CN112129476A - 级间封严盘试验夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种级间封严盘试验夹具，该夹具包括一级模拟盘组件，二级模拟盘组件和若干定位组件，所述一级模拟盘组件的一级模拟盘与所述二级模拟盘组件的二级模拟盘将所述级间封严盘夹在中间，所述一级模拟盘与所述级间封严盘相接触的端面紧密配合，所述二级模拟盘与所述级间封严盘相接触的端面紧密配合；若干所述定位组件绕所述级间封严盘的周向设置，所述定位组件连接所述一级模拟盘、二级模拟盘，所述定位组件将所述一级模拟盘、二级模拟盘沿轴向夹紧。该级间封严盘试验夹具，模拟了级间封严盘的真实安装边界，避免了由于边界约束及加工问题导致的边界不同导致的影响级间封严盘试验频率、模态及高周疲劳寿命结果的正确性的问题。

Description

级间封严盘试验夹具

技术领域

本发明涉及一种级间封严盘试验夹具。

背景技术

一般来说，级间封严盘只存在于双级高压涡轮盘结构中，其作用是对二级导叶进行密封。如图1和图5所示，级间封严盘100的结构形式基本都是盘鼓式，级间封严盘100有一个位于中间的比较大的盘陀101、沿盘陀101边缘向外延伸的辐板102以及将盘陀101、辐板102包围的两端为薄壁的鼓筒103，其中辐板102将盘陀101与鼓筒103的内周面相连接。上述结构的级间封严盘100的鼓筒103可能带来一定的振动问题。目前国内外发动机公司生产的航空发动机中，均发生过轮盘炸裂的严重事故，由高周疲劳引起的事故约占总事故的25％。美国空军专题报告中指出，美国空军中55％的A类事故和30％的航空发动机维修费用都源于高周疲劳。近年来，人们对轮盘的振动现象越来越多地重视起来。

高压涡轮级间封严盘属于涡轮转子结构，具有直径大、辐板薄、鼓筒薄、篦齿高的结构特点，且其工作在高转速、高温度、高压差的环境下，作为旋转件，承受各种激振作用。同时，由于高压级间封严盘的前后薄壁结构，其激振更容易，振幅更大，发生高周疲劳的可能性也会提高。因此，需要对高压涡轮级间封严盘进行振动特性研究，根据振动特性研究结果来分析判断轮盘的振动可靠性，研究可能采用的调频、减振和排故等措施的有效性。

针对高压涡轮级间封严盘，在进行振动疲劳试验时，需要模拟级间封严盘边界条件的约束方式。但，只存在于双级高压涡轮盘结构的级间封严盘，一般通过与高压涡轮一级涡轮盘和高压涡轮二级涡轮盘配合的方式安装。级间封严盘边界复杂，若采用真实高压涡轮一级盘、高压涡轮二级盘约束级间封严盘，一是整个试验件质量大，所要求的试验台推力也会较大，二是真实盘的材料、加工成本、加工周期也较大。从试验成本和规模的角度考虑，不建议采用整个高压涡轮转子来完成级间封严盘零件的振动疲劳试验。因此，必须设计能模拟级间封严盘的真实边界情况的夹具，以用于振动疲劳试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种级间封严盘试验夹具，以达到在振动疲劳试验中真实模拟级间封严盘的边界情况的目的。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种级间封严盘试验夹具，所述夹具用于固定级间封严盘，所述夹具包括：

一级模拟盘组件，所述一级模拟盘组件包括一级模拟盘和第一底座，所述一级模拟盘固定在所述第一底座上，所述第一底座用于固定在振动台上；

二级模拟盘组件，所述二级模拟盘组件包括二级模拟盘和第二底座，所述二级模拟盘固定在所述第二底座上，所述第二底座用于固定在所述振动台上；所述一级模拟盘与所述二级模拟盘将所述级间封严盘夹在中间，所述一级模拟盘与所述级间封严盘相接触的端面紧密配合，所述二级模拟盘与所述级间封严盘相接触的端面紧密配合；

若干定位组件，若干所述定位组件绕所述级间封严盘的周向设置，所述定位组件连接所述一级模拟盘、二级模拟盘，所述定位组件将所述一级模拟盘、二级模拟盘沿轴向夹紧。

在本技术方案中，一级模拟盘、二级模拟盘与级间封严盘的端面紧密配合，实现了该级间封严盘试验夹具对级间封严盘的径向约束；通过定位组件将一级模拟盘、二级模拟盘沿轴向夹紧，对级间封严盘进行轴向约束。

优选地，所述第一底座与所述第二底座之间相互固定。

在本技术方案中，该级间封严盘试验夹具在安装到振动台之前，先将第一底座与第二底座之间相互固定，使该级间封严盘试验夹具成为一个整体。

优选地，所述第一底座设有第一连接凸缘，所述第一连接凸缘上设有第一连接孔；所述第二底座设有第二连接凸缘，所述第二连接凸缘上设有第二连接孔；所述第一连接凸缘、第二连接凸缘相叠加，所述第一连接孔、第二连接孔同轴设置；

所述夹具还包括连接螺栓，所述连接螺栓穿过所述第一连接孔、第二连接孔，所述连接螺栓将所述第一连接凸缘、第二连接凸缘相固定。

在本技术方案中，使用连接螺栓穿过第一连接孔、第二连接孔，连接螺栓将第一连接凸缘、第二连接凸缘相固定，从而将第一底座与第二底座相固定。

优选地，所述一级模拟盘与所述级间封严盘相配合的端面形成向内凹陷的第一容纳腔，所述第一容纳腔的形状与所述级间封严盘的端部的形状相适应。

在本技术方案中，通过设计第一容纳腔，使级间封严盘的端部局部位于第一容纳腔内，并与第一容纳腔的内表面紧密配合，实现了对级间封严盘的径向约束，模拟了一级涡轮盘对级间封严盘的压紧作用。

优选地，所述二级模拟盘与所述级间封严盘相配合的端面形成向内凹陷的第二容纳腔，所述第二容纳腔的形状与所述级间封严盘的端部的形状相适应。

在本技术方案中，通过设计第二容纳腔，使级间封严盘的端部局部位于第二容纳腔内，并与第二容纳腔的内表面紧密配合，实现了对级间封严盘的径向约束，模拟了二级涡轮盘对级间封严盘的压紧作用。

优选地，所述定位组件包括：

定位螺栓，所述定位螺栓的螺杆沿轴向贯穿所述一级模拟盘、二级模拟盘；

定位套筒，所述定位套筒套在所述定位螺栓的螺杆上，所述定位套筒位于所述一级模拟盘、二级模拟盘之间，所述定位套筒的两端分别与所述一级模拟盘的端面、所述二级模拟盘的端面相抵接；

螺母，所述螺母与所述螺杆的端部螺纹连接，所述螺母与所述定位螺栓的头部将所述一级模拟盘、二级模拟盘夹紧。

在本技术方案中，通过调整定位套筒的长度，可以调整一级模拟盘、二级模拟盘之间的距离，从而调整一级模拟盘、二级模拟盘对级间封严盘的压紧力，高度模拟一级涡轮盘、二级涡轮盘对级间封严盘的压紧作用。

优选地，所述一级模拟盘上设有第一定位孔，所述第一定位孔沿所述一级模拟盘的轴向设置；所述二级模拟盘上设有第二定位孔，所述第二定位孔沿所述二级模拟盘的轴向设置；所述第一定位孔、第二定位孔同轴设置，所述定位螺栓的螺杆贯穿所述第一定位孔、第二定位孔。

在本技术方案中，在安装时，第一定位孔、第二定位孔同轴设置，定位螺栓的螺杆贯穿第一定位孔、第二定位孔，从而将一级模拟盘、二级模拟盘相连接。

优选地，若干所述定位组件绕所述级间封严盘的周向均匀设置。

在本技术方案中，若干定位组件绕级间封严盘的周向均匀设置，保证了该夹具的轴向夹紧力的均匀性。

优选地，所述第一底座上设有若干第一固定孔，所述夹具还包括若干固定螺栓，所述固定螺栓穿过所述第一固定孔，所述固定螺栓将所述第一底座与所述振动台相连接。

在本技术方案中，使用固定螺栓穿过第一固定孔，即可将第一底座与振动台相连接。

优选地，所述第二底座上设有若干第二固定孔，所述夹具还包括若干固定螺栓，所述固定螺栓穿过所述第二固定孔，所述固定螺栓将所述第二底座与所述振动台相连接。

在本技术方案中，使用固定螺栓穿过第二固定孔，即可将第二底座与振动台相连接。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

该级间封严盘试验夹具，解决了双级高压涡轮盘结构中的级间封严盘的振动疲劳试验的夹具设计问题，模拟了级间封严盘的真实安装边界，同时，避免了由于边界约束及加工问题导致的边界不同导致的影响级间封严盘试验频率、模态及高周疲劳寿命结果的正确性的问题；该夹具设计，安装简单、拆装方便，易于调节轴向预紧力，通过一级模拟盘、二级模拟盘与级间封严盘的装配设计，以及与振动台的联接设计，使得级间封严盘的振动疲劳试验可以顺利开展。

附图说明

图1为现有技术中的级间封严盘的结构示意图。

图2为本发明级间封严盘试验夹具夹紧级间封严盘时的示意图。

图3为图2所示的级间封严盘试验夹具的正视图。

图4为图3所示的级间封严盘试验夹具的俯视图。

图5为图3所示的级间封严盘试验夹具的局部剖视图。

图6为图2所示的级间封严盘试验夹具的一级模拟盘组件的结构示意图。

图7为图2所示的级间封严盘试验夹具的二级模拟盘组件的结构示意图。

图8为图2所示的级间封严盘试验夹具的定位组件的结构示意图。

图9为图8所示的定位组件的正视图。

附图标记说明

级间封严盘100，盘陀101，辐板102，鼓筒103；

一级模拟盘组件1，一级模拟盘11，第一底座12，第一容纳腔13，第一连接凸缘14，第一连接孔15，第一固定孔16，第一支架17，第一定位孔18；

二级模拟盘组件2，二级模拟盘21，第二底座22，第二容纳腔23，第二连接凸缘24，第二连接孔25，第二固定孔26，第二支架27，第二定位孔28；

定位组件3，定位螺栓31，螺杆311，头部312，定位套筒32，螺母33；

连接螺栓4。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

如图2至图9所示为本发明级间封严盘试验夹具的一实施例，该级间封严盘试验夹具，可用于夹紧图1所示的级间封严盘100。将夹紧级间封严盘的级间封严盘试验夹具，固定在振动台上，可进行振动疲劳试验。

如图2至图4所示，该夹具包括一级模拟盘组件1、二级模拟盘组件2和若干定位组件3，一级模拟盘组件1包括一级模拟盘11和第一底座12，一级模拟盘11固定在第一底座12上，第一底座12用于固定在振动台上；二级模拟盘组件2包括二级模拟盘21和第二底座22，二级模拟盘21固定在第二底座22上，第二底座22用于固定在振动台上；一级模拟盘11与二级模拟盘21将级间封严盘100夹在中间，一级模拟盘11与级间封严盘100相接触的端面紧密配合，二级模拟盘21与级间封严盘100相接触的端面紧密配合；若干定位组件3绕级间封严盘100的周向设置，定位组件3连接一级模拟盘11、二级模拟盘21，定位组件3将一级模拟盘11、二级模拟盘21沿轴向夹紧。

一级模拟盘11、二级模拟盘21与级间封严盘100的端面紧密配合，实现了该级间封严盘试验夹具对级间封严盘100的径向约束；通过定位组件3将一级模拟盘11、二级模拟盘21沿轴向夹紧，对级间封严盘100进行轴向约束。

该级间封严盘试验夹具，模拟了一级涡轮盘、二级涡轮盘对级间封严盘100的压紧作用，一级模拟盘11、二级模拟盘21的加工要求同真实盘一致，保证了边界约束与实际发动机装配方式的一致性，避免了由于边界约束及加工问题导致的边界不同，从而影响级间封严盘试验频率、模态及高周疲劳寿命结果的正确性的问题。该级间封严盘试验夹具与振动台的联接设计，使得级间封严盘的振动疲劳试验可以顺利开展。

如图5和图6所示，一级模拟盘11与级间封严盘100相配合的端面形成向内凹陷的第一容纳腔13，第一容纳腔13的形状与级间封严盘100的端部的形状相适应。级间封严盘100的端部形成鼓筒103，通过设计第一容纳腔13，使级间封严盘100的鼓筒103局部位于第一容纳腔13内，并与第一容纳腔13的内表面紧密配合，实现了对级间封严盘100的径向约束，模拟了一级涡轮盘对级间封严盘100的压紧作用。

如图5和图7所示，二级模拟盘21与级间封严盘100相配合的端面形成向内凹陷的第二容纳腔23，第二容纳腔23的形状与级间封严盘100的端部的形状相适应。级间封严盘100的端部形成鼓筒103，通过设计第二容纳腔23，使级间封严盘100的鼓筒103局部位于第二容纳腔23内，并与第二容纳腔23的内表面紧密配合，实现了对级间封严盘100的径向约束，模拟了二级涡轮盘对级间封严盘100的压紧作用。

如图2至图4所示，该级间封严盘试验夹具在安装到振动台之前，先将第一底座12与第二底座22之间相互固定，使该级间封严盘试验夹具成为一个整体，再整体固定到振动台上。具体而言，如图6所示，第一底座12设有第一连接凸缘14，第一连接凸缘14上设有若干第一连接孔15；如图7所示，第二底座22设有第二连接凸缘24，第二连接凸缘24上设有若干第二连接孔25。在安装时，将第一连接凸缘14、第二连接凸缘24相叠加，第一连接孔15、第二连接孔25一一对应并同轴设置。使用连接螺栓4穿过第一连接孔15、第二连接孔25，连接螺栓4将第一连接凸缘14、第二连接凸缘24相固定。

如图2至图4、图6和图7所示，第一底座12上还设有若干第一固定孔16，使用固定螺栓穿过第一固定孔16，即可将第一底座12与振动台相连接；第二底座22上设有若干第二固定孔26，使用固定螺栓穿过第二固定孔26，即可将第二底座22与振动台相连接。

如图6所示，一级模拟盘组件1还包括第一支架17，第一支架17与一级模拟盘11、第一底座12相连接。第一支架17起到加固一级模拟盘11的目的，使一级模拟盘组件1整体结构更加稳定，避免在试验中发生变形。

如图7所示，二级模拟盘组件2还包括第二支架27，第二支架27与二级模拟盘21、第二底座22相连接。第二支架27起到加固二级模拟盘21的目的，使二级模拟盘组件2整体结构更加稳定，避免在试验中发生变形。

如图2至图4所示，为了保证轴向夹紧力的均匀性，若干定位组件3绕级间封严盘100的周向均匀设置。

图8至图9所示为定位组件3的一种具体结构，该定位组件3包括定位螺栓31、定位套筒32和螺母33，定位套筒32套在定位螺栓31的螺杆311上，螺母33与螺杆311的端部螺纹连接。

如图5所示，使用该定位组件3连接一级模拟盘11、二级模拟盘21时，定位螺栓31的螺杆311沿轴向贯穿一级模拟盘11、二级模拟盘21，定位套筒32位于一级模拟盘11、二级模拟盘21之间，定位套筒32的两端分别与一级模拟盘11的端面、二级模拟盘21的端面相抵接，螺母33与定位螺栓31的头部312将一级模拟盘11、二级模拟盘21夹紧。

如图5和图6所示，一级模拟盘11上设有第一定位孔18，第一定位孔18沿一级模拟盘11的轴向设置。如图5和图7所示，二级模拟盘21上设有第二定位孔28，第二定位孔28沿二级模拟盘21的轴向设置。在安装时，第一定位孔18、第二定位孔28同轴设置，定位螺栓31的螺杆311贯穿第一定位孔18、第二定位孔28。

螺母33、定位螺栓31的头部312对一级模拟盘11、二级模拟盘21施加轴向的预紧力，而通过调整定位套筒32的长度，可以调整一级模拟盘11、二级模拟盘21之间的距离，从而调整一级模拟盘11、二级模拟盘21对级间封严盘100的压紧力，高度模拟一级涡轮盘、二级涡轮盘对级间封严盘100的压紧作用。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种级间封严盘试验夹具，所述夹具用于固定级间封严盘，其特征在于，所述夹具包括：

一级模拟盘组件，所述一级模拟盘组件包括一级模拟盘和第一底座，所述一级模拟盘固定在所述第一底座上，所述第一底座用于固定在振动台上；

二级模拟盘组件，所述二级模拟盘组件包括二级模拟盘和第二底座，所述二级模拟盘固定在所述第二底座上，所述第二底座用于固定在所述振动台上；所述一级模拟盘与所述二级模拟盘将所述级间封严盘夹在中间，所述一级模拟盘与所述级间封严盘相接触的端面紧密配合，所述二级模拟盘与所述级间封严盘相接触的端面紧密配合；

若干定位组件，若干所述定位组件绕所述级间封严盘的周向设置，所述定位组件连接所述一级模拟盘、二级模拟盘，所述定位组件将所述一级模拟盘、二级模拟盘沿轴向夹紧。

2.根据权利要求1所述的级间封严盘试验夹具，其特征在于：所述第一底座与所述第二底座之间相互固定。

3.根据权利要求2所述的级间封严盘试验夹具，其特征在于：所述第一底座设有第一连接凸缘，所述第一连接凸缘上设有第一连接孔；所述第二底座设有第二连接凸缘，所述第二连接凸缘上设有第二连接孔；所述第一连接凸缘、第二连接凸缘相叠加，所述第一连接孔、第二连接孔同轴设置；

所述夹具还包括连接螺栓，所述连接螺栓穿过所述第一连接孔、第二连接孔，所述连接螺栓将所述第一连接凸缘、第二连接凸缘相固定。

4.根据权利要求1所述的级间封严盘试验夹具，其特征在于：所述一级模拟盘与所述级间封严盘相配合的端面形成向内凹陷的第一容纳腔，所述第一容纳腔的形状与所述级间封严盘的端部的形状相适应。

5.根据权利要求1所述的级间封严盘试验夹具，其特征在于：所述二级模拟盘与所述级间封严盘相配合的端面形成向内凹陷的第二容纳腔，所述第二容纳腔的形状与所述级间封严盘的端部的形状相适应。

6.根据权利要求1所述的级间封严盘试验夹具，其特征在于，所述定位组件包括：

定位螺栓，所述定位螺栓的螺杆沿轴向贯穿所述一级模拟盘、二级模拟盘；

定位套筒，所述定位套筒套在所述定位螺栓的螺杆上，所述定位套筒位于所述一级模拟盘、二级模拟盘之间，所述定位套筒的两端分别与所述一级模拟盘的端面、所述二级模拟盘的端面相抵接；

螺母，所述螺母与所述螺杆的端部螺纹连接，所述螺母与所述定位螺栓的头部将所述一级模拟盘、二级模拟盘夹紧。

7.根据权利要求6所述的级间封严盘试验夹具，其特征在于：所述一级模拟盘上设有第一定位孔，所述第一定位孔沿所述一级模拟盘的轴向设置；所述二级模拟盘上设有第二定位孔，所述第二定位孔沿所述二级模拟盘的轴向设置；所述第一定位孔、第二定位孔同轴设置，所述定位螺栓的螺杆贯穿所述第一定位孔、第二定位孔。

8.根据权利要求1、6或7任一项所述的级间封严盘试验夹具，其特征在于：若干所述定位组件绕所述级间封严盘的周向均匀设置。

9.根据权利要求1所述的级间封严盘试验夹具，其特征在于，所述第一底座上设有若干第一固定孔，所述夹具还包括若干固定螺栓，所述固定螺栓穿过所述第一固定孔，所述固定螺栓将所述第一底座与所述振动台相连接。

10.根据权利要求1所述的级间封严盘试验夹具，其特征在于，所述第二底座上设有若干第二固定孔，所述夹具还包括若干固定螺栓，所述固定螺栓穿过所述第二固定孔，所述固定螺栓将所述第二底座与所述振动台相连接。

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