CN112161786B - 旋转盘腔减涡器系统试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋转盘腔减涡器系统试验装置，包括：转子组件，构成旋转盘腔减涡器系统空气流路；以及静子组件，用于支撑转子和外部封严，转子组件包括依次连接的前驱动轴颈，第一级旋转盘，减涡管，第二级旋转盘，中央引气引线轴和后驱动轴颈；静子组件包括依次密封连接的前封严轴承座，前封严腔机匣，供气机匣，后封严腔机匣，后封严轴承座和排气封严机匣。本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置基于真实结构特征的压气机旋转盘腔减涡器系统，所采用的试验件结构方案解决了旋转试验件高效封严与转子系统流量测量的技术难点，实现了高压高转速条件下真实结构试验件的转子内腔流量的准确测量以及高转速下试验件转子系统的可靠运转。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及航空发动机压力机旋转盘腔减涡器系统试验装置。
背景技术
随着航空发动机性能的不断提升，以及寿命、可靠性需求的不断增长，需要空气系统设计更加高效和可靠，而流动控制技术可显著提升冷气利用效率，在空气系统引气流路设计中，采用减涡器设计可减小气体沿旋转盘腔径向流动中因盘的旋转而引起的气流涡(切向速度)的增量，从而可显著减小气流的压力损失，并控制气流的温变。
在旋转盘腔减涡器系统设计验证方面，最具代表性的为德国Dresden大学和MTU航空发动机公司联合开展的两级旋转盘腔流动换热试验，其试验装置由两级旋转盘腔组成的转子系统、静子组件、转静子封严装置、支撑系统等组成。在试验装置的第二级旋转盘腔中安装减涡器来测试旋转盘腔减涡器系统的流动损失情况，优选出最好的设计方案。该套试验装置所采用的旋转盘腔减涡器系统结构与发动机压气机旋转盘腔减涡器系统的真实结构存在差异，主要用于优选减涡器设计方案。
由已知资料可知，已公开的旋转盘腔减涡器系统试验装置，主要有：一种减涡器试验装置(CN109632276A)、导管长度对管式减涡器流阻与温降特性影响(航空动力学报,2020，第35卷第1期)，没有解决旋转试验件高效密封与转子系统流量测量等技术难点，转子内腔流量作为确定减涡器系统性能的关键参数，直接影响旋转盘腔减涡器系统流动损失与温变特性的定量分析；在旋转盘腔与减涡器结构上进行了一定的简化，忽略了细节的影响，试验件结构不够紧凑，转速较低；减涡器系统供气流路与排气流路串通后存在耦合影响，试验点的调节与流路压力稳定性较差。
因此，现有旋转盘腔减涡器系统试验装置存在验证效果的真实性较差的技术问题。
发明内容：
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于压气机旋转盘腔减涡器系统在实验室典型模拟环境下的流动与温变特性试验测试的，基于真实结构特征的压气机旋转盘腔减涡器系统试验装置。
本发明的目的在于，提供一种旋转盘腔减涡器系统试验装置，所述装置包括：转子组件，构成旋转盘腔减涡器系统空气流路；以及静子组件，用于支撑转子和外部封严，所述转子组件包括依次连接的前驱动轴颈7，第一级旋转盘8，减涡管9，第二级旋转盘10，中央引气引线轴11和后驱动轴颈12；所述静子组件包括依次密封连接的前封严轴承座1，前封严腔机匣2，供气机匣3，后封严腔机匣4，后封严轴承座5和排气封严机匣6，其中，所述供气机匣内侧和第一旋转盘外侧、第二级旋转盘外侧形成供气环腔；所述前封严腔机匣、供气机匣、前驱动轴颈、第一级旋转盘外侧和前封严轴承座形成前封严腔；所述后封严腔机匣、供气机匣、后驱动轴颈、第二级旋转盘外侧和后封严轴承座形成后封严腔；所述第一级旋转盘和第二级旋转盘形成带减涡器的旋转盘腔，所述减涡管置于所述旋转盘腔内；所述中央引气引线轴、后驱动轴颈、后封严轴承座和排气封严机匣形成用于将所述带减涡器旋转盘腔的空气排出所述试验装置的排气腔。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述前驱动轴颈7上固定有前石墨封严跑道和前指尖封严跑道，所述前石墨封严跑道与所述前驱动轴颈间形成周向槽道，所述槽道内安装有前石墨封严环。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述前封严腔机匣上设有前指尖封严片，所述前指尖封严片与所述前指尖封严跑道相配合。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述第一级旋转盘8上设有用于安装减涡管的封严凸肩和用于引导气流的减涡管出口导流板，所述减涡管出口导流板对所述中央引气引线轴起辅助固定作用。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述第二级旋转盘10设有用于安装减涡管的安装边。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述后驱动轴颈上依次固定有后指尖封严跑道、后石墨封严跑道、涨圈封严环和篦齿封严环，所述后石墨封严跑道与所述后驱动轴颈间形成周向槽道，所述槽道内安装有后石墨封严环，所述涨圈封严环和所述篦齿封严环通过压紧螺母固定，所述篦齿封严环与所述排气封严机匣相配合。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述后封严腔机匣上设有后指尖封严片，所述后指尖封严片与所述后指尖封严跑道相配合。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述后封严轴承座上设有轴承和涨圈封严跑道，所述轴承的外环通过弹性锁紧结构固定在所述后封严轴承座上，所述涨圈封严跑道与所述涨圈封严环相配合。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述供气机匣上设有进气管路接头，所述排气封严机匣上设有排气管路接头，所述第二级旋转盘、所述中央引气引线轴、所述后驱动轴颈、所述篦齿封严环和所述排气封严机匣上均设有通气孔，气流从所述进气管接头进入，通过所述第二级旋转盘上的通气孔后，经过减涡管、所述中央引气引线轴通气孔、所述后驱动轴颈通气孔、所述篦齿封严环通气孔和所述排气封严机匣上通气孔，从所述排气管路接头排出。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述装置还包括供气管路，所述供气管路包括连接有高压气源的供气管路总管和与进气管路接头连接的供气管路支管。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述装置还包括排气管路，所述排气管路包括连接有低压气源的排气管路总管和与排气管路接头连接的排气管路支管，所述低压气源包括在大气和人造低压气源中选择的一种。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述装置还包含气体流量测量仪，所述气体流量测量仪设置在所述供气管路总管或者所述排气管路总管上。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置，还具有这样的技术特征，所述供气管总管和排气管总管的直径为100mm，所述供气管分管和所述排气管分管数量为5，直径为20mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置基于真实结构特征的压气机旋转盘腔减涡器系统，所采用的试验件结构方案解决了旋转试验件高效封严与转子系统流量测量的技术难点，实现了高压高转速条件下真实结构试验件的转子内腔流量的准确测量以及高转速下试验件转子系统的可靠运转。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置通过在旋转盘腔两侧静子旁路设计三级高效封严，解决了减涡器试验装置中旋转盘腔转静子旁路空气泄露的可靠封严问题，实现了高压高转速条件下真实结构试验件的转子内腔流量的准确测量。
本发明所提供的旋转盘腔减涡器系统试验装置采用较低的成本在实验室中实现了接近旋转盘腔减涡器系统实际工作状态的流动与温变特性验证。
附图说明
图1为旋转盘腔减涡器系统试验装置主要部分结构示意图。
图2为旋转盘腔减涡器系统试验装置空气流路示意图。
其中，1前封严轴承座、2前封严腔机匣、2-1前指尖封严片、3供气机匣、3-1进气管路接头、4后封严腔机匣、4-1后指尖封严片、5后封严轴承座、5-1轴承、5-2涨圈封严跑道、6排气封严机匣、6-1排气管路接头、7前驱动轴颈、7-1前石墨封严跑道、7-2前石墨封严环、7-3前指尖封严跑道、8第一级旋转盘、9减涡管、10第二级旋转盘、11中央引气引线轴、12后驱动轴颈、12-1后指尖封严跑道、12-2后石墨封严环、12-3后石墨封严跑道、12-4涨圈封严环、12-5篦齿封严环、12-6压紧螺母。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的切割装置作具体阐述。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
如图1所示，提供了一种旋转盘腔减涡器系统试验装置，所述装置包括构成旋转盘腔减涡器系统空气流路的转子组件以及用于支撑转子和外部封严的静子组件，所述转子组件包括依次通过螺栓紧固间轴向连接的前驱动轴颈7，第一级旋转盘8，减涡管9，第二级旋转盘10，中央引气引线轴11和后驱动轴颈12；所述静子组件包括依次通过螺栓紧固件轴向密封连接的前封严轴承座1，前封严腔机匣2，供气机匣3，后封严腔机匣4，后封严轴承座5和排气封严机匣6，其中，所述供气机匣3内侧和第一旋转盘8外侧、第二级旋转盘10外侧形成供气环腔，用于引入高压空气并将该高压空气供入旋转盘腔内部；所述前封严腔机匣2、供气机匣3、前驱动轴颈7、第一级旋转盘8外侧和前封严轴承座1形成前封严腔，用于试验装置前侧转静旁路的空气封严，防止引入所述供气环腔的部分高压空气通过所述试验装置的转静子旁路泄漏，致使无法确定进入旋转盘腔的空气流量；所述后封严腔机匣4、供气机匣3、后驱动轴颈12、第二级旋转盘10外侧和后封严轴承座5形成后封严腔，用于试验装置后侧转静旁路的空气封严，防止引入所述供气环腔的部分高压空气通过所述试验装置的转静子旁路泄漏，致使无法确定进入旋转盘腔的空气流量；所述第一级旋转盘8和第二级旋转盘10形成带减涡器9的旋转盘腔，所述减涡管9置于所述旋转盘腔内；所述中央引气引线轴11、后驱动轴颈12、后封严轴承座5和排气封严机匣6形成用于将所述带减涡器旋转盘腔的空气排出所述试验装置的排气腔，用于将所述带减涡器9旋转盘腔的空气排出所述试验装置。
在本发明的部分实施例中，前驱动轴颈7上固定有前石墨封严跑道7-1和前指尖封严跑道7-3，所述前石墨封严跑道7-1与所述前驱动轴颈7间形成周向槽道，所述槽道内安装有前石墨封严环7-2。前指尖封严跑道7-1通过螺栓紧固件安装在前驱动轴颈7。
前封严腔机匣2上通过螺栓配合安装有前指尖封严片2-1，所述前指尖封严片2-1与所述前指尖封严跑道7-3相配合。
后驱动轴颈12上依次固定有后指尖封严跑道12-1、后石墨封严跑道12-3、涨圈封严环12-4和篦齿封严环12-5，所述后石墨封严跑道12-3与所述后驱动轴颈12间形成周向槽道，所述槽道内安装有后石墨封严环12-2，所述涨圈封严环12-4和所述篦齿封严环通过压紧螺母固定，所述篦齿封严环与所述排气封严机匣相配合。
后封严腔机匣4上设有后指尖封严片4-1，所述后指尖封严片4-1与所述后指尖封严跑道12-1相配合。后指尖封严片4-1通过螺纹配合安装在后封严腔机匣4上。
后封严轴承座上设有轴承和涨圈封严跑道，所述轴承的外环通过弹性锁紧结构固定在所述后封严轴承座上，所述涨圈封严跑道与所述涨圈封严环相配合。涨圈封严跑道通过螺栓紧固件封严固定到后封严轴承座上。
前封严轴承座与前驱动轴颈所带有的前石墨封严环形成第一接触式动封严。
前封严轴承座1与前驱动轴颈7所带有的前石墨封严环7-2形成第一接触式动封严；前封严腔机匣2带有的前指尖封严片2-1与前驱动轴颈7所带有的前指尖封严跑道7-1形成第二接触式动封严；第一级旋转盘8与供气机匣3所带有的可磨耗涂层形成第三非接触式动封严；第二级旋转盘10与供气机匣3所带有的可磨耗涂层形成第四非接触式动封严；后封严腔机匣4所带有的后指尖封严片4-1与后驱动轴颈12所带有的后指尖封严跑道12-1形成第五接触式动封严；后封严轴承座5与后驱动轴颈12所带有的后石墨封严环12-2形成第六接触式动封严；后封严轴承座5所带有的涨圈封严跑道5-2与后驱动轴颈12所带有的涨圈封严环12-4形成第七接触式动封严；排气封严机匣6与后驱动轴颈12上所带有的篦齿封严环12-5形成第八非接触式动封严。
第一接触式动封严与第二接触式动封严之间形成第一封严腔；第二接触式动封严与第三非接触式动封严之间形成第二封严腔；第三非接触式动封严与第四非接触式动封严之间形成供气腔；第四非接触式动封严与第五接触式动封严之间形成第三封严腔；第五接触式动封严与第六接触式动封严之间形成第四封严腔；第六接触式动封严与第七接触式动封严之间形成轴承腔；第七接触式动封严与第八非接触式动封严之间形成排气腔。
前驱动轴颈7左侧连接转子动力输入，确保转子稳定运转。
前驱动轴颈7与第一级旋转盘8之间形成第一转子内腔；第一级旋转盘8与第二级旋转盘10之间形成第二转子内腔；第一级旋转盘8与中央引气引线轴11之间形成第三转子内腔；第二级旋转盘10与中央引气引线轴11之间形成第四转子内腔；后驱动轴颈12与中央引气引线轴11之间形成第五转子内腔。
在本发明的部分实施例中，第二转子内腔为核心模拟旋转盘腔，属于转子内腔流动的核心流动区域；在第一级旋转盘8上设计有封严凸肩结构，在第二级旋转盘10上设计有安装边结构，用于安装减涡管9，减涡管9在第二转子内腔中跟随转子转动，能够有效抑制自由涡的发展，降低流动损失；
在本发明的部分实施例中，在供气机匣3上开有通气孔并安装有进气管路接头3-1，所述供气座与高压气源连通，使得供气腔为高压腔；受高压供气腔影响，第一封严腔、第二封严腔、第三封严腔与第四封严腔均形成高压腔。
在第二级旋转盘10的鼓筒上开有通气孔，如图2所示，所述供气腔的高压气体从通气孔进入至第二转子内腔，第二转子内腔中安装有减涡管9，气流经过减涡管9后，进一步通过第二级旋转盘10与中央引气引线轴11之间的间隙进入第四转子内腔；在中央引气引线轴11支板上开有通气孔，使得高压气体继续从第四转子内腔进入第五转子内腔；在后驱动轴颈12及其篦齿封严环12-5上均开有通气孔，使得第五转子内腔气体进入排气腔；在排气封严机匣6上开有通气孔并安装有排气管路接头6-1，排气腔内气体通过排气管路接头6-1连接至排气管路，从而使气体排入低压环境中。第一转子内腔和第三转子内腔无高压气体进入。
在本发明的部分实施例中，该装置还包括供气管路和排气管路，所述供气管路包括连接有高压气源的供气管路总管和与进气管路接头连接的多个供气管路支管。所述排气管路包括连接有低压气源的排气管路总管和与排气管路接头连接的多个排气管路支管，所述低压气源为大气。所述装置还包含用于进行供气流量测量的气体流量测量仪，所述气体流量测量仪设置在所述供气管路总管或者所述排气管路总管上。供气管总管和排气管总管的直径为100mm，所述供气管分管和所述排气管分管数量为5，直径为20mm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述装置包括：
转子组件，构成旋转盘腔减涡器系统空气流路；以及
静子组件，用于支撑转子和外部封严，
所述转子组件包括依次连接的前驱动轴颈，第一级旋转盘，减涡管，第二级旋转盘，中央引气引线轴和后驱动轴颈；
所述静子组件包括依次密封连接的前封严轴承座，前封严腔机匣，供气机匣，后封严腔机匣，后封严轴承座和排气封严机匣，
其中，
所述供气机匣内侧和第一旋转盘外侧、第二级旋转盘外侧形成供气环腔；
所述前封严腔机匣、供气机匣、前驱动轴颈、第一级旋转盘外侧和前封严轴承座形成前封严腔，用于试验装置前侧转静旁路的空气封严；
所述后封严腔机匣、供气机匣、后驱动轴颈、第二级旋转盘外侧和后封严轴承座形成后封严腔，用于试验装置后侧转静旁路的空气封严；
所述第一级旋转盘和第二级旋转盘形成旋转盘腔，所述减涡管置于所述旋转盘腔内；
所述中央引气引线轴、后驱动轴颈、后封严轴承座和排气封严机匣形成用于将带有减涡器的旋转盘腔内空气排出所述试验装置的排气腔，
所述后驱动轴颈上依次固定有后指尖封严跑道、后石墨封严跑道、涨圈封严环和篦齿封严环，所述后石墨封严跑道与所述后驱动轴颈间形成周向槽道，所述槽道内安装有后石墨封严环，所述涨圈封严环和所述篦齿封严环通过压紧螺母固定，所述篦齿封严环与所述排气封严机匣相配合，
所述供气机匣上设有进气管路接头，所述排气封严机匣上设有排气管路接头，所述第二级旋转盘、所述中央引气引线轴、所述后驱动轴颈、所述篦齿封严环和所述排气封严机匣上均设有通气孔，气流从所述进气管路接头进入，通过所述第二级旋转盘上的通气孔后，经过减涡管、所述中央引气引线轴通气孔、所述后驱动轴颈通气孔、所述篦齿封严环通气孔和所述排气封严机匣上通气孔，从所述排气管路接头排出。
2.根据权利要求1所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述前驱动轴颈上固定有前石墨封严跑道和前指尖封严跑道，所述前石墨封严跑道与所述前驱动轴颈间形成周向槽道，所述槽道内安装有前石墨封严环。
3.根据权利要求2所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述前封严腔机匣上设有前指尖封严片，所述前指尖封严片与所述前指尖封严跑道相配合。
4.根据权利要求1所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述第一级旋转盘8上设有用于安装减涡管的封严凸肩和用于引导气流的减涡管出口导流板，所述减涡管出口导流板对所述中央引气引线轴起辅助固定作用。
5.根据权利要求1所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述第二级旋转盘10设有用于安装减涡管的安装边。
6.根据权利要求1所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述后封严腔机匣上设有后指尖封严片，所述后指尖封严片与所述后指尖封严跑道相配合。
7.根据权利要求1所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述后封严轴承座上设有轴承和涨圈封严跑道，所述轴承的外环通过弹性锁紧结构固定在所述后封严轴承座上，所述涨圈封严跑道与所述涨圈封严环相配合。
8.根据权利要求1所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述装置还包括供气管路，所述供气管路包括连接有高压气源的供气管路总管和与进气管路接头连接的多个供气管路支管。
9.根据权利要求8所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述装置还包含气体流量测量仪，所述气体流量测量仪设置在所述供气管路总管上。
10.根据权利要求8所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述装置还包括排气管路，所述排气管路包括连接有低压气源的排气管路总管和与排气管路接头连接的多个排气管路支管，所述低压气源包括在大气和人造低压气源中选择的一种。
11.根据权利要求10所述的旋转盘腔减涡器系统试验装置，其特征在于，所述供气管路总管和排气管路总管的直径为100mm，所述供气管路分管和所述排气管路分管数量为5，直径为20mm。
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