CN109340164A - 一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，包括静环5、动环6、固定压块13、连接压块16、滚动轴承17，其特征在于，动环6与排气机匣轴颈为非直接接触，动环6下方安装有滚动轴承17并坐落在连接压块16上，连接压块16起排气机匣轴颈轴套和滚动轴承17轴承座作用，固定在该轴颈上，动环6通过连接压块16与机匣轴颈接触；所述滚动轴承17为内外圈不可分离式，滚动体采用氮化硅陶瓷球，固定压块13安装在连接压块16，使滚动轴承轴向固定。提高了高负荷轴流压气机试验排气调节精度，改善了高负荷轴流压气机在高温下的退喘能力，有力降低了压气机试验运行风险，保证了性能试验研究工作的顺利开展。

Description

一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置

技术领域：

本发明属于航空发动机轴流压气机部件气动性能试验研究领域领域,特别是涉及一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置。

背景技术

高负荷轴流压气机是大涵道比、高推重比涡扇发动机的核心压缩部件，其设计总压比及排气温度远高于现有军用涡扇发动机高压压气机。在高负荷轴流压气机研制过程中，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，性能参数能否顺利获取，除了压气机试验件自身需要具备良好的工作性能外，试验设备的排气调节装置对于压气机性能试验同样具有重要作用。

现有技术主要包括：

(1).目前，大多数压气机试验器的排气调节装置是采用在排气系统管道末端设计调节阀门或在排气收集器前端安装百叶窗式调节叶片。在试验过程中，采用调节阀门或百叶窗式两种结构方式会造成排气系统的“容腔效应”，并且系统的调节精度极低，安装调试繁琐，影响试验数据的准确录取以及试验工作效率。

(2).为防止“容腔效应”，现目前也有采用在排气机匣轴颈上直接座落动环的形式进行排气调节。该种结构虽然可以解决“容腔效应”，以及满足低压比或排气温度在400℃以下的轴流压气机试验件。但现有该结构中，动环与排气机匣轴颈直接接触，在高负荷轴流压气机试验过程中，一旦排气温度高于400℃将会出现动环卡滞的情况，使得压气机试验件不能正常退喘，从而引发试验故障。卡滞现象主要表现在动环与轴颈磨损。由于动环承受热应力及气动载荷叠加影响，引起端面度超差，致使动环与轴颈偏磨，从而导致卡滞。偏磨后，一般会对动环、轴颈磨损处进行抛光处理，但随着使用年限及抛光处理的增加，动环及轴颈的同心度、配合间隙会变差，更易产生卡滞现象。综合分析该种结构和卡滞现象表明，该种结构方式在高排气温度下必然面临卡滞现象，若不改变此结构方式，无法顺利开展高负荷轴流压气机性能试验，试验时定会给试验器和试验件安全运行带来巨大风险。

发明内容

发明目的：提供一种用于高负荷轴流压气机性能试验的专用排气调节装置，实现对压气机工作状态的实时精准调控，提高压气机性能录取的精度，保证高负荷轴流压气机在试验过程中正常退喘，有效降低压气机试验风险，提高国内高负荷轴流压气机试验技术能力。

技术方案：

一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，包括静环5、动环6、固定压块13、连接压块16、滚动轴承17，其特征在于，动环6与排气机匣轴颈为非直接接触，动环6下方安装有滚动轴承17并坐落在连接压块16上，连接压块16起排气机匣轴颈轴套和滚动轴承17轴承座作用，固定在该轴颈上，动环6通过连接压块16与机匣轴颈接触；所述滚动轴承17为内外圈不可分离式，滚动体采用氮化硅陶瓷球，固定压块13安装在连接压块16，使滚动轴承轴向固定。

所述滚动轴承17选择与动环线膨胀系数相同的材料，内外圈与滚珠接触侧的表面硬度应高于陶瓷球硬度；滚动轴承17采用石墨自润滑，轴承自带密封端盖，设有顶丝孔，便于轴承整体拆卸。

所述动环6筋板采用空心结构，圆锥形导流。

还包括三个推力轴承，动环6内径设计为“T”型，“T”型槽靠近静环5的一端安装2#推力轴承7的内圈及滚珠，另一端安装3#推力轴承8的内圈及滚珠；动环6外径侧设计一个台阶，用于安装1#推力轴承2的内圈及滚珠；所述静环5上开设两个台阶，用于1#推力轴承2和2#推力轴承7外圈的安装。

所述推力轴承，滚动体采用氮化硅陶瓷球且与内圈不可分离，润滑方式采用石墨自润滑；推力轴承用于承受高负荷轴流压气机的排气轴向力以及高温下的热膨胀力；采用三个推力轴承的结构形式，使动环定位准确，保证了动环在运行中的稳定性；推力轴承内圈及外圈选择与动环线膨胀系数相同材料，与滚珠接触侧的表面硬度高于陶瓷球硬度。

所述推力轴承内外圈表面进行渗氮处理，表面硬度HRC≥69。

还包括有蝶簧11和定位压块9，定位压块9通过螺栓12设置在固定压块13外，与3#推力轴承8之间形成空间，蝶簧11设置于空间内，定位压块9对蝶簧11进行轴向限位，并传递热膨胀力至螺栓12。

所述静环5筋板采用圆锥形导流，沿静环5最大外径边缘开螺纹孔用于静环的固定、吊装、拆卸，静环5内径边缘开销钉孔用于安装定位销对静环5定位；在静环表面开设8个楔形孔，其形状随推杆行程，其关闭的流通面积的增加量为递减的结构形式。

所述排气机匣上的封严环1采用高耐磨铜合金。

所述排气机匣上的封严环1采用CuZn37材料。

有益效果

本发明提出了一种适用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置。与传统排气调节装置相比，既消除了“容腔效应”对压气机气动性能的影响，又降低了高负荷轴流压气机退喘风险，还提高了高负荷轴流压气机性能试验工作效率，而且扩展了国内现有压气机试验器的试验能力。本发明所提出的排气调节装置在高负荷轴流压气机性能试验中进行了充分验证，验证效果表明：该排气调节装置有效弥补了压气机试验器传统排气调节装置能力的局限性，提高了高负荷轴流压气机试验排气调节精度，改善了高负荷轴流压气机在高温下的退喘能力，有力降低了压气机试验运行风险，保证了性能试验研究工作的顺利开展。

附图说明

图1是本发明高负荷轴流压气机性能试验排气调节装置结构示意图；

图2是本发明中封严环结构示意图；

图3是本发明中动环结构示意图；

图4是本发明中静环结构示意图；

图5是本发明中推力轴承结构示意图；

图6是本发明中滚动轴承结构示意图；

图7是本发明中蝶簧结构示意图。

其中，1是封严环、2是1#推力轴承、3是推杆、4是沉头螺栓、5是静环、6是动环、7是2#推力轴承、8是3#推力轴承、9是定位压块、10是定位销、11是蝶簧、12是螺栓、13是固定压块、14是螺栓、15是螺栓、16是连接压块、17是滚动轴承。

具体实施方式：

本发明用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，包括静环5、动环6、固定压块13、连接压块16、滚动轴承17，其特征在于，动环6与排气机匣轴颈为非直接接触，动环6下方安装有滚动轴承17并坐落在连接压块16上，连接压块16起排气机匣轴颈轴套和滚动轴承17轴承座作用，固定在该轴颈上，动环6通过连接压块16与机匣轴颈接触；所述滚动轴承17为内外圈不可分离式，滚动体采用氮化硅陶瓷球，固定压块13安装在连接压块16，使滚动轴承轴向固定。

在开展高负荷轴流压气机性能试验时，通过推杆3的移动带动动环6周向转动，使动环6与静环5之间的排气流通面积改变，实现压气机等转速性能特性线的精确录取。具体说明如下：

1)采用一种线膨胀系数与排气机匣相似的材料铸造静环5，静环5筋板采用如图4所示的圆锥形导流。沿静环5最大外径边缘开螺纹孔用于静环的固定、吊装、拆卸，静环5内径边缘开销钉孔用于安装定位销对静环5定位。静环5上开设两个台阶，用于1#推力轴承2和2#推力轴承7外圈的安装，该处为过渡配合。如图4所示，在静环表面开设8个楔形孔，其形状随推杆行程，其关闭的流通面积的增加量为递减的结构形式；

2)动环6与静环5的材料及加工工艺相同，且筋板也采用圆锥形导流。为减少滚动轴承17的径向受力，尽量减少动环6自身重量，动环6筋板采用空心的结构。动环6内径设计为“T”型，“T”型槽两端安装2#推力轴承7和3#推力轴承8的内圈及滚珠。动环6外径侧设计一个台阶，用于安装1#推力轴承2的内圈及滚珠。在动环6外径端面设计螺纹孔，用于推杆3与动环6的连接，实现推杆3带动动环6周向旋转；

3)通过三个推力轴承2、7、8，保证动环6端面不发生倾斜。推力轴承2、7、8滚动体采用氮化硅陶瓷球，氮化硅陶瓷球表面硬度为HRC65且高温环境下不发生变形。推力轴承2、7、8内外圈表面进行渗氮处理，表面硬度HRC≥69。保证高温及受力环境情况下，滚动体不会镶嵌在外圈，使动环6转动灵活。为便于排气调节装置的安装，推力轴承2、7、8内圈与滚动体采用不可分离结构。动环在实际使用过程中转速较低，为此，轴承润滑采用自润滑的方式，即在轴承滚动体中添加石墨润滑滚动体；

4)采用滚动轴承17承受动环6的重力及推杆传动的径向分力。滚动轴承17是整体不可分离的结构，其滚动体也采用氮化硅陶瓷球，滚动轴承17内外圈侧进行渗氮处理使表面硬度高于氮化硅陶瓷球，滚动体中添加石墨滚动体用于自润滑。滚动轴承安装在连接压块16上，再通过固定压块13使滚动轴承轴向位置限位。连接压块16通过螺栓15固定在排气机匣轴颈，固定压块13通过螺栓14固定在连接压块16上；

5)采用蝶簧自身变形吸收该排气装置在高温下的热膨胀。定位压块9对蝶簧进行轴向限位，并传递热膨胀力至螺栓13；

6)封严环1采用高耐磨铜合金，随推杆的移动在排气机匣表面动作；

7)所有螺栓采用耐热紧固件，螺栓中心需开孔。

Claims (10)

1.一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，包括静环(5)、动环(6)、固定压块(13)、连接压块(16)、滚动轴承(17)，其特征在于，动环(6)与排气机匣轴颈为非直接接触，动环(6)下方安装有滚动轴承(17)并坐落在连接压块(16)上，连接压块(16)起排气机匣轴颈轴套和滚动轴承(17)轴承座作用，固定在该轴颈上，动环(6)通过连接压块(16)与机匣轴颈接触；所述滚动轴承(17)为内外圈不可分离式，滚动体采用氮化硅陶瓷球，固定压块(13)安装在连接压块(16)，使滚动轴承轴向固定。

2.根据权利要求1的一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，所述滚动轴承(17)选择与动环线膨胀系数相同的材料，内外圈与滚珠接触侧的表面硬度应高于陶瓷球硬度；滚动轴承(17)采用石墨自润滑，轴承自带密封端盖，设有顶丝孔，便于轴承整体拆卸。

3.根据权利要求1的一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，所述动环(6)筋板采用空心结构，圆锥形导流。

4.据权利要求1的一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，还包括三个推力轴承，动环(6)内径设计为“T”型，“T”型槽靠近静环(5)的一端安装2#推力轴承(7)的内圈及滚珠，另一端安装3#推力轴承(8)的内圈及滚珠；动环(6)外径侧设计一个台阶，用于安装1#推力轴承(2)的内圈及滚珠；所述静环(5)上开设两个台阶，用于1#推力轴承(2)和2#推力轴承(7)外圈的安装。

5.据权利要求4的一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，所述推力轴承，滚动体采用氮化硅陶瓷球且与内圈不可分离，润滑方式采用石墨自润滑；推力轴承用于承受高负荷轴流压气机的排气轴向力以及高温下的热膨胀力；采用三个推力轴承的结构形式，使动环定位准确，保证了动环在运行中的稳定性；推力轴承内圈及外圈选择与动环线膨胀系数相同材料，与滚珠接触侧的表面硬度高于陶瓷球硬度。

6.据权利要求4的一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，所述推力轴承内外圈表面进行渗氮处理，表面硬度HRC≥69。

7.据权利要求4的一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，还包括有蝶簧(11)和定位压块(9)，定位压块(9)通过螺栓(12)设置在固定压块(13)外，与3#推力轴承(8)之间形成空间，蝶簧(11)设置于空间内，定位压块(9)对蝶簧(11)进行轴向限位，并传递热膨胀力至螺栓(12)。

8.据权利要求1的一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，所述静环(5)筋板采用圆锥形导流，沿静环(5)最大外径边缘开螺纹孔用于静环的固定、吊装、拆卸，静环(5)内径边缘开销钉孔用于安装定位销对静环(5)定位；在静环表面开设8个楔形孔，其形状随推杆行程，其关闭的流通面积的增加量为递减的结构形式。

9.据权利要求1的一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，所述排气机匣上的封严环(1)采用高耐磨铜合金。

10.据权利要求9的一种用于高负荷轴流压气机性能试验的排气调节装置，其特征在于，所述排气机匣上的封严环(1)采用CuZn37材料。