CN107559092A - 一种涡轴发动机稳态转速调试方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机领域，公开了一种涡轴发动机稳态转速调试方法及其应用。所述涡轴发动机稳态转速调试方法包括S1.安全启动、S2.慢车转速检测、S3.稳态磨合；创造性的对燃气涡轮和动力涡轮转速在不同阶段、不同转速下进行增加或降低进行测试，保燃气发生器和动力涡轮在所有转速下均能安全可靠运行，相比常规发动机按步骤提高转速，本发明还能有限降低试验中发动机转子刮磨、振动、漏油及碰磨等风险。本发明弥补了本领域的空白，具有重要指导意义。

Description

一种涡轴发动机稳态转速调试方法及其应用

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，更具体地，涉及一种涡轴发动机稳态转速调试方法及其应用。

背景技术

涡轴发动机整机在燃气发生器基础上增加了动力涡轮，其中，燃气发生器包含燃气涡轮，而动力涡轮处于燃气涡轮之后。稳态转速调试是整机新机研制阶段重要的一步，也是开展性能调试的前提。新发动机在台架试验时首先需要进行磨合运转，以检查发动机振动和各系统工作情况，考核发动机结构强度和转子动力学特性，最终目的是为保证在燃气发生器及动力涡轮100%全转速条件下能够安全可靠运行，从而降低试验风险。

涡轴发动机台架试验时，一般采用水力测功器与动力涡轮输出轴相连接。通过调节水力测功器的负载，可以达到控制动力涡轮转速的目的。此外，发动机控制器可以设置为燃气涡轮转速控制模式，即油门杆位置对应燃气涡轮转速，在油门杆位置不变的情况下，控制器调节燃气涡轮转速保持恒定。

目前，涡轴发动机整机稳态转速调试方法的相关技术尚未有文献公开披露，而新机研制阶段，若缺乏科学的转速调节方法对试验进行指导，直接提高动力涡轮转速，则极有可能发生刮磨。

发明内容

本发明要解决的技术问题为发动机新机研制阶段中整机台架试验时可能发生的振动、漏油及碰磨等，结合涡轴发动机性能及结构特征提供了一种涡轴发动机稳态转速调试方法。

本发明涡轴发动机稳态转速调试方法主要应用于涡轴发动机稳态转速调试。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种涡轴发动机稳态转速调试方法，包括以下步骤：

S1.安全启动：采用燃气涡轮转速控制模式，将涡轴发动机启动至地面慢车状态，然后将动力涡轮转速稳定在低于其地面慢车状态的额定转速，并避开临界转速；

S2.慢车转速检测：保持动力涡轮转速不变，燃气涡轮的转速先调整到最大转速的75～85%，然后再调整到地面慢车状态，检测涡轴发动机是否存在异常；

S3.稳态磨合：

S31.涡轴发动机在步骤S2中燃气涡轮最大转速的75～85%状态时，首先将动力涡轮转速调整到地面慢车状态额定转速，运行2～3min；

S32.然后保持动力涡轮转速不变，燃气涡轮按照进二退一的方式调节转速，即转速增加两次再减小一下，在每个转速台阶下至少停留30s，其中燃气涡轮转速不超过最大转速的90%，转速调节过程完成后，将燃气涡轮转速重新降至最大转速的75～85%；

S33.接着保持燃气涡轮转速不变，动力涡轮转速按照进二退一的方式，每个状态点至少停留30s，直至达到最大转速；

S34.最后，燃气涡轮转速按照进二退一的方式，每个状态点至少停留30s，直至达到最大转速；

其中，燃气涡轮转速通过油门杆上推或下拉控制，动力涡轮转速通过水力测功器的负载控制。

本发明基于“进退结合”的策略，保证在燃气发生器及动力涡轮在所有转速下均能安全可靠运行，从而降低试验风险。

优选地，步骤S1中还包括对涡轴发动机新机首次启动的调试，包括以下步骤：

S11.采用燃气涡轮转速控制模式，将涡轴发动机新机启动至地面慢车状态；

S12.地面慢车状态下燃气涡轮转速稳定以后，将燃气涡轮转速按照固定加速率增加1%，然后再将燃气涡轮转速调回地面慢车状态。

优选地，步骤S11中所述固定加速率不超过40r/min/s。

优选地，步骤S1中所述动力涡轮转速为其地面慢车状态额定转速的三分之二。

优选地，步骤S2中所述燃气涡轮转速为其最大转速的80%。

优选地，步骤S32中燃气涡轮重新降至其最大转速的80%。

本发明还提供一种上述方法的应用，应用于涡轴发动机稳态转速调试。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明基于“进退结合”的策略，保证在燃气发生器及动力涡轮在所有转速下均能安全可靠运行，并且还能降低试验风险。

本发明在某型涡轴发动机的研制过程中得到了应用，试验结果表明该方法对涡轴发动机新机初期台架试验具有重要指导意义，有效降低了试验风险，填补了本领域的空白。

附图说明

图1 涡轴发动机稳态转速调试方法流程示意图。

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

如图1所示，本实施例提供一种涡轴发动机稳态转速调试方法，包括以下步骤：

S1.安全起动：采用燃气涡轮转速控制模式，将涡轴发动机起动至地面慢车状态，然后调节水力测功器，将动力涡轮转速稳定在低于其地面慢车状态的额定转速，并避开临界转速；

其中步骤S1中若是新机首次起动，还包括以下步骤：

S11.涡轴发动机转速稳定后，即地面慢车状态下燃气涡轮转速稳定在地面慢车状态的额定速度以后，缓慢上推油门杆，其中，燃气涡轮的最大加速度不超过40r/min/s，使燃气涡轮转速上升10%；

S12.然后立刻但缓慢下拉油门杆，将燃气涡轮转速调节到地面慢车状态，若发动机已完成第一次起动，则跳到步骤S2；

S2.慢车转速检查：涡轴发动机在步骤S1所述的地慢状态时，保持动力涡轮转速不变，缓慢上推油门杆使燃气涡轮转速达到最大转速的75～85%，之后立即但缓慢下拉油门杆到地面慢车状态，检查涡轴发动机是否存在异常；

S3.稳态磨合：

S31.发动机在步骤S2所述的燃气涡轮75～85%转速状态时，首先调整水力测功器负载使动力涡轮转速达到其地面慢车状态额定转速，转速稳定后维持运行2~3min；

S32.然后，保持动力涡轮转速不变，操纵油门杆使燃气涡轮转速按照进二退一的方式，即转速增加两次再减小一次，本实施例中具体增加2次2%，再退一次3%，在每个转速台阶下至少停留30s，过程中燃气涡轮增加到的最高转速不超过燃气涡轮最大转速的90%，转速调节过程完成后，将燃气涡轮转速重新降至最大转速的75～85%左右；

S33.接着保持燃气涡轮转速不变，调整水力测功器负载使动力涡轮转速按照进二退一的方式，每个状态点至少停留30s，最终到达最大转速状态；

最后，保持动力涡轮转速为最大转速，调节油门杆使燃气涡轮转速按照进二退一的方式，在每个状态点下至少停留30s，最终到达最大转速转态。

其中，步骤S1中保持燃气涡轮转速为地面慢车状态额定速度，调整动力涡轮转速低于地面慢车状态额定速度，具体本实施例为动力涡轮地面慢车状态额定转速的三分之二，其目的是检测动力涡轮在低于地面慢车状态额定转速的情况下是否能安全可靠运行，降低动力涡轮在地面慢车状态转速下发生刮磨的风险。

步骤S11、12中新机首次启动，保持动力涡轮转速不变，将燃气涡轮的转速从地面慢车状态下增加，然后降回到地面慢车状态，其目的是检测新机燃气涡轮第一次启动的过程中，转速超过地面慢车状态（该转速不能超过地面慢车状态转速的90%）是否能安全可靠运行，为下一步的高转速磨合奠定基础。

步骤S2中保持动力涡轮转速不变，将燃气涡轮的转速从地面慢车状态往上调，本实施例具体可调到最大转速的80%，然后降到地面慢车状态，其目的检测燃气涡轮转速在地面慢车状态转速和最大转速的80%之间，涡轴发动机是否存在异常；

步骤S3中采用稳态磨合，采用进二退一的方式，具体转速的增加量和减少量可以根据实际情况定，从而测定出燃气涡轮和动力涡轮从地面慢车状态开始到最大转速之间，是否都能安全可靠的运行。

本实施例创造性的采用“进退结合”的策略，即对燃气涡轮和动力涡轮的转速进行增加或降低，进行测试，保证燃气发生器及动力涡轮在涡轴发动机不同阶段、所有转速下均能安全可靠运行，并且能有效降低试验风险，避免了试验时可能发生的振动、漏油及碰磨等。

本实施例在某型涡轴发动机的研制过程中得到了应用，若按照定型发动机正常台架试验步骤提高转速，则极大地增加了发动机转子刮磨、振动、漏油、碰磨的风险，而本实施例试验结果表明该方法对涡轴发动机新机初期台架试验有效降低试验风险，如发动机转子刮磨、振动、漏油及碰磨等，弥补了行业的空白，具有重要指导意义。

Claims (7)

1.一种涡轴发动机稳态转速调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.安全启动：采用燃气涡轮转速控制模式，将涡轴发动机启动至地面慢车状态，然后将动力涡轮转速稳定在低于其地面慢车状态的额定转速，并避开临界转速；

S2.慢车转速检测：保持动力涡轮转速不变，燃气涡轮的转速先调整到最大转速的75～85%，然后再调整到地面慢车状态，检测涡轴发动机是否存在异常；

S3.稳态磨合：

S31.涡轴发动机在步骤S2中燃气涡轮最大转速的75～85%状态时，首先将动力涡轮转速调整到地面慢车状态额定转速，运行2～3min；

S32.然后保持动力涡轮转速不变，燃气涡轮按照进二退一的方式调节转速，即转速增加两次再减小一下，在每个转速台阶下至少停留30s，其中燃气涡轮转速不超过最大转速的90%，转速调节过程完成后，将燃气涡轮转速重新降至最大转速的75～85%；

S33.接着保持燃气涡轮转速不变，动力涡轮转速按照进二退一的方式，每个状态点至少停留30s，直至达到最大转速；

S34.最后，燃气涡轮转速按照进二退一的方式，每个状态点至少停留30s，直至达到最大转速；

其中，燃气涡轮转速通过油门杆上推或下拉控制，动力涡轮转速通过水力测功器的负载控制。

2.根据权利要求1所述涡轴发动机稳态转速调试方法，其特征在于，步骤S1中还包括对涡轴发动机新机首次启动的调试，包括以下步骤：

S11.采用燃气涡轮转速控制模式，将涡轴发动机新机启动至地面慢车状态；

S12.地面慢车状态下燃气涡轮转速稳定以后，将燃气涡轮转速按照固定加速率增加1%，然后再将燃气涡轮转速调回地面慢车状态。

3.根据权利要求2所述涡轴发动机稳态转速调试方法，其特征在于，步骤S11中所述固定加速率不超过40r/min/s。

4.根据权利要求1所述涡轴发动机稳态转速调试方法，其特征在于，步骤S1中所述动力涡轮转速为其地面慢车状态额定转速的三分之二。

5.根据权利要求1所述涡轴发动机稳态转速调试方法，其特征在于，步骤S2中所述燃气涡轮转速为其最大转速的80%。

6.根据权利要求1所述涡轴发动机稳态转速调试方法，其特征在于，步骤S32中燃气涡轮重新降至其最大转速的80%。

7.根据权利要求1～6任意一项所述涡轴发动机稳态转速调试方法的应用，其特征在于，应用于涡轴发动机稳态转速调试。