CN108050913B - 一种用于涡轮转子外径的测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于涡轮转子外径的测量装置，属于涡轮转子外径测量技术领域。操纵螺钉依次套接有副滑块、胀紧滑块及主滑块；副滑块、胀紧滑块及主滑块三者组成一楔形的胀紧结构，其轴向截面呈梯形状，任意两者之间的楔形角大小一致；胀紧滑块的上底面为弧形面，弧形面与高压涡轮盘榫槽的前弧面配合；胀紧滑块主滑块及副滑块的下底面与高压涡轮叶片的上平面一致；操纵螺钉的螺纹段与主滑块螺纹连接，转动操纵螺钉带动主滑块向高压涡轮叶片的方向移动，进而依次带动胀紧滑块靠近高压涡轮盘的方向移动及副滑块向高压涡轮叶片的方向移动。本发明叶片外撑作用力大小可控，达到测量精度高，操作简单，稳定可靠，降低了使用成本。

Description

一种用于涡轮转子外径的测量装置
技术领域
本发明属于涡轮转子外径测量技术领域，具体涉及一种用于涡轮转子外径的测量装置。
背景技术
高压涡轮转子作为航空发动机的重要组成部件，其叶尖间隙对航空发动机的振动特性、排气温度、耗油率具有直接影响。叶尖外径作为高压涡轮转子径向间隙的重要组成参数，尺寸测量的准确性对研究涡轮性能和排故尤为重要。高压涡轮叶片装配时，叶片榫头和高压涡轮盘榫槽之间存在活动间隙，测量时需要对被测叶片进行径向外撑固定以消除活动间隙，保证正确的径向外撑方向，才可进行高压涡轮转子叶尖外径的准确测量。
国外采用先进的高速叶尖磨床，在进行高压涡轮转子叶尖高速磨削加工的同时，利用离心力可实现叶片径向“甩开”的在线外径测量，其测量成本高；
国内对于高压涡轮转子外径的测量普遍基于在不拆分后挡板的单元体状态下展开，采用人工手动作用于被测叶片的叶身进行外撑，使用外径千分尺进行外径测量；其机构装夹定位不便，操作复杂，测量精度和稳定性低下。
发明内容
本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种用于涡轮转子外径的测量装置，在拆分后挡板的单元体状态下，消除高压涡轮转子外径测量时叶片榫头和榫槽间的径向活动间隙，实现叶片的径向外撑和固定，确保正确的径向外撑方向，实现高压涡轮转子外径的准确测量，且叶片外撑作用力大小可控，达到测量精度高，操作简单，稳定可靠。
本发明的技术方案：一种用于涡轮转子外径的测量装置，包括：操纵螺钉、副滑块、胀紧滑块及主滑块；
所述操纵螺钉由螺帽端至螺纹端依次套接有所述副滑块、胀紧滑块及主滑块；
所述副滑块、胀紧滑块及主滑块其轴向截面呈梯形状，三者组合成一楔形的胀紧结构，任意两者之间的楔形角大小一致；
所述胀紧滑块的上底面为弧形面，所述弧形面与高压涡轮盘榫槽的前弧面配合；
所述胀紧滑块的下底面与高压涡轮叶片的上平面一致；
所述主滑块及副滑块的下底面与高压涡轮叶片的上平面一致；
所述操纵螺钉的螺纹段与所述主滑块螺纹连接，转动所述操纵螺钉,通过楔形的胀紧结构驱动胀紧滑块向上、副滑块和主滑块向下对高压涡轮叶片进行外撑。
优选地，所述胀紧滑块中心位置处上下对称设置有长条形通孔，所述长条形通孔与所述操纵螺钉间隙配合，使所述胀紧滑块相对所述操纵螺钉移动。
优选地，所述操纵螺钉位于所述长条形通孔的中心线上。
优选地，所述胀紧结构关于所述操纵螺钉的安装轴线左右对称。
优选地，所述胀紧结构的中心线、高压涡轮盘榫槽的中心线及高压涡轮叶片榫头的中心线三者重合。
本发明技术方案的有益效果：本发明一种用于涡轮转子外径的测量装置，实现叶片的径向外撑和固定，确保正确的径向外撑方向，实现高压涡轮转子外径的准确测量，且叶片外撑作用力大小可控，达到测量精度高，操作简单，稳定可靠，降低了使用成本。
附图说明
图1为本发明用于涡轮转子外径的测量装置的一优选实施例的安装示意图。
图2为图1所示实施例的胀紧结构的示意图；
图3为图2所示实施例的A向剖视结构示意图；
图4为图1所示实施例的胀紧机构受力分析示意图；
图5为图1所示实施例的主滑块受力分析示意图；
其中，1-高压涡轮盘，2-叶片外撑胀紧机构，3-后挡板，4-高压涡轮叶片，5-操作螺钉，6-副滑块，7-胀紧滑块，8-主滑块。
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。
如图1至图3所示：一种用于涡轮转子外径的测量装置，在拆分后挡板3的单元体状态下，对进行叶片的径向外撑固定，其包括：操纵螺钉5、副滑块6、胀紧滑块7及主滑块8；
操纵螺钉5由螺帽端至螺纹端依次套接有副滑块6、胀紧滑块7及主滑块8；
副滑块6、胀紧滑块7及主滑块8其轴向截面呈梯形状，三者组合成一楔形的胀紧结构，任意两者之间的楔形角大小一致，保证了胀紧结构力传递的效率。
胀紧滑块7的上底面为弧形面，弧形面与高压涡轮盘1榫槽的前弧面配合；
胀紧滑块7的下底面与高压涡轮叶片4的上平面一致；
主滑块8及副滑块6的下底面与高压涡轮叶片4的上平面一致；
操纵螺钉5的螺纹段与主滑块8螺纹连接，转动操纵螺钉5,通过楔形的胀紧结构驱动胀紧滑块7向上、副滑块6和主滑块8向下对高压涡轮叶片4进行外撑。
本实施例中，胀紧结构关于操纵螺钉5的安装轴线左右对称，使得胀紧结构与高压涡轮叶片4及高压涡轮盘1之间受力更加均衡。
本实施例中，叶片外撑时，应使得高压涡轮盘1榫槽的中心线MN、高压涡轮叶片4榫头的中心线PN重合，保证叶片的径向外撑方向，需要胀紧结构的中心线MP与MN、PN在一条直线上。结构设计时，副滑块6、胀紧滑块7、主滑块8的上弧面与高压涡轮盘1榫槽的前弧面结构一致，利用胀紧滑块7的上弧面与高压涡轮盘1榫槽的前弧面进行外撑和定位，下平面与高压涡轮叶片4榫槽的上平面一致，利用副滑块6、主滑块8的下平面与高压涡轮叶片4的上平面进行外撑和定位。
胀紧滑块7中心位置处上下对称设置有长条形通孔，长条形通孔与操纵螺钉5间隙配合，使胀紧滑块7相对操纵螺钉5移动；其中心线位于叶片胀紧结构的中心线MP上，与操作螺钉5的中心轴进行配合，中心轴的轴心0位于胀紧滑块7长条孔的中心线上，确保通过楔形螺纹传动结构对高压涡轮叶片4进行外撑时，叶片的外撑方向沿正确的径向方向进行，消除高压涡轮叶片4榫头和高压涡轮盘1榫槽的径向活动间隙，实现高压涡轮叶片4的径向外撑和固定。在高压涡轮转子径向另一侧叶片同样采用此方法进行外撑和固定，然后使用外径千分尺对这对高压涡轮叶片4外径进行测量。重复操作可完成高压涡轮转子周向所有叶片的外径测量。
如图4所示，设叶片外撑作用力为Fw，则胀紧滑块7受力为Fw，由于叶片外撑胀紧机构2中副滑块6、胀紧滑块7、主滑块8采用对称楔形配合结构，则副滑块6、主滑块8受力均为Fw/2。
如图5所示，对主滑块8进行受力分析，主滑块8受胀紧滑块7作用压力为F1，作用摩擦力为F2，受操作螺钉5的螺纹驱动力为FZ，受叶片外撑反作用力为Fw/2，摩擦系数为μ，楔形角为θ。计算得到：
F2＝μF1 (1)
F2sinθ+Fw/2＝F1cosθ (2)
FZ＝F2cosθ+F1sinθ (3)
旋转叶片外撑胀紧机构2的操作螺钉5，进行叶片外撑时，设人工操作扭矩为T，主滑块8受操作螺钉5的螺纹驱动力为FZ：
Figure GDA0002277884990000051
式中：d——操作螺钉4的螺纹中径
λ——操作螺钉4的螺纹升角
ρ——操作螺钉4的螺纹当量摩擦角
整理计算叶片外撑作用力Fw为：
Figure GDA0002277884990000052
旋转操作螺钉5，施加人工操作扭矩T，实现叶片外撑作用力Fw可控。设高压涡轮叶片4榫头与高压涡轮盘1榫槽的最大静摩擦力为Fμ，高压涡轮叶片4和高压涡轮盘1两者的最小许用压力Fσ，外撑时应保证叶片外撑作用力Fw：
Fμ＜Fw＜Fσ (6)
计算整理，得到叶片外撑胀紧机构2中楔形角θ的安全使用范围。
本装置使用如下：
首先，转动操作螺钉5，将胀紧滑块7调整到适当位置，使得副滑块6、胀紧滑块7、主滑块8的上弧面和下底面基本在一个面上，然后将叶片外撑胀紧结构放入高压涡轮叶片4榫头与高压涡轮盘1榫槽的装配间隙中，调整叶片外撑胀紧结构的竖直高度，保持副滑块6的上端面(图2副滑块6的左端面)与高压涡轮叶片4榫头的上端面(竖直方向)基本一致。
转动操作螺钉5，通过楔形—螺纹传动结构驱动胀紧滑块7向上、副滑块6和主滑块8向下对高压涡轮叶片4进行外撑，此时利用胀紧滑块7的上弧面与高压涡轮盘1榫槽的前弧面进行外撑和定位，利用副滑块6、主滑块8的下平面与高压涡轮叶片4榫头的上平面进行外撑和定位，消除高压涡轮叶片4榫头和高压涡轮盘1榫槽的径向活动间隙，实现高压涡轮叶片4的径向外撑和固定，操作时控制操作螺钉5的扭矩大小，进而控制叶片外撑作用力的大小。在高压涡轮转子径向另一侧叶片同样采用此方法进行外撑和固定，然后使用外径千分尺对这对高压涡轮叶片4进行转子叶尖外径测量。重复操作即可完成高压涡轮周向所有叶片的叶尖外径测量。
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 (5)

1.一种用于涡轮转子外径的测量装置，其特征在于，包括：操纵螺钉(5)、副滑块(6)、胀紧滑块(7)及主滑块(8)；
所述操纵螺钉(5)由螺帽端至螺纹端依次套接有所述副滑块(6)、胀紧滑块(7)及主滑块(8)；
所述副滑块(6)、胀紧滑块(7)及主滑块(8)其轴向截面呈梯形状，三者组合成一楔形的胀紧结构，任意两者之间的楔形角大小一致；
所述胀紧滑块(7)的上底面为弧形面，所述弧形面与高压涡轮盘(1)榫槽的前弧面配合；
所述胀紧滑块(7)的下底面与高压涡轮叶片(4)的上平面一致；
所述主滑块(8)及副滑块(6)的下底面与高压涡轮叶片(4)的上平面一致；
所述操纵螺钉(5)的螺纹段与所述主滑块(8)螺纹连接，转动所述操纵螺钉(5)，通过楔形的胀紧结构驱动胀紧滑块(7)向上、副滑块(6)和主滑块(8)向下对高压涡轮叶片(4)进行外撑。
2.如权利要求1所述的用于涡轮转子外径的测量装置，其特征在于：所述胀紧滑块(7)中心位置处上下对称设置有长条形通孔，所述长条形通孔与所述操纵螺钉(5)间隙配合，使所述胀紧滑块(7)相对所述操纵螺钉(5)移动。
3.如权利要求2所述的用于涡轮转子外径的测量装置，其特征在于：所述操纵螺钉(5)位于所述长条形通孔的中心线上。
4.如权利要求1所述的用于涡轮转子外径的测量装置，其特征在于：所述胀紧结构关于所述操纵螺钉(5)的安装轴线左右对称。
5.如权利要求4所述的用于涡轮转子外径的测量装置，其特征在于：所述胀紧结构的中心线、高压涡轮盘(1)榫槽的中心线及高压涡轮叶片(4)榫头的中心线三者重合。
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