CN111312058A - 压气机试验件结构 - Google Patents

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Abstract

一种压气机试验件结构，包括：依次连接的进气段(2)、导叶机匣组件(3)、试验件转子(1)、中间机匣组件(4)、排气机匣组件(5)以及后轴承机匣组件(6)；进气段(2)与台架的进气锥段软性连接，排气机匣组件(5)与台架的排气蜗壳刚性连接，试验件转子(1)通过连接轴(14)与台架动力连接，实现转子动力输入，各部件构成一模化缩尺试验件结构。该试验件结构可以较低成本、较快时间的完成进口级全转速下的流量、压比、效率及稳定工作范围等设计参数的验证，加快了压气机设计研发、优化设计的进程。

Description

压气机试验件结构
技术领域
本发明涉及航空发动机/燃气轮机压气机技术领域，尤其涉及一种压气机试验件结构。
背景技术
压气机作为航空发动机、燃气轮机的三大核心部件之一，其流量、压比、效率、稳定工作范围等参数直接影响发动机的性能。在设计或改进阶段，通常以部件试验来验证压气机的性能，但对于多级轴流压气机来说，全尺寸多级压气机的试验通常需要耗费巨大的人力、物力及时间成本。因此，提出一种新型的压气机试验件结构对航空发动机、燃气轮机的研发具有重要意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对于现有的技术问题，本发明提出一种压气机试验件结构，用于至少部分解决上述技术问题之一。
(二)技术方案
本发明一方面提供一种压气机试验件结构，包括：依次连接的进气段2、导叶机匣组件3、试验件转子1、中间机匣组件4、排气机匣组件5以及后轴承机匣组件6；试验件转子1包括依次连接的第一级叶片盘11、转接盘12及后轴颈13，第一级叶片盘11与后轴颈13均采用一体化结构形式；进气段2包括用于提供压气机进口流道的导流盆21、进气帽罩22，以及进气机匣组件23和前弹支24，进气机匣组件23为内外双层机匣结构，与试验件转子1连接；导叶机匣组件3包括导叶机匣31、导叶32、导叶内支承33，导叶32通过导叶机匣31与导叶内支承33形成双支撑，导叶32用于改变第一级叶片盘11的进气角度，导叶机匣31与进气机匣组件23连接；中间机匣组件4包括中间机匣41、一级静叶42、一级静叶内支承43，一级静叶42通过中间机匣41与一级静叶内支承43形成双层支撑，中间机匣41与导叶机匣31连接；排气机匣组件5包括排气机匣51、出口静子组件52及封严环53，排气机匣51为试验件结构提供主承力，与中间机匣41连接，出口静子组件52采用内外环结构形式；后轴承机匣组件6包括后轴承机匣61、后轴承前封严环62、后轴承座63以及后轴承后封严环64，后轴承机匣61连接至排气机匣51。
进一步地，试验件结构的进气段2与台架的进气锥段软性连接，排气机匣组件5与台架的排气蜗壳刚性连接。
进一步地，试验件转子1还包括连接轴14、滚珠轴承15及滚棒轴承16，试验件结构通过连接轴14与台架实现动力连接；滚珠轴承15用于支撑试验件转子1的第一端，滚棒轴承16用于支撑试验件转子1的第二端。
进一步地，后轴颈13与第一级叶片盘11、转接盘12均采用小过盈止口和螺栓双定心结构连接；进气机匣组件23与导流盆21、进气帽罩22均采用止口定心，螺栓连接；封严环53与排气机匣51采用止口定位，螺栓连接。
进一步地，进气机匣组件23包括进气机匣23a、前轴承机匣23b、支板23c、前轴承腔润滑油路23d和引气气路23e；进气机匣23a与前轴承机匣23b均为内外双层机匣结构，两者设计为一体；前轴承腔润滑油路23d和引气气路23e分别用于提供轴承润和的滑油和滑油密封的高压气体；前轴承机匣23b与滚珠轴承15连接，后轴承座63与滚棒轴承16连接。
进一步地，导叶机匣31与进口测量机匣设计成一体的整环结构；中间机匣41与出口测量机匣设计成一体的整环结构。
进一步地，导叶机匣组件3还包括第一摇臂34及第一联动环35，第一联动环35通过第一摇臂34调节导叶32的角度；中间机匣组件4包括第二摇臂44及第二联动环45，第二联动环45通过第二摇臂45调节一级静叶42的角度。
进一步地，出口静子组件52包括叶片52a、内环52b及外环52c，叶片52a与内环52b设计为一体，叶片52a与外环52c焊接，形成内外环结构；出口静子组件52采用双支撑结构。
进一步地，后轴承机匣61包括轴承润滑油路61a和通大气气路61b，后轴承前封严环62与后轴承后封严环64采用螺旋密封，后轴承座63为刚性支承。
进一步地，中间机匣41与第一级叶片盘11叶尖对应的位置形成有磨耗涂层。
(三)有益效果
本发明提出的一种压气机试验件结构，有益效果为：
本发明针对燃气机进口级压气机，依据流体力学相似理论，在满足气动设计要求的基础上，设计一模化缩尺试验件结构，可以较低成本、较快时间的完成进口级全转速下的流量、压比、效率及稳定工作范围等设计参数的验证，加快了压气机设计研发、优化设计的进程。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例提供的压气机试验件总体的结构图；
图2示意性示出了本发明实施例提供的试验件转子的结构图；
图3示意性示出了本发明实施例提供的进气段的结构图；
图4示意性示出了本发明实施例提供的导叶机匣组件的结构图；
图5示意性示出了本发明实施例提供的中间机匣组件的结构图；
图6示意性示出了本发明实施例提供的排气机匣组件的结构图；
图7示意性示出了本发明实施例提供的后轴承机匣组件的结构图。
【附图标记】
1-试验件转子
11-第一级叶片盘 12-转接盘 13-后轴颈
14-连接轴 15-滚珠轴承 16-滚棒轴承
2-进气段
21-导流盆 22-进气帽罩 23-进气机匣组件
23a-进气机匣 23b-前轴承机匣 23c-5支板
23d-前轴承腔润滑油路 23e-引气气路 24-前弹支
3-导叶机匣组件
31-导叶机匣 32-导叶 33-导叶内支承
34-第一摇臂 35-第一联动环
4-中间机匣组件
41-中间机匣 42-一级静叶 43-一级静叶内支承
44-第二摇臂 45-第二联动环
5-排气机匣组件
51-排气机匣 51a-6支板 52-出口静子组件
52a-叶片 52b-内环 52c-外环
53-封严环 53a-封严涂层
6-后轴承机匣组件
61-后轴承机匣 61a-轴承润滑油路 61b-通大气气路
62-后轴承前封严环 63-后轴承座 64-后轴承后封严环
具体实施方式
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1-图7，图1示意性示出了本发明实施例提供的压气机试验件总体的结构图，图2示意性示出了本发明实施例提供的试验件转子的结构图，图3示意性示出了本发明实施例提供的进气段的结构图，图4示意性示出了本发明实施例提供的导叶机匣组件的结构图，图5示意性示出了本发明实施例提供的中间机匣组件的结构图，图6示意性示出了本发明实施例提供的排气机匣组件的结构图，图7示意性示出了本发明实施例提供的后轴承机匣组件的结构图，该压气机试验件结构例如可以包括：
依次连接的进气段2、导叶机匣组件3、试验件转子1、中间机匣组件4、排气机匣组件5、后轴承机匣组件6，进气段2与承载试验件结构的台架的进气锥段软性连接，排气机匣组件5与台架的排气蜗壳刚性连接。
如图2所示，试验件转子1例如可以包括依次连接的第一级叶片盘11、转接盘12及后轴颈13。第一级叶片盘11通过高速旋转对气流进行压缩，设计为整体叶盘的结构，并与前轴颈采用一体化设计形成一体化结构形式，整体叶盘的设计减少了零件数量，并避免了采用常规榫齿连接方式引起的振动问题。后轴颈13与后锥段设计成一体，形成一体化结构形式，用于传输台架提供的旋转动力。转接盘12用于连接第一级叶片盘11和后轴颈13，并传递旋转扭矩。后轴颈13与第一级叶片盘11、转接盘12均采用小过盈止口和精密螺栓双定心结构，通过短螺栓拉紧，定位传扭。
试验件转子1例如还可以包括连接轴14、滚珠轴承15及滚棒轴承16。连接轴14与台架动力连接，用于为试验件转子1提供动力输入，滚珠轴承15支撑试验件转子1的第一端(前端)，滚棒轴承16支撑试验件转子1的第二端(后端)。
如图3所示，进气段2例如可以包括导流盆21、进气帽罩22、进气机匣23和前弹支24。进气段2主要用于提供压气机进气气流及前滚珠轴承的支撑。
导流盆21和进气帽罩22用于提供压气机的进口流道，将来流大气均匀的引入压气机进口。导流盆21、进气帽罩22与进气机匣组件23采用止口定心，螺栓连接。
进气机匣组件23例如可以包括进气机匣23a、前轴承机匣23b、支板23c、前轴承腔润滑油路23d和引气气路23e。进气机匣23a与前轴承机匣23b均为内外双层机匣结构，两者设计为一体，可为带5支板23c(正下方有1支板，其余均布)的内外双层机匣结构。进气机匣23a集成设计了前轴承腔润滑油路23d和引气气路23e，两者分别用于提供轴承润和的滑油和滑油密封的高压气体，均设计为穿过空心支板实现。前弹支24可以设计为鼠笼式弹性支承结构，通过调整肋条的相关尺寸实现刚度的调整。
如图4所示，导叶机匣组件3例如可以包括导叶机匣31、导叶32、导叶内支承33。导叶机匣31与进口测量机匣设计成一体为整环结构，导叶32主要作用为改变来流气体的流动方向，为第一级叶片盘11的动叶提供良好的进气角度，以提高稳定工作裕度。导叶32设计为角度可调节，采用导叶机匣31与内支承33双支撑的结构设计，该结构叶片频率高，结构阻尼大，不易发生叶片振动问题。
导叶机匣组件3例如还可以包括第一摇臂34及第一联动环35。叶片通过螺纹榫头与导叶机匣组件3连接并与调节机构连接，调节机构设计为电动调节+角度测量反馈(在叶片上安装角度传感器)，通过台架步进电机推动第一联动环35，第一联动环35再带动第一摇臂34以实现角度调节。
如图5所示，中间机匣组件4例如可以包括中间机匣41、一级静叶42、一级静叶内支承43。中间机匣41与出口测量机匣设计成一体为整环结构，为了减小发生试验件转子1中第一级叶片盘11叶尖碰磨的风险，中间机匣41与该叶尖对应位置均设计有可磨耗涂层。一级静叶42亦设计为角度可调节，同样采用双支撑的结构设计，通过中间机匣41与一级静叶内支承43形成双层支撑。
中间机匣组件4例如还可以包括第二摇臂44及第二联动环45。叶片通过螺纹榫头与中间机匣组件4连接并与调节机构连接，调节机构设计为电动调节+角度测量反馈(在叶片上安装角度传感器)，通过台架步进电机推动第二联动环45，第二联动环45再带动第二摇臂44以实现角度调节。
如图6所示，排气机匣组件5包括排气机匣51、出口静子组件52及封严环53。
排气机匣51为试验件结构提供主承力，设计为带6支板51a的内、外双层机匣结构，考虑加工工艺性，排气机匣51设计成焊接组件，内、外机匣流道均采用机加获得，有利于保证流道的光顺并减小气路损失。出口静子组件52包括叶片52a、内环52b及外环52c，叶片52a与内环52b设计成一体，外环52c与叶片52a采用钎焊连接，出口静子组件52与排气机匣51采用止口定位，螺栓连接。封严环53设计有前后两道封严涂层53a，并与后锥段的两道篦齿小间隙配合，以减少高压气体的泄露，封严环53与排气机匣51采用止口定位，螺栓连接。
如图7所示，后轴承机匣组件6例如可以包括后轴承机匣61、后轴承前封严环62、后轴承座63以及后轴承后封严环64。后轴承机匣组件6可以用于提供压气机后滚棒轴承的支撑。
后轴承机匣61包括轴承润滑油路61a和通大气气路61b，轴承润滑油路61a可以设计在后轴承机匣组件6中的左上45°角的位置，通大气气路61b可以设计在后轴承机匣组件6中的正上方，后轴承机匣组件6中的正上方设计有轴承润滑回油油路。后轴承座63设计为刚性支承，后轴承前封严环62、后轴承后封严环64采用螺旋密封，利用螺杆泵的原理，当液体介质沿泄露间隙渗漏时，借螺旋作用将其赶回。
此外，如图1所示，导叶机匣组件3通过导叶机匣31的前安装边与进气段2的进气机匣23后安装边连接；中间机匣组件4通过中间机匣41的前安装边与导叶机匣组件3的导叶机匣31后安装边连接；排气机匣组件5通过排气机匣51的前安装边与中间机匣组件4的中间机匣41后安装边连接；后轴承机匣组件6通过后轴承机匣61的前安装边与排气机匣组件5的排气机匣51后安装边连接；试验件转子1通过滚珠轴承15与进气段2的前轴承机匣23b连接，通过滚棒轴承16与后轴承机匣组件6的后轴承座63连接。
本发明实施例提供的压气机试验件结构，通过各部件结构、位置以及相互之间连接方式的设计，形成一模化缩尺试验件结构，在满足气动性能要求基础上，可以较低成本、较快时间的完成进口级全转速下的流量、压比、效率及稳定工作范围等设计参数的验证，加快了压气机设计研发、优化设计的进程。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种压气机试验件结构，其特征在于，包括：
依次连接的进气段(2)、导叶机匣组件(3)、试验件转子(1)、中间机匣组件(4)、排气机匣组件(5)以及后轴承机匣组件(6)；
所述试验件转子(1)包括依次连接的第一级叶片盘(11)、转接盘(12)及后轴颈(13)，所述第一级叶片盘(11)与所述后轴颈(13)均采用一体化结构形式；
所述进气段(2)包括用于提供压气机进口流道的导流盆(21)、进气帽罩(22)，以及进气机匣组件(23)和前弹支(24)，所述进气机匣组件(23)为内外双层机匣结构，与所述试验件转子(1)连接；
所述导叶机匣组件(3)包括导叶机匣(31)、导叶(32)、导叶内支承(33)，所述导叶(32)通过所述导叶机匣(31)与所述导叶内支承(33)形成双支撑，所述导叶(32)用于改变所述第一级叶片盘(11)的进气角度，所述导叶机匣(31)与所述进气机匣组件(23)连接；
所述中间机匣组件(4)包括中间机匣(41)、一级静叶(42)、一级静叶内支承(43)，所述一级静叶(42)通过所述中间机匣(41)与所述一级静叶内支承(43)形成双层支撑，所述中间机匣(41)与所述导叶机匣(31)连接；
所述排气机匣组件(5)包括排气机匣(51)、出口静子组件(52)及封严环(53)，所述排气机匣(51)为所述试验件结构提供主承力，与所述中间机匣(41)连接，所述出口静子组件(52)采用内外环结构形式；
所述后轴承机匣组件(6)包括后轴承机匣(61)、后轴承前封严环(62)、后轴承座(63)以及后轴承后封严环(64)，所述后轴承机匣(61)连接至所述排气机匣(51)。
2.根据权利要求1所述的压气机试验件结构，其特征在于，所述试验件结构的进气段(2)与台架的进气锥段软性连接，所述排气机匣组件(5)与台架的排气蜗壳刚性连接。
3.根据权利要求2所述的压气机试验件结构，其特征在于，所述试验件转子(1)还包括连接轴(14)、滚珠轴承(15)及滚棒轴承(16)，所述试验件结构通过连接轴(14)与所述台架实现动力连接；所述滚珠轴承(15)用于支撑所述试验件转子(1)的第一端，所述滚棒轴承(16)用于支撑所述试验件转子(1)的第二端。
4.根据权利要求1所述的压气机试验件结构，其特征在于，所述后轴颈(13)与第一级叶片盘(11)、转接盘(12)均采用小过盈止口和螺栓双定心结构连接；
所述进气机匣组件(23)与所述导流盆(21)、进气帽罩(22)均采用止口定心，螺栓连接；
所述封严环(53)与所述排气机匣(51)采用止口定位，螺栓连接。
5.根据权利要求3所述的压气机试验件结构，其特征在于，所述进气机匣组件(23)包括进气机匣(23a)、前轴承机匣(23b)、支板(23c)、前轴承腔润滑油路(23d)和引气气路(23e)；
所述进气机匣(23a)与前轴承机匣(23b)均为内外双层机匣结构，两者设计为一体；
所述前轴承腔润滑油路(23d)和引气气路(23e)分别用于提供轴承润和的滑油和滑油密封的高压气体；
所述前轴承机匣(23b)与所述滚珠轴承(15)连接，所述后轴承座(63)与所述滚棒轴承(16)连接。
6.根据权利要求1所述的压气机试验件结构，其特征在于，所述导叶机匣(31)与进口测量机匣设计成一体的整环结构；
所述中间机匣(41)与出口测量机匣设计成一体的整环结构。
7.根据权利要求1所述的压气机试验件结构，其特征在于，所述导叶机匣组件(3)还包括第一摇臂(34)及第一联动环(35)，所述第一联动环(35)通过所述第一摇臂(34)调节所述导叶(32)的角度；
所述中间机匣组件(4)包括第二摇臂(44)及第二联动环(45)，所述第二联动环(45)通过所述第二摇臂(45)调节所述一级静叶(42)的角度。
8.根据权利要求1所述的压气机试验件结构，其特征在于，所述出口静子组件(52)包括叶片(52a)、内环(52b)及外环(52c)，所述叶片(52a)与所述内环(52b)设计为一体，所述叶片(52a)与所述外环(52c)焊接，形成内外环结构；所述出口静子组件(52)采用双支撑结构。
9.根据权利要求1所述的压气机试验件结构，其特征在于，所述后轴承机匣(61)包括轴承润滑油路(61a)和通大气气路(61b)，所述后轴承前封严环(62)与所述后轴承后封严环(64)采用螺旋密封，所述后轴承座(63)为刚性支承。
10.根据权利要求1所述的压气机试验件结构，其特征在于，所述中间机匣(41)与所述第一级叶片盘(11)叶尖对应的位置形成有磨耗涂层。
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