CN108252961A - 一种用于轴流压气机性能试验的轴向力平衡装置 - Google Patents

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向宏辉
任飞
夏联
吴森林
张良
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Abstract

本发明涉及一种用于轴流压气机性能试验的轴向力平衡调控装置，是为航空发动机压气机部件试验运行过程中调控试验件转子轴向力而进行设计，所述装置由压缩机1、储气罐2、干燥器4、调压阀5、电磁阀6、测试单元7、试验件平衡腔8以及相关管路等组成，所述轴向力平衡调控装置设计为独立系统，可根据实际工况灵活布局器件管路。设计中，轴向力平衡调控装置要求可实现变工况连续可调，输出稳定洁净的干燥压缩气体，同时具备快速精确调节和迅速泄放压力的功能。设计完成后，压气机部件试验过程中，其转子轴向力得到了有效的平衡，极大的改善试验件运行过程中的转子运行状态，降低了试验风险，提高了试验工作效率。

Description

一种用于轴流压气机性能试验的轴向力平衡装置
技术领域
本发明属航空发动机压气机试验领域，重点在于压气机试验过程中轴向力平衡调控方式的设计。
背景技术
近年来随着国内航空工业的蓬勃发展，先进型号的航空发动机研制工作也进入了工程化阶段，压气机做为航空发动机的关键部件之一，并且设计复杂、研制难度大，因此试验验证工作对其设计优化以及整机串装工程化应用显得尤为重要。
目前，大多数压气机试验器在进行试验时，其轴向力平衡主要依靠试验件的轴承承担。试验件轴承可承受的轴向力有限，仅适用于常规的压气机试验件的试验要求；而针对高负荷、大功率的多级高总压比压气机试验件来说，其运行过程中轴向力负载过大，试验件的轴承难以完全承受(即使对其进行进口节流控制也无法满足要求)，需要借助于其他装置或系统进行平衡。
发明内容
本发明的目的：采用独立的可调供气装置对试验件平衡腔8供气(通过供气可产生与轴承所承受轴向力方向相反的平衡力)，目的在于减少压气机试验件运行工作中轴承所承受的轴向力，改善试验件转子的工作状态，降低试验运行风险。
本发明的技术方案：为了解决上述技术问题，本发明的详细技术方案如下：一种用于轴流压气机性能试验的轴向力平衡装置，包括压缩机1、储气罐2、干燥器4、调压阀5、测试单元7、试验件平衡腔8，压缩机1输出具有一定压力的气体进入储气罐2进行保压后通过干燥器4，完成干燥除水后，一路通过调压阀5联通放空管路9，一路通过调压阀5联通试验件平衡腔8，利用两个调压阀5的打开与闭合控制试验件平衡腔8内的气压；在试验件平衡腔8的进气管道处设有测试单元7，利用所述测试单元7采集供给试验件平衡腔8的气体参数。
所述的一种用于轴流压气机性能试验的轴向力平衡装置，所述试验件平衡腔8由固定构件8-1和转动构件8-5组成，试验过程中试验件给转动组件8-5施加轴向力，转动组件8-5与设备转子轴系相连，固定构件8-1与试验设备固定支点相连，固定构件8-1与转动构件8-5之间通过多层篦齿实现密封。高压气体8-3进入平衡腔8-2内与外部环境形成压差进而产生平衡力作用在转动构件8-5上，平衡力方向8-4与轴向力方向8-6相反。
所述的一种用于轴流压气机性能试验的轴向力平衡装置，还包括电磁阀6，所述电磁阀6联通试验件平衡腔8进气管道与放空管路9，需要快速泄压时所述电磁阀6打开，管路内气体从放空管路9迅速排出。
本发明的有益效果：本设计减少了试验过程中压气机试验件转子轴承所承受的轴向力，提高试验件运行稳定性；提高试验件运行稳定性可以使试验件转子在高负载状态下更可靠的运行，极大的降低试验过程的运行风险，并可以录取更为准确的压气机失稳边界，为发动机整机串装试验提供有力的支撑；同时，通过合理的调控试验件转子轴承所承受的轴向力使轴承的工作条件得到改善，可大幅延长轴承的使用寿命，节省经费投入；并且，试验件转子运行处于稳定工况下，可大幅提高部件试验件的使用效率和试验过程的工作效率。
附图说明
图1轴向力平衡调控装置原理图；
图2轴向力平衡原理示意图；
其中，1为压缩机，2储气罐，3为安全阀，4为干燥器，5为调压阀，6为电磁阀，7为测试单元，8为试验件平衡腔，9为放空管路，8-1为固定构件，8-2为平衡腔，8-3为高压气体，8-4为平衡力方向，8-5为转动构件，8-6为轴向力方向。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明:
参见图1，所述装置由压缩机1、储气罐2、干燥器4、调压阀5、电磁阀6、测试单元7、试验件平衡腔8以及相关管路等组成，压缩机1输出具有一定压力的气体进入储气罐2进行保压后通过干燥器4，完成干燥除水后利用两个调压阀5和放空管路9进行供气压力调节，并利用测试单元7采集供给试验件平衡腔8的气体参数(压力、温度)，电磁阀6设置于调压阀5与测试单元7之间和放空管路9串联以满足系统内压力快速泄放的需求。所述轴向力平衡调控装置设计为独立系统，可根据实际工况灵活布局器件管路。压缩机1具有变工况连续可调功能，在压缩机1与输出气体压力之间建立PID闭环控制，使装置输出的高压气体稳定连续。同时通过远程PLC对压缩机1与调压阀5进行联动控制，并利用测试单元7数据反馈得到调控目标压力，压力控制精度不低于1％。压气机试验件在试验过程中需对被试件进行非稳定工况边界评估，当试验件一旦运行至非稳定工况边界时转子轴承所承受的轴向力亦会随之发生振荡，此时对试验件施加的平衡轴向力需及时撤除。为了将平衡轴向力迅速撤除，要求装置中的电磁阀6具有高灵敏度，可实现在0.2s内快速触发打开泄放通道，使高压气体通过放空管路9排出。
参见图2，所述装置通过改变试验件平衡腔8内的压力调节平衡力。试验件平衡腔8由固定构件8-1和转动构件8-5组成，试验过程中试验件给转动组件8-5施加轴向力，转动组件8-5与设备转子轴系相连，固定构件8-1与试验设备固定支点相连，固定构件8-1与转动构件8-5之间通过多层篦齿实现密封。高压气体8-3进入平衡腔8-2内与外部环境形成压差进而产生平衡力作用在转动构件8-5上，平衡力方向8-4与轴向力方向8-6相反。
为了使该装置工作运行过程中安全可靠，设计过程中需将整个装置的耐压等级提高至压缩机最高输出压力的1.25倍，同时，在储气罐上安装安全阀3保障安全。
本发明在压气机试验器上应用后，经过试验验证，试验过程平衡轴向力调节准确快捷，装置安装调试方便，试验件转子轴承运行工况明显改善。在压气机试验件进入非稳定工况时平衡力撤除迅速可靠。总之，本发明使压气机试验件试验过程中转子运行产生的轴向力得到有效平衡，装置工作稳定、可靠。

Claims (3)

1.一种用于轴流压气机性能试验的轴向力平衡装置，其特征在于，包括压缩机(1)、储气罐(2)、干燥器(4)、调压阀(5)、测试单元(7)、试验件平衡腔(8)，压缩机(1)输出具有一定压力的气体进入储气罐(2)进行保压后通过干燥器(4)，完成干燥除水后，一路通过调压阀(5)联通放空管路(9)，一路通过调压阀(5)联通试验件平衡腔(8)，利用两个调压阀(5)的打开与闭合控制试验件平衡腔(8)内的气压；在试验件平衡腔(8)的进气管道处设有测试单元(7)，利用所述测试单元(7)采集供给试验件平衡腔(8)的气体参数。
2.根据权利要求1所述的一种用于轴流压气机性能试验的轴向力平衡装置，其特征在于，所述试验件平衡腔(8)由固定构件(8-1)和转动构件(8-5)组成，试验过程中试验件给转动组件(8-5)施加轴向力，转动组件(8-5)与设备转子轴系相连，固定构件(8-1)与试验设备固定支点相连，固定构件(8-1)与转动构件(8-5)之间通过多层篦齿实现密封。高压气体(8-3)进入平衡腔(8-2)内与外部环境形成压差进而产生平衡力作用在转动构件(8-5)上，平衡力方向(8-4)与轴向力方向(8-6)相反。
3.根据权利要求1所述的一种用于轴流压气机性能试验的轴向力平衡装置，其特征在于，还包括电磁阀(6)，所述电磁阀(6)联通试验件平衡腔(8)进气管道与放空管路(9)，需要快速泄压时所述电磁阀(6)打开，管路内气体从放空管路(9)迅速排出。
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