CN110081799B - 一种薄壁机匣叶尖间隙测量装置 - Google Patents

一种薄壁机匣叶尖间隙测量装置 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种薄壁机匣叶尖间隙测量装置，属于航空发动机领域，其包括传感器、保护衬套、引线支管和测量支架，所述传感器的前端安装有所述保护衬套，所述保护衬套伸入所述薄壁机匣内用于所述传感器测量转子叶片的叶尖间隙，所述传感器的后端安装到所述引线支管并从所述引线支管穿出，通过所述引线支管将所述保护衬套压持配合固定到所述薄壁机匣上，所述引线支管通过所述测量支架固定至承力机匣实现固定。本申请的薄壁机匣叶尖间隙测量装置采用引线支管与测量支架的形式固定传感器，减少薄壁机匣的开孔数目，保证薄壁机匣的结构强度，避免由于螺栓与机匣配合长度过小而造成传感器固定不牢固的现象发生，提高了传感器测量范围及发动机的可靠性。

Description

一种薄壁机匣叶尖间隙测量装置
技术领域
本申请属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种薄壁机匣叶尖间隙测量装置。
背景技术
航空发动机转静子叶尖动态间隙对于压气机结构和性能的稳定性具有重要影响，合理的叶尖间隙可以减少发动机转静子碰摩现象的发生、保障发动机安全，因此在发动机设计阶段需要测量叶尖间隙，为优化发动机设计、提高发动机性能及可靠性提供基础数据支持。
由于受发动机空间狭小、机匣壁薄等特点影响，动态间隙测量结构不仅需要考虑到机匣的强度、可加工性以及测量后的封堵形式，又要保证传感器的测量精度，便于相关工作人员操作。
如图1至图3所示，现有的航空发动机转静子叶尖动态间隙测量装置10中通常在传感器14的前端安装衬套15，通过选用不同规格衬套15获取测量转子叶片11的信号最强点。传感器14的后端安装压盖13，机匣12上开孔，通过螺栓16将压盖13、传感器15与机匣12固定。测量完成后，通过将堵盖17替换压盖13以封堵机匣12上的测试孔。然而这种测量方案一方面需要生产不同规格的衬套15，造成成本浪费，且在更换衬套15的过程中由于测量装置10结构复杂，安装效率低，测量精度无法完全保证；另一方面，当机匣12为薄壁机匣(厚度通常仅为几毫米)时，通过在薄壁机匣上开螺纹孔以固定压盖13的方式中，需要进一步增大薄壁机匣表面锪平面积，既降低了薄壁机匣的强度，又由于薄壁机匣厚度小的特点无法保证螺栓16能够将压盖13固定牢固。
发明内容
本申请的目的是提供了一种薄壁机匣叶尖间隙测量装置，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：一种薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其包括传感器、保护衬套、引线支管和测量支架，其中，所述传感器的前端安装有所述保护衬套，所述保护衬套伸入所述薄壁机匣内用于所述传感器测量转子叶片的叶尖间隙，所述传感器的后端安装到所述引线支管并从所述引线支管穿出，通过所述引线支管将所述保护衬套压持配合固定到所述薄壁机匣上，所述引线支管通过所述测量支架固定至承力机匣实现固定。
在本申请一实施方式中，所述保护衬套具有衬套本体，所述衬套本体内设有与所述传感器配合的台阶孔，自所述衬套本体的端部径向延伸有配合部，所述薄壁机匣上设有与所述配合部配合的凹槽，其中，所述配合部为非圆形结构以限制所述保护衬套与所述薄壁机匣相对转动或移动。
在本申请一实施方式中，所述保护衬套的配合部具有与所述台阶孔成角度的安装斜面，所述安装斜面与所述薄壁机匣配合使得所述传感器的下端面与所述转子叶片的叶尖相平行。
在本申请一实施方式中，所述引线支管具有支管本体和自所述支管本体径向延伸的固定部，所述固定部用于与所述测量支架配合以供所述连接件将所述引线支管与所述测量支架固定，其中，所述引线支管具有贯穿支管本体和固定部的豁口。
在本申请一实施方式中，在所述固定部与所述测量支架之间设有垫圈。
在本申请一实施方式中，在所述传感器与所述保护衬套之间设有垫片，所述垫片用于调整所述传感器的端面与所述所述转子叶片叶尖的平行状态。
在本申请一实施方式中，所述测量支架具有所述承力机匣相适应性的弧形边，所述弧形边上设有多个连接孔，连接件穿过多个连接孔使所述测量支架与所述承力机匣相固定。
在本申请一实施方式中，所述薄壁机匣叶尖间隙测量装置还包括封堵结构，所述封堵结构用于在非测量状态封堵所述薄壁机匣上开设的孔。
在本申请一实施方式中，所述封堵结构包括封堵螺栓、封堵衬套和锁紧螺母，所述封堵螺栓端头置于所述薄壁机匣内侧，所述封堵衬套套在所述封堵螺栓本体，所述锁紧螺母与所述封堵螺栓配合以压紧所述封堵衬套。
在本申请一实施方式中，所述封堵结构还包括封堵衬垫，所述封堵衬垫设置在所述封堵衬套与所述薄壁机匣之间用于密封所述薄壁机匣。
本申请的薄壁机匣叶尖间隙测量装置采用引线支管与测量支架的形式固定传感器，减少薄壁机匣的开孔数目，保证薄壁机匣的结构强度，避免由于螺栓与机匣配合长度过小而造成传感器固定不牢固的现象发生，提高了传感器测量范围及发动机的可靠性；通过在引线支管上开豁口的方式可以方便的对传感器及其铠装电缆进行安装与拆卸，从而提高工作效率；通过调整垫片、垫圈以调节传感器的位置及测量信号，具有较好的可操作性，提高安装效率，较传统方法通过生产一组衬套来调节传感器位置的方式可以节省资源；最后，在封堵结构中通过采用封堵螺栓倒置的方法封堵薄壁机匣的测试孔，保证薄壁机匣的密封性，实现测试完成后高压压气机的正常使用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为现有技术的叶尖间隙测量装置示意图。
图2为基于图1中A-A向的剖视图。
图3为图2中压盖更换为堵盖后的叶尖间隙测量装置示意图。
图4为本申请的薄壁机匣叶尖间隙测量装置示意图。
图5为本申请中保护衬套结构示意图。
图6为本申请一实施例的基于图5的保护衬套俯视图。
图7为本申请中引线支管结构示意图。
图8为本申请一实施例的基于图7的引线支管俯视图。
图9为基于图4中B向的测量支架与承力机匣结构示意图。
图10为本申请的封堵结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
如图4所示，本申请可用于薄壁机匣的叶尖间隙测量装置20包括传感器23、保护衬套24、引线支管26和测量支架27，其中，传感器23采用电容式传感器，传感器23的前端安装保护衬套24，保护衬套24与薄壁机匣22小间隙配合的伸入薄壁机匣22内，用于保持传感器23的端头使传感器可以测量转子叶片21的叶尖间隙，传感器23的后端安装到引线支管26上，将传感器的测试线或金属线从引线支管26内穿出，通过引线支管26而将保护衬套24压持固定在薄壁机匣22上，引线支管26通过测量支架27固定至承力机匣28实现固定。
如图5所示，保护衬套24具有一衬套本体241，衬套本体241内设置与传感器23配合的台阶孔242，在衬套本体241的上端部径向延伸有配合部243，在薄壁机匣22上设有与配合部243相配合的凹槽。配合部243和凹槽均为非圆形结构，以防止保护衬套24与薄壁机匣22相对转动或移动。
所述非圆形结构可以为矩形、方形、菱形、正多边形或椭圆形等形状。如图6所示即为本申请一实施例的方形结构，此结构可以避免试验过程中保护衬套24转动造成测量误差。
继续参照图5，与薄壁机匣22相配合的保护衬套24的配合部243具有与台阶孔242轴线偏移小角度的安装斜面244，安装斜面244的偏转角度根据薄壁机匣22的外表面及转子叶片21的叶尖平面决定，保护衬套24的其余面均与外环块222的涂层表面平行，安装斜面244与薄壁机匣22的薄壁部221配合可以使传感器23的下端面与转子叶片21的叶尖平面相平行，进而提高测量精度。
如图7所示，引线支管26具有管状的支管本体261和自支管本体261径向延伸成平面状的固定部262，固定部262用于与测量支架27相配合，螺栓穿过固定部262和测量支架27后通过螺母可以将引线支管26与测量支架27相固定。如图8所示，引线支管26具有贯穿支管本体261和固定部262的豁口263，豁口263用于传感器23的测试线的梳理及安装，试验过程中通过保险丝封闭豁口，防止传感器23的线缆穿过豁口而干扰测量结果。
继续参见图4，在引线支管26的固定部262与测量支架27之间设有调整垫圈29，可调整传感器23的探头端头距离转子叶片21的叶尖位置，对于传感器23的固定起到辅助作用。
在传感器23与保护衬套24之间设有垫片25，垫片25用于调整传感器23的端面与转子叶片21叶尖的平行状态及调整传感器23相对转子叶片的叶尖距离，在保证转子叶片不刮碰到传感器23的前提下采集最强信号，在该位置实现对其转静子叶尖动态间隙的测量。
结合图9及图4，测量支架27具有承力机匣28相适应性的弧形边，弧形边上设有多个周向设置的连接孔，螺栓穿过弧形边上的多个连接孔和承力机匣28上的螺栓孔后，通过与螺母配合将测量支架27与承力机匣28相固定，从而实现了传感器23在薄壁机匣22上的固定以及测试线的引出。需要说明的是，承力机匣28上有时会有多种类型的螺栓孔281/282，为保证承力机匣28的精密螺栓的紧密连接，支架设计中避开了安装边上精密螺栓位置。
通过本申请的上述结构可以实现对薄壁机匣22内的转子叶片21的叶尖间隙进行测量。在测量完毕后，限于薄壁机匣22上开设的测试孔尺寸及无螺纹结构不便于封堵，因此本申请的薄壁机匣叶尖间隙测量装置还提供一种封堵结构结构30，封堵结构30用于在非测量状态封堵薄壁机匣22上开设的孔。
如图10所示，封堵结构30包括封堵螺栓31、封堵衬套32和锁紧螺母33，由于薄壁机匣22与外环块222之间的空间限制，封堵螺栓31采用端头较薄的结构，且其端头倒置在薄壁机匣22内侧，L型的封堵衬套32套在封堵螺栓31本体且位于薄壁机匣22的外侧，通过锁紧螺母33与封堵螺栓31配合压紧封堵衬套32以封堵薄壁机匣22上的测试孔。
在封堵结构30中还包括封堵衬垫35，封堵衬垫35设置在封堵衬套32与薄壁机匣22之间用于密封薄壁机匣22。由于发动机在运转过程中具有较高的温度，因此封堵衬垫或采用承受高温的橡胶材质，或采用类似石棉网材料，其与封堵衬套32共同作用以保证薄壁机匣22内的气体密封性，防止漏气。
此外，锁紧螺母33可以采用开槽螺母，在锁紧螺母33与封堵螺栓31拧紧后，通过开口销34将锁紧螺母33与封堵螺栓31锁紧。
本申请的薄壁机匣叶尖间隙测量装置采用引线支管与测量支架的形式固定传感器，减少薄壁机匣的开孔数目，保证薄壁机匣的结构强度，避免由于螺栓与机匣配合长度过小而造成传感器固定不牢固的现象发生，提高了传感器测量范围及发动机的可靠性；通过在引线支管上开豁口的方式可以方便的对传感器及其铠装电缆进行安装与拆卸，从而提高工作效率；通过调整垫片、垫圈以调节传感器的位置及测量信号，具有较好的可操作性，提高安装效率，较传统方法通过生产一组衬套来调节传感器位置的方式可以节省资源；最后，在封堵结构中通过采用封堵螺栓倒置的方法封堵薄壁机匣的测试孔，保证薄壁机匣的密封性，实现测试完成后高压压气机的正常使用。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述薄壁机匣叶尖间隙测量装置包括传感器(23)、保护衬套(24)、引线支管(26)和测量支架(27)，其中，所述传感器(23)的前端安装有所述保护衬套(24)，所述保护衬套(24)伸入所述薄壁机匣(22)内用于所述传感器(23)测量转子叶片(21)的叶尖间隙，所述传感器(23)的后端安装到所述引线支管(26)并从所述引线支管(26)穿出，通过所述引线支管(26)将所述保护衬套(24)压持配合固定到所述薄壁机匣(22)上，所述引线支管(26)通过所述测量支架(27)固定至承力机匣(28)实现固定。
2.如权利要求1所述的薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述保护衬套(24)具有衬套本体(241)，所述衬套本体(241)内设有与所述传感器(23)配合的台阶孔(242)，自所述衬套本体(241)的端部径向延伸有配合部(243)，所述薄壁机匣(22)上设有与所述配合部(243)配合的凹槽，其中，所述配合部(243)为非圆形结构以限制所述保护衬套(24)与所述薄壁机匣(22)相对转动或移动。
3.如权利要求2所述的薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述保护衬套(24)的配合部(243)具有与所述台阶孔(242)成角度的安装斜面(244)，所述安装斜面(244)与所述薄壁机匣(22)配合使得所述传感器(23)的下端面与所述转子叶片(21)的叶尖相平行。
4.如权利要求1所述的薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述引线支管(26)具有支管本体(261)和自所述支管本体(261)径向延伸的固定部(262)，所述固定部(262)用于与所述测量支架(27) 配合以供连接件将所述引线支管(26)与所述测量支架(27)固定，其中，所述引线支管(26)具有贯穿支管本体(261)和固定部(262)的豁口(263)。
5.如权利要求4所述的薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，在所述固定部(262)与所述测量支架(27)之间设有垫圈(29)。
6.如权利要求1所述的薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，在所述传感器(23)与所述保护衬套(24)之间设有垫片(25)，所述垫片(25)用于调整所述传感器(23)的端面与所述所述转子叶片(21)叶尖的平行状态。
7.如权利要求1所述的薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述测量支架(27)具有所述承力机匣(28)相适应性的弧形边，所述弧形边上设有多个连接孔，连接件穿过多个连接孔使所述测量支架(27)与所述承力机匣(28)相固定。
8.如权利要求1所述的薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述薄壁机匣叶尖间隙测量装置还包括封堵结构(30)，所述封堵结构(30)用于在非测量状态封堵所述薄壁机匣(22)上开设的孔。
9.如权利要求8所述的薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述封堵结构(30)包括封堵螺栓(31)、封堵衬套(32)和锁紧螺母(33)，所述封堵螺栓(31)端头置于所述薄壁机匣(22)内侧，所述封堵衬套(32)套在所述封堵螺栓(31)本体，所述锁紧螺母(33)与所述封堵螺栓(31)配合以压紧所述封堵衬套(32)。
10.如权利要求9所述的薄壁机匣叶尖间隙测量装置，其特征在于，所述封堵结构(30)还包括封堵衬垫(35)，所述封堵衬垫(35)设置在所述封堵衬套(32)与所述薄壁机匣(22)之间用于密封所述薄壁机匣(22)。
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