分别固定在所述三支点承力机匣部件9的内环上及后转轴12上，所述后转轴连接试验台驱动轴；

平衡盘部件10，其一端设置成能够在所述转接机匣部件8的内环上滑动，另一端分别向两侧延伸以连接所述后转轴12及前转轴11，所述前转轴11的另一端连接所述中心长轴3a，所述中心长轴3a与所述前转轴11、后转轴12由所述试验台驱动轴驱动并同轴旋转。

需要说明的是，图1为高压压气机的半剖视图，一支点承力机匣部件2、二支点承力机匣部件7及三支点承力机匣部件9连接形成高压压气机外壁，并向内延伸形成搭接段，以连接一支点部件4、二支点部件5、三支点部件6以及平衡盘部件10，上述实施例中对外壁采用内外环结构形式描述，旨在对其与一支点部件4等的连接关系描述，同时，以连接支板的结构来限制其管路连接，可以理解的是，管路包括气路及油路，之后再具体部件中再详细描述。图1中，以底端的长轴为中心轴，一支点部件4、二支点部件5、三支点部件6以及平衡盘部件10绕其转动，但一支点承力机匣部件2、二支点承力机匣部件7及三支点承力机匣部件9外壁不随之转动，因此，一支点部件4、二支点部件5及三支点部件6均采用转动连接结构，采用该连接结构的另一个目的在于传力，而平衡盘部件10不承力、不传力，因此，其被动与转接机匣部件8滑动连接即可。

本实施例中，试验件通过进口机匣部件1与试验台进气段连接，通过三支点承力机匣部件9与试验台排气段连接，通过后转轴12与试验台驱动轴连接，传输动力扭矩。

本实施例中，试验件转子为三支点结构，采用滚棒-滚珠-滚棒支撑形式，滚棒轴承承受整个试验件的重量，滚珠轴承承受压气机转子全部轴向负荷，有且仅有1个滚珠轴承，布置在2个滚棒轴承之间，即一支点部件4与三支点部件6通过滚棒轴承连接，二支点部件5通过滚珠轴承连接。压气机转子轴向负荷通过二支点部件5的滚珠轴承、滚珠轴承支座，并依次传递给二支点承力机匣部件7、转接机匣部件8和三支点承力机匣部件9，最终传递到试验台。

下面对各部件进行详细描述。

图2给出了进口机匣部件1的结构示意图。进口机匣部件包括外机匣1a和整流帽罩1b，共同构成压气机进口流路，外机匣1a前安装边与试验台进气段止口配合，螺栓连接，整流帽罩1b与一支点承力机匣部件2止口配合，螺栓连接。

进口机匣部件模拟整机状态高压压气机进口流场：外机匣实现与试验台接口及流路转接功能，内机匣采用特殊结构的整流帽罩，实现气流在内流路的圆滑转接，所述特殊结构的整流帽罩参考图2，为弧形结构，自连接一支点承力机匣部件2向外延伸的过程中，采用圆滑过渡及开口扩张的形式，所述开口扩张是指其与外机匣1a间距变大。

图3给出了高压压气机部件3的结构示意图，高压压气机部件3前与一支点承力机匣部件2止口配合，螺栓连接，后与二支点承力机匣部件7止口配合，螺栓连接，压气机转子采用可拆卸式中心长轴3a，将各级盘3b和中心长轴连接，通过螺母(3c、3d)轴向压紧定位。

图4给出了一支点部件4结构示意图，图5给出了二支点部件5的结构示意图，图6给出了三支点部件6的结构示意图。一支点部件4、二支点部件5和三支点部件6均采用篦齿封严、喷嘴供油方式：一、二支点轴承内环(4a、5a)和封严篦齿(4b、5b)装配于高压压气机部件中心长轴(3a)，三支点轴承内环(6a)和封严篦齿(6b)装配于后转轴12，均为圆柱面配合定心，与装配于轴承座(4c、5c、6c)的封严涂层(4d、5d、6d)为间隙配合，优选小间隙配合以减小空气泄漏，螺母(4e、5e、6e)轴向压紧定位；轴承外环(4f、5f、6f)装配于轴承座，圆柱面配合定心，一支点及三支点轴承外环由螺母(4g、6g)轴向压紧定位，二支点轴承外环由轴承压环5g轴向压紧定位；喷嘴(4h、5h、6h)装配于轴承座，喷射供油；支点封严及润滑采用台架供给方式，设计相应气路(4j、5j、6j)及油路(4k、5k、6k)，采用外接管路(4m、5m、图6未示意)和承力机匣支板开孔结构形式，与试验台相应气路或油路转接；一、三支点带有弹性支撑(4n、6n)及挤压油膜阻尼(4p、6p)，减小转子振动。

图7为一支点承力机匣部件2结构示意图，图8为二支点承力机匣部件7结构示意图，图9为三支点承力机匣部件9结构示意图，各承力机匣为气路、油路、测试传感器等安装提供接口：采用内、外环加支板的结构形式，内环构成内流路，外环构成外流路，支板将内、外环连接成一体；支板周向均布，中间开有相应油孔、气孔；各承力机匣外表面布置转接接口，分别与试验台的气路、油路转接，安装测试受感部。

各承力机匣与轴承座连接，承受转子部件的径向力和轴向力，并将轴向力传递到试验台。

具备吊装功能：三支点承力机匣上方布置吊耳。

参考图7-图9，一支点承力机匣部件2、二支点承力机匣部件7、三支点承力机匣部件9为气路、油路、测试传感器等安装提供接口。采用内、外环加支板的结构形式，内环(2a、7a、9a)构成内流路，外环(2b、7b、9b)构成外流路，支板(2c、7c、9c)将内、外环连接成一体；支板周向均布，中间开有相应油孔(2d、7d、9d)、气孔(2e、7e、9e)；各承力机匣外表面布置转接接口(2f、7f、9f)，分别与试验台的气路、油路转接，安装测试受感部；与轴承座(4c、5c、6c)连接，承受转子部件的径向力和轴向力，并将轴向力传递到试验台；三支点承力机匣上方布置吊耳9g，用于试验件吊装。

图10为转接机匣部件8的结构示意图，转接机匣部件8实现二支点承力机匣部件7和三支点承力机匣部件9转接，实现转子轴向力传递功能，构成发动机内外流路，提供与平衡盘部件10配合的封严涂层8a装配基准。

试验件具备退喘功能：转接机匣开有旁路退喘接口8b，当试验台出口段放气活门调节卡滞或失灵，可以通过此接口实现放气退喘功能。

图11为平衡盘部件10的结构示意图，平衡盘部件10前端与前转轴11止口配合，螺栓连接，后端与后转轴12止口配合，螺栓连接，布置在二、三支点间；右侧带有平衡块安装边10a，依据转子不平衡量大小及方位装配平衡块10b，调整转子不平衡量；采用篦齿结构10c，与转接机匣部件封严涂层8a配合，减小空气泄漏。

图12为转接轴部件结构示意图，所述转接轴包括前述后转轴12及前转轴11，前转轴11通过花键11a与高压压气机转子连接，圆柱面定心，连接处设有调整垫11b，依据零组件实际生产加工及装配情况，调整转子部件间的轴向尺寸，用以满足设计图纸及文件要求；与二支点静子封严环5n构成二支点轴承腔5p；后转轴12通过齿轮12a与试验台动力驱动轴连接，传递动力扭矩；后转轴为三支点封严篦齿6b提供装配基准，与三支点静子封严环6r配合构成三支点轴承腔6s。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种高压压气机试验件结构，其特征在于，包括依次连接的进口机匣部件(1)、一支点承力机匣部件(2)、高压压气机部件(3)、二支点承力机匣部件(7)、转接机匣部件(8)、三支点承力机匣部件(9)，其中，一支点承力机匣部件(2)、二支点承力机匣部件(7)及三支点承力机匣部件(9)均采用内外环结构形式，且内环与外环之间设置有连接支板，所述连接支板上设置有连通内外环的气路及油路，所述高压压气机部件(3)能够绕其中心长轴(3a)转动，所述三支点承力机匣部件(9)设置有用于外挂的吊耳(9g)，所述高压压气机试验件还包括：

一支点部件(4)，包括转动连接的外端与内端，其两端分别固定在所述一支点承力机匣部件(2)的内环上及所述中心长轴(3a)的一端；

二支点部件(5)，包括转动连接的外端与内端，其两端分别固定在所述二支点承力机匣部件(7)的内环上及所述中心长轴(3a)的另一端；

三支点部件(6)，包括转动连接的外端与内端，其两端分别固定在所述三支点承力机匣部件(9)的内环上及后转轴(12)上，所述后转轴连接试验台驱动轴；

平衡盘部件(10)，其一端设置成能够在所述转接机匣部件(8)的内环上滑动，另一端分别向两侧延伸以连接所述后转轴(12)及前转轴(11)，所述前转轴(11)的另一端连接所述中心长轴(3a)，所述中心长轴(3a)与所述前转轴(11)、后转轴(12)由所述试验台驱动轴驱动并同轴旋转。

2.如权利要求1所述的高压压气机试验件结构，其特征在于：所述一支点部件(4)的内端与外端通过滚棒轴承连接，二支点部件(5)的内端与外端通过滚珠轴承连接，三支点部件(6)的内端与外端通过滚棒轴承连接。

3.如权利要求1所述的高压压气机试验件结构，其特征在于：所述进口机匣部件(1)包括外机匣(1a)与整流罩帽(1b)，外机匣(1a)与整流罩帽(1b)形成压气机进口流路。

4.如权利要求3所述的高压压气机试验件结构，其特征在于：整流罩帽(1b)为弧形结构，所述弧形结构配置成使所述进口流路自连接一支点承力机匣部件(2)的一端向外延伸时，内径逐渐增大。

5.如权利要求1所述的高压压气机试验件结构，其特征在于：所述一支点部件(4)、二支点部件(5)以及三支点部件(6)均包括篦齿封严结构，所述篦齿封严结构包括装配于所述中心长轴(3a)上或后转轴(12)上的封严篦齿及装配在轴承座上的封严涂层，所述轴承座固定在所述承力机匣部件的内环上，所述封严篦齿与所述封严涂层间隙配合。

6.如权利要求1所述的高压压气机试验件结构，其特征在于：所述转接机匣部件(8)上设置有连通管路及外界的旁路退喘接口(8b)。

7.如权利要求1所述的高压压气机试验件结构，其特征在于：所述平衡盘部件(10)上设置有可拆卸的平衡块(10b)，用于调整转子不平衡量。

8.如权利要求1所述的高压压气机试验件结构，其特征在于：所述平衡盘部件(10)与转接机匣部件(8)通过篦齿封严结构间隙配合。