CN108362501B - 一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够用于航空轴流压气机性能试验的试验设备台架安装连接方法。本发明基于压气机安装前采用预安装的方式获取压气机试验件输入轴(1)与试验设备排气道输出轴(3)之间的工作间隙。本发明基于压气机试验件具体结构类型设计了相应的前辅助支撑结构和进气密封连接方式。

Description

一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法

技术领域

本发明涉及航空发动机轴流压气机部件气动性能试验研究领域，提出了一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法。

背景技术

轴流压气机是现代航空发动机中综合技术难度最大的核心关键部件。在航空轴流压气机研制过程中，轴流压气机部件气动性能试验是非常重要的研究内容，通过在专用压气机试验设备上对压气机试验件开展详细的性能参数测试分析，能够验证设计结果并为压气机优化改进提供方向和指导。压气机性能试验能否顺利开展，除了压气机试验件自身需要具备良好的机械工作特性外，压气机试验件在试验设备台架上的安装技术状态对于压气机试验同样具有重要影响。

国内传统压气机试验件在试验设备台架上均采用悬挂安装方式。压气机试验件出口排气机匣与试验设备排气道之间通过螺栓进行刚性连接，压气机试验件进口进气机匣(28)与试验设备进气稳压箱(23)采用橡胶联接板(24)进行软连接，整台压气机试验件处于悬臂状态。该安装结构虽然可以保证压气机试验件机匣在热变形作用下的自由膨胀，但由于压气机进口缺乏支撑点，导致实际工作中影响压气机试验件台架安装精度的外在因素非常多，例如：压气机试验件机匣刚度、压气机试验件轴承支点跨度、压气机试验件转子系统不平衡量、压气机试验件排气机匣与试验设备排气道之间的止口配合间隙、压气机试验件输入轴(1)与试验设备排气道输出轴(3)之间的内外套齿啮合情况等。总体上，上述安装方式的随意性比较大，关键连接参数没有得到有效控制，更多依赖于操作人员的经验，容易导致压气机试验件在运行过程中出现外机匣或轴承振动问题，严重影响压气机试验件试验工作的顺利进行。

发明内容

本发明的目的：提出一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，有效保证压气机转子系统在压气机试验设备上的平稳运转，消除由于压气机试验件台架安装流程或者参数控制不合理而诱发的转子碰磨或偏磨、机匣结构性振动等故障，降低压气机试验风险，提高国内现有航空轴流压气机试验的成功率与有效率。

本发明的技术方案：为了达到上述目的，本发明的详细技术方案阐述如下：一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，采用预安装压铅丝步骤来测量压气机试验件输入轴(1)与试验设备排气道输出轴(3)之间的工作间隙。

所述的一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，还包括安装压气机试验件外机匣的辅助支撑结构。

所述的一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，还包括对压气机试验件进口进气机匣(28)与试验设备进气稳压箱(23)的连接。

所述的一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，包括以下步骤：

步骤1、将直径为5mm的铅丝制成“S”型，放进压气机试验件输入轴球窝(2)内，并在压气机试验件输入轴(1)花键上涂抹高温润滑脂，在设备排气道或齿轮增速箱的封严环上安装石棉盘根；

步骤2、吊装压气机试验件，用水平仪测量压气机试验件输入轴(1)的水平度，根据测量结果，利用滑轮进行压气机试验件水平度调节；

步骤3、压气机试验件固定在排气道机匣；

步骤4、连接并检查压气机试验件供回油管路；

步骤5、退出压气机试验件，取出压气机试验件输入轴球窝(2)内的铅丝，测量铅丝被挤压部分的厚度，判断试验设备排气道输出轴球头(4)大径进入压气机试验件输入轴球窝(2)是否小于2mm，同时判断试验设备排气道输出轴球头(4)端面与压气机试验件输入轴球窝(2)之间的间隙是否小于2mm；

步骤6、根据压气机试验件输入轴(1)花键上涂抹的高温润滑脂的剩余长度，判断套齿啮合长度是否小于花键长度的2/3；

步骤7、目视检查石棉盘根挤压痕迹是否位于石棉盘根中间部位，如果位于石棉盘根中部，则表明试验件流道与设备排气道密封性良好；如果挤压痕迹已超出石棉盘根的边缘，需要更换合适尺寸的石棉盘根。

步骤8、当步骤5、6、7判断确定试验设备排气道输出轴球头(4)大径进入压气机试验件输入轴球窝(2)不小于2mm，同时试验设备排气道输出轴球头(4)端面与压气机试验件输入轴球窝(2)之间的间隙不小于2mm，套齿啮合长度不小于花键长度的2/3，石棉盘根挤压痕迹位于石棉盘根中间部位时，压气机试验件正式上台安装。

所述的一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，所述压气机试验件外机匣的辅助支撑结构包括：当压气机试验件总增压比在10以上时，选用水平支撑结构，当压气机试验件总增压比小于10时选用吊挂支撑结构。

所述的一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，所述压气机试验件进口进气机匣(28)与试验设备进气稳压箱(23)的连接结构包括：当压气机试验件总增压比为10以上时，选用非接触式密封连接结构，当压气机试验件总增压比小于10时选用橡胶板密封连接方式。

本发明的有益效果：本项发明完整给出了用于航空轴流压气机性能试验的台架安装连接方法，相对于常规压气机试验件台架安装方法，本发明通过在试验件机匣前端设计安装辅助支撑结构，保证了压气机试验件转子在试验台架的平稳运转，消除由于压气机试验件安装结构导致的转子碰磨或偏磨、机匣结构性振动等问题；通过在压气机试验件安装前采用预安装的方式，获取压气机试验件输入轴(1)与试验设备排气道输出轴(3)之间的间隙，确保压气机试验件在喘振等非正常工况下不会因为压气机转子前后串动导致压气机试验件输入轴(1)与试验设备排气道输出轴(3)之间抱死，降低试验风险。根据压气机试验件结构类型，分别设计了橡胶板密封连接方式和非接触密封连接方式，能够适应不同压气机试验件机匣轴向伸缩量变化要求，具有安装结构简单、密封效果好、适应范围宽等特点，保证压气机试验件进口与试验设备进气系统可靠连接，满足压气机试验件性能试验运行安全性和试验数据有效性的要求。本发明所给出的安装方法经过多个压气机试验件性能试验验证，证明了安装结果的适应性和有效性，能够满足轴流压气机试验件性能试验的需求，在国内航空轴流压气机性能试验中具体很好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明中压气机试验件输入轴(1)与试验设备排气道输出轴(3)连接结构示意图；

图2是本发明中压气机试验件机匣吊挂辅助支撑结构示意图；

图3是本发明中压气机试验件机匣水平辅助支撑结构示意图；

图4是本发明中压气机试验件进口橡胶板密封结构示意图；

图5是本发明中压气机试验件进口非接触式密封结构示意图；

图中：1是压气机试验件输入轴、2是压气机试验件输入轴球窝、3是试验设备排气道输出轴、4是试验设备排气道输出轴球头、5是辅助支撑吊挂、6是螺栓、7是螺栓、8是辅助支撑横梁、9是左辅助支撑、10是保险丝、11是螺栓、12是螺栓、13是压气机试验件支点、14是右辅助支撑、15是压气机试验件前机匣法兰耳座、16是楔形块、17是螺杆、18是调整底座、19是螺栓、20是左支架、21是加强杆、22是右支架、23是试验设备进气稳压箱、24是橡胶联接板、25是转接板、26是压环、27是联接螺栓、28是压气机试验件进口进气机匣、29是精密螺栓、30是导流盆、31是转接板、32是橡胶密封圈、33是密封环、34是密封圈、35是压紧环、36是压气机试验件密封转接段、37是压气机试验件转接板。

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：

航空轴流压气机试验件在专用试验设备台架上的完整安装方法主要由3个部分组成，分别为：压气机试验件出口与试验设备排气道的连接方法；压气机试验件外机匣辅助支撑方法；压气机试验件进口与试验设备进气稳压箱(23)的连接方法。其中，在进行压气机试验件出口与试验设备排气道安装连接时，采用预安装压铅丝方法测量压气机试验件传动轴与试验设备输出轴之间的工作间隙。通过在试验件进气机匣上增加辅助支撑，增强机匣刚性，降低悬挂安装方式所带来的悬臂效应，抑制压气机试验件进口垂直方向的基频振动。根据压气机试验件具体结构类型，分别选取2种辅助支撑结构，分别为吊挂辅助支撑结构和水平辅助支撑结构，通过调整辅助支撑，将静止状态下的试验件前机匣垂直向上抬高0.03～0.05mm。根据压气机试验件具体结构类型，可选取2种进口密封连接方式，分别为橡胶板密封连接方式和非接触密封连接方式。其中，橡胶板密封连接结构主要由压环(26)、转接板(25)、联接螺栓(27)等组成，试验过程中可吸收试验件机匣沿轴向最大5mm范围内的变形量，不同尺寸大小的压气机试验件可通过更换不同大小的橡胶板来满足试验要求。非接触式密封连接结构主要由转接板(31)、密封环(33)、橡胶密封圈(32)、压紧环(35)、压气机试验件密封转接段(36)等组成。该结构适用于压气机试验件轴向变形量大于5mm的试验要求。

1)压气机试验件出口与设备排气道之间的安装连接方法表述如下：

第1步：根据压气机试验件轴向长度将试验设备进气稳压箱(23)移至适当位置，根据试验件机匣辅助支撑位置将设备安装平台调整至适当位置。

第2步：用清洁的汽油和绢布清洗压气机试验件后安装边止口、压气机试验件输入轴(1)含套齿及压气机试验件进/出口流道。用清洁的汽油和绢布清洗试验设备排气道或悬挂齿轮增速器安装止口、试验设备排气道输出轴(3)含花键及试验设备流道进口，确保无残留杂质。

第3步：将直径为5mm的铅丝段制成“S”型，放进压气机试验件输入轴球窝(2)内，并在压气机试验件输入轴(1)花键上涂抹高温润滑脂(沿周向均布涂抹三处，轴向涂满整个花键)，并在试验设备排气道或齿轮增速箱(需要时)的封严环上安装石棉盘根(直径根据试验件实际尺寸选取)。

第4步：根据压气机试验件重量、直径大小选用合适的吊具、双滑轮，选择合适位置吊装压气机试验件；用水平仪测量压气机试验件输入轴(1)的水平度，根据测量结果，利用滑轮进行压气机试验件水平度调节。

第5步：进行压气机试验件初始试安装，手动慢速盘动排气道轴系，在压气机试验件与试验设备排气道的连接套齿啮合以后，安装法兰连接螺栓，螺栓安装顺序依次按照上、下，左、右对称方向进行，最后隔孔安装完所有螺栓，直至两端连接法兰处于无间隙状态。

第6步：连接压气机试验件供回油管路，确保各连接位置紧固后，对压气机试验件油路进行静态打压试验，供油压力根据试验委托方要求为0.15MPa，时间为2分钟，检查压气机试验件供回油有无泄露情况。

第7步：退出压气机试验件，取出压气机试验件输入轴球窝(2)内的铅丝，测量铅丝被挤压部分和套齿啮合长度，确保试验设备排气道输出轴球头(4)大径进入压气机试验件输入轴球窝(2)不小于2mm，同时试验设备排气道输出轴球头(4)端面与压气机试验件输入轴(2)球窝之间的间隙不小于2mm，套齿啮合长度不小于花键长度的2/3。

第8步:目视检查石棉盘根挤压痕迹是否位于石棉盘根中间部位，如果位于石棉盘根中部，则表明压气机试验件流道与试验设备排气道密封性良好；如果挤压痕迹已超出石棉盘根的边缘，需要更换合适尺寸的石棉盘根。

压气机试验件试装完成后，正式上台安装。压气机试验件安装完毕后在试验设备排气道输入端套齿盘处盘车检查试验设备轴系及压气机试验件转动是否灵活、无异响。

2)压气机试验件外机匣辅助支撑方法表述如下：

a)吊挂支撑结构：将辅助支撑吊挂(5)安装在压气机试验件支点(13)上，并打好保险丝(10)，调整左、右辅助支撑(9、14)位置，保证左、右辅助支撑(9、14)与压气机试验件支点(13)位置处于同一轴向位置上，并调整左辅助支撑(9)与辅助支撑吊挂(5)及辅助支撑吊挂(5)与右支辅助支撑(14)的距离使左辅助支撑(9)、辅助支撑吊挂(5)、右支辅助支撑(14)的螺杆位于辅助支撑横梁(8)的各安装孔中间，然后安装辅助支撑横梁(8)，观测辅助支撑吊挂(5)螺杆在自由状态下是否垂直于辅助支撑横梁(8)，上下推动辅助支撑横梁(8)，应能够自由抬起和落下，且左、右辅助支撑(9、14)及辅助支撑吊挂(5)与辅助支撑横梁(8)的安装孔不发生碰撞。最后将所有螺栓(6、7、11、12)锁紧。

b)水平支撑结构：将安装于压气机试验件前机匣法兰耳座(15)水平放置于楔形块(16)上，使压气机试验件可以通过压气机试验件前机匣法兰耳座(15)实现轴向方向的自由移动。压气机试验件前机匣法兰耳座(15)水平放置高度可通过楔形块(16)进行调节，楔形块(16)通过螺杆(17)固定于调整底座(18)，调整底座通过螺栓(19)紧固于左支架和右支架(20、22)上。左支架(20)和右支架(22)通过加强杆(21)紧固，使其试验件前辅助支架具有较好的刚性。

3)压气机试验件进口与试验设备进气稳压箱(23)的连接方法表述如下：

a)橡胶板密封连接方式：转接板(25)用不少于4颗精密螺栓(29)按照上、下、左、右方向分别固定在压气机试验件进口进气机匣(28)法兰上，移动试验设备进气稳压箱(23)至橡胶联接板(24)与转接板(25)接触，配钻转接板(25)与橡胶联接板(24)的安装孔，配钻过程中将压气机试验件进口遮盖，防止进口异物，配钻后将橡胶联接板(24)与转接板(25)之间的橡皮屑擦拭干净。安装压环(26)、橡胶联接板(24)和转接板(25)的联接螺栓(27)。将原固定在转接板(25)上的4颗精密螺栓(29)拆掉后安装导流盆(30)，用精密螺栓(29)联接压气机试验件进口进气机匣(28)、转接板(25)及导流盆(30)，最后将所有螺栓锁紧。

b)非接触式密封连接结构：试验设备进气稳压箱(23)与压气机试验件进口进气机匣(28)采用过渡连接方式，密封环(33)与转接板(31)、转接板(31)与试验设备进气稳压箱(23)之间均为螺栓紧固且转接板(31)两端均采用橡胶密封圈(32)密封，密封圈(34)通过压紧环(35)挤压于密封环槽道内，密封圈(34)受到紧压使其与压气机试验件密封转接段(36)外壁面紧密相切，达到密封效果。压气机试验件转接板(37)通过法兰与压气机试验件进口进气机匣(28)、压气机试验件密封转接段(36)及导流盆(30)相连使压气机试验件整体可以在压气机试验件密封转接段(36)内轴向自由移动。

Claims (5)

1.一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，其特征在于，采用预安装压铅丝步骤来测量压气机试验件输入轴(1)与试验设备排气道输出轴(3)之间的工作间隙，具体包括以下步骤：

步骤1、将直径为5mm的铅丝制成“S”型，放进压气机试验件输入轴球窝(2)内，并在压气机试验件输入轴(1)花键上涂抹高温润滑脂，并在试验设备排气道或齿轮增速箱的封严环上安装石棉盘根；

步骤2、吊装压气机试验件，用水平仪测量压气机试验件输入轴(1)的水平度，根据测量结果，利用滑轮进行压气机试验件水平度调节；

步骤3、固定压气机试验件；

步骤4、连接并检查压气机试验件供回油管路；

步骤5、退出压气机试验件，取出压气机试验件输入轴球窝(2)内的铅丝，测量铅丝被挤压部分的厚度，判断试验设备排气道输出轴球头(4)大径进入压气机试验件输入轴球窝(2)是否小于2mm，同时判断试验设备排气道输出轴球头(4)端面与压气机试验件输入轴球窝(2)之间的间隙是否小于2mm；

步骤6、根据压气机试验件输入轴(1)花键上涂抹的高温润滑脂的剩余长度，判断套齿啮合长度是否小于花键长度的2/3；

步骤7、目视检查石棉盘根挤压痕迹是否位于石棉盘根中间部位，如果位于石棉盘根中部，则表明压气机试验件流道与试验设备排气道密封性良好；如果挤压痕迹已超出石棉盘根的边缘，需要更换合适尺寸的石棉盘根；

步骤8、当步骤5、6、7判断确定试验设备排气道输出轴球头(4)大径进入压气机试验件输入轴球窝(2)不小于2mm，同时试验设备排气道输出轴球头(4)端面与压气机试验件输入轴球窝(2)之间的间隙不小于2mm，套齿啮合长度不小于花键长度的2/3，石棉盘根挤压痕迹位于石棉盘根中间部位时，压气机试验件正式上台安装。

2.根据权利要求1所述的一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，其特征在于，还包括安装压气机试验件外机匣的前辅助支撑结构。

3.根据权利要求2所述的一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，其特征在于，还包括对压气机试验件进口与试验设备进气稳压箱(23)的连接。

4.根据权利要求2所述的一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，其特征在于，所述压气机试验件外机匣的辅助支撑结构包括：当压气机试验件总增压比在10以上时，选用水平支撑结构，当压气机试验件总增压比小于10时选用吊挂支撑结构。

5.根据权利要求3所述的一种用于航空轴流压气机性能试验的台架安装方法，其特征在于，所述压气机试验件进口与试验设备进气稳压箱(23)的连接结构包括：当压气机试验件总增压比为10以上时，选用非接触式密封连接结构，当压气机试验件总增压比小于10时选用橡胶板密封连接方式。

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