CN112228382B - 压气机性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压气机性能试验装置。压气机性能试验装置包括转子、内机匣、外机匣和承力机匣，内机匣套设于转子的外侧，内机匣与转子之间形成有平衡腔，外机匣套装于内机匣的外侧，且外机匣与内机匣之间形成主流道，承力机匣设置于内机匣和外机匣的轴向后端，且承力机匣与内机匣搭接于平衡腔处，以使得主流道的气体从承力机匣与内机匣的搭接处的泄露通道直接流入到平衡腔内。本发明的压气机性能试验装置将承力机匣与内机匣的搭接处设置在平衡腔处，那么主流道的气体就能够从承力机匣与内机匣的搭接处的泄露通道直接流入到平衡腔内，从而有效避免这部分气体泄露到其他腔室带来的不利影响。

Description

压气机性能试验装置

技术领域

本发明涉及航空发动机压气机试验领域，特别涉及一种压气机性能试验装置。

背景技术

目前国内外航空发动机的多级轴流压气机性能试验件多需要转子轴向力平衡，以使得试验件的止推轴承承载较小的轴向力而保证较长的使用寿命。但因试验台设备能力限制，通常需在压气机性能试验件中布置转子轴向力平衡系统。转子轴向力平衡系统主要由平衡腔构成，平衡腔的一侧为转子平衡盘，通过向平衡腔中注入高压气体，使得转子平衡盘获得顺气流方向的轴向力，用以平衡压气机性能试验件运转时产生的逆气流流动方向的转子轴向力。

在发明人知晓的相关技术中，平衡腔一般位于试验件排气段主流道的内侧，排气段主流道由外、内机匣构成，因传递试验件载荷的需求，外机匣通常与试验件的后承力机匣刚性连接，同时为了避免外、内机匣出现与后承力机匣连接过约束的情况，内机匣只能与后承力机匣采取搭接的配合方式，而搭接位置处气密性较差，主流道内的高温、高压气体不可避免的泄漏流入内机匣内侧。泄漏的高温高压气体环绕在试验件后轴承腔外，在热传导及热辐射的综合作用下使得后轴承腔内的腔温增加，腔温的增加有使得轴承腔内润滑油结焦或自燃的风险，严重威胁了试验件的安全运转。

以上陈述仅代表与本发明有关的背景技术，而不必然构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压气机性能试验装置，以有效避免从承力机匣与内机匣搭接处泄露的气体流动到其他腔室带来的不利影响。

本发明提供一种压气机性能试验装置，包括：

转子；

内机匣，套设于转子的外侧，内机匣与转子之间形成有平衡腔；

外机匣，套装于内机匣的外侧，且外机匣与内机匣之间形成主流道；和

承力机匣，设置于内机匣和外机匣的轴向后端，且承力机匣与内机匣搭接于平衡腔处，以使得主流道的气体从承力机匣与内机匣的搭接处的泄露通道直接流入到平衡腔内。

在一些实施例中，压气机性能试验装置还包括平衡盘和前密封盘，前密封盘连接于内机匣和转子之间，平衡盘连接于承力机匣与转子之间，前密封盘、内机匣、承力机匣、平衡盘和转子共同围合形成平衡腔。

在一些实施例中，承力机匣与内机匣搭接的端部具有向径向内侧延伸的凸出部，平衡盘与凸出部连接。

在一些实施例中，泄露通道内设置有降压件。

在一些实施例中，降压件包括密封圈和/或密封垫。

在一些实施例中，压气机性能试验装置还包括与平衡腔连通并为平衡腔供气的进气管，从进气管输送的气体与从搭接处泄露的气体混合，进气管的供气流量可调节地设置。

在一些实施例中，从搭接处的泄露通道泄露的气体的压力小于从进气管输送的气体的压力的上限值。

在一些实施例中，压气机性能试验装置还包括与平衡腔连通并为平衡腔排气的至少一个排气管，排气管的排气流量可调节地设置。

在一些实施例中，至少一个进气管在平衡腔的周向上均匀布置；和/或，至少一个排气管在平衡腔的周向上均匀布置。

在一些实施例中，压气机性能试验装置还包括设置于平衡腔的内壁上的压力检测部件和温度检测部件以及与压力检测部件和温度检测部件耦合的控制器，控制器根据压力检测部件检测的压力值和温度检测部件检测的温度值控制进气管和排气管的流量。

基于本发明提供的压气机性能试验装置，包括转子、内机匣、外机匣和承力机匣，内机匣套设于转子的外侧，内机匣与转子之间形成有平衡腔，外机匣套装于内机匣的外侧，且外机匣与内机匣之间形成主流道，承力机匣设置于内机匣和外机匣的轴向后端，且承力机匣与内机匣搭接于平衡腔处，以使得主流道的气体从承力机匣与内机匣的搭接处的泄露通道直接流入到平衡腔内。本发明的压气机性能试验装置将承力机匣与内机匣的搭接处设置在平衡腔处，那么主流道的气体就能够从承力机匣与内机匣的搭接处的泄露通道直接流入到平衡腔内，从而有效避免这部分气体泄露到其他腔室带来的不利影响。而且流入到平衡腔内的这部分气体可提高平衡腔的腔压，这样就降低了为平衡腔的主动供气的供气需求，也就是说对泄露的这部分气体得到了有效利用，从而降低了整个试验装置的能耗。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的压气机性能试验装置的结构示意图；

图2为图1所示的压气机性能试验装置的另一角度的结构示意图；

图3为图1中的平衡腔的截面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1和图2所示，本发明实施例的压气机性能试验装置包括：

转子8；

内机匣2，套设于转子8的外侧，内机匣2与转子8之间形成有平衡腔B；

外机匣1，套装于内机匣2的外侧，且外机匣1与内机匣2之间形成主流道A；和

承力机匣3，设置于内机匣2和外机匣1的轴向后端，且承力机匣3与内机匣2搭接于平衡腔B处，以使得主流道A的气体从承力机匣3与内机匣2的搭接处的泄露通道直接流入到平衡腔B内。

本发明实施例的压气机性能试验装置将承力机匣3与内机匣2的搭接处设置在平衡腔B处，那么主流道A的气体就能够从承力机匣3与内机匣2的搭接处的泄露通道直接流入到平衡腔B内，从而有效避免这部分气体泄露到其他腔室带来的不利影响。而且流入到平衡腔B内的这部分气体可提高平衡腔B的腔压，这样就降低了为平衡腔B的主动供气的供气需求，也就是说对泄露的这部分气体得到了有效利用，从而降低了整个试验装置的能耗。

本实施例的压气机性能试验装置为用于航空发动机的多级轴流压气机性能试验装置。

本实施例的承力机匣3和内机匣2搭接于平衡腔B处，这就使得平衡腔B的至少部分腔壁由承力机匣和内机匣2共同形成。

具体如图1所示，承力机匣3与内机匣2搭接的端部具有第一台阶面。内机匣2与承力机匣3搭接的端部也具有第二台阶面。该第二台阶面搭接于第一台阶面上。

本实施例的压气机性能试验装置包括平衡盘5和前密封盘4。前密封盘4连接于内机匣2和转子8之间，平衡盘5连接于承力机匣3与转子8之间，前密封盘4、内机匣2、承力机匣3、平衡盘5和转子8共同围合形成平衡腔B。

本实施例的压气机性能试验装置还包括后密封盘6，后密封盘6连接于承力机匣3与转子8之间。后密封盘6、承力机匣3、平衡盘5和转子8共同围合形成后腔C。为了保持转子的轴向力平衡，本实施例的平衡腔B的腔压要高于后腔C的腔压很多。

如图1所示，本实施例的承力机匣3与内机匣2搭接的端部具有向径向内侧延伸的凸出部31，平衡盘5与凸出部31密封连接。此处平衡盘5的高度可根据平衡腔B的腔压需求进行设计。

平衡盘5与凸出部31密封连接，例如通过篦齿连接。同样的，前密封盘4与转子8之间也通过篦齿进行密封连接，后密封盘6与转子8之间也通过篦齿进行密封连接。

本实施例的压气机性能试验装置还包括与平衡腔B连通并为平衡腔B供气的进气管7。从进气管7输送的气体与从搭接处泄露的气体混合，进气管7的供气流量可调节地设置。进气管7提供的气体为高压低温气流，该高压低温气流与从泄露通道泄露到平衡腔B的高温高压气体掺混在一起从而实现腔内压力的升高及腔温的降低，进而满足试验件轴向力及温度场的需求。

由于主流道A内的气体为高温高压气体，若直接将该高温高压气体引入到平衡腔B内，会导致平衡腔B的腔压太高而使得用于专门为平衡腔B供气的进气管7无法将气体注入到平衡腔B内。也就是说，虽然进气管7提供的气体也是高压气体，但是其压力是小于主流道A内的气体的压力的。

如图2所示，为了避免泄露通道泄露到平衡腔B内的气体的压力过高而对进气管7的供气产生影响，本实施例的泄露通道内设置有降压件9。在泄露通道内设置降压件9，增大气流在泄露通道的流动损失，从而降低进入到平衡腔B的气体的压力。

具体地，从搭接处的泄露通道泄露到平衡腔B内的气体的压力小于从进气管7输送的气体的压力上限值，这样使得进气管7提供的供气可注入平衡腔B内。

本实施例的降压件9包括密封圈和/或密封垫。具体地，降压件可以是金属密封圈或金属密封垫。

本实施例的压气机性能试验装置还包括与平衡腔B连通并用于排出平衡腔B内的气体的至少一个排气管14，排气管14的排气流量可调节地设置。该至少一个排气管14用于排出试验装置平衡腔B内的高低温掺混气体，加速平衡腔B内的气体流动，改善腔内温度场，同时可通过调节排气管14的排气流量来控制排气量，将平衡腔B的腔压控制到所需压力。

本实施例的排气管14的端部设置有放气阀门。控制该放气阀门的开度以控制排气量。

如图3所示，本实施例的至少一个进气管7在平衡腔B的周向上均匀布置。至少一个排气管14也在平衡腔B的周向上均匀布置。进气管7和排气管14均匀布置从而提升腔内气流的掺混效率。

为了实现对平衡腔B内的腔压及腔温的实时监测，本实施例的压气机性能试验装置还包括设置于平衡腔B的内壁上的压力检测部件和温度检测部件。

进一步地，本实施例的压气机性能试验装置还包括与压力检测部件和温度检测部件耦合的控制器，控制器根据压力检测部件检测的压力值和温度检测部件检测的温度值控制进气管7和排气管14的流量。控制器根据压力检测部件检测的实时压力值和温度检测部件检测的实时温度值控制进气管7和排气管14的流量以使得平衡腔B内的腔压及腔温满足试验装置的正常工作需求。

综上可知，本发明实施例的压气机性能试验装置将承力机匣3与内机匣2的搭接处设置在平衡腔B处，从而使得主流道A的气体能够从承力机匣3与内机匣2的搭接处的泄露通道直接流入到平衡腔B内，从而有效避免这部分气体泄露到其他腔室带来的不利影响，进而确保压气机性能试验装置的安全运转。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种压气机性能试验装置，其特征在于，包括：

转子（8）；

内机匣（2），套设于所述转子（8）的外侧；

外机匣（1），套装于所述内机匣（2）的外侧，且所述外机匣（1）与所述内机匣（2）之间形成主流道（A）；

承力机匣（3），设置于所述内机匣（2）和所述外机匣（1）的轴向后端；

平衡盘（5）；和

前密封盘（4），所述前密封盘（4）连接于所述内机匣（2）和所述转子（8）之间，所述平衡盘（5）连接于所述承力机匣（3）与所述转子（8）之间，所述前密封盘（4）、所述内机匣（2）、所述承力机匣（3）、所述平衡盘（5）和所述转子（8）共同围合形成平衡腔（B），所述承力机匣（3）与所述内机匣（2）搭接于所述平衡腔（B）处，以使得所述主流道（A）的气体从所述承力机匣（3）与所述内机匣（2）的搭接处的泄露通道直接流入到所述平衡腔（B）内。

2.根据权利要求1所述的压气机性能试验装置，其特征在于，所述承力机匣（3）与所述内机匣（2）搭接的端部具有向径向内侧延伸的凸出部（31），所述平衡盘（5）与所述凸出部（31）连接。

3.根据权利要求1所述的压气机性能试验装置，其特征在于，所述泄露通道内设置有降压件（9）。

4.根据权利要求3所述的压气机性能试验装置，其特征在于，所述降压件（9）包括密封圈和/或密封垫。

5.根据权利要求1所述的压气机性能试验装置，其特征在于，所述压气机性能试验装置还包括与所述平衡腔（B）连通并为所述平衡腔（B）供气的进气管（7），从所述进气管（7）输送的气体与从所述搭接处泄露的气体混合，所述进气管（7）的供气流量可调节地设置。

6.根据权利要求5所述的压气机性能试验装置，其特征在于，从所述搭接处的泄露通道泄露到所述平衡腔（B）的气体的压力小于从所述进气管（7）输送的气体的压力上限值。

7.根据权利要求5所述的压气机性能试验装置，其特征在于，所述压气机性能试验装置还包括与所述平衡腔（B）连通并为所述平衡腔（B）排气的至少一个排气管（14），所述排气管（14）的排气流量可调节地设置。

8.根据权利要求7所述的压气机性能试验装置，其特征在于，至少一个所述进气管（7）在所述平衡腔（B）的周向上均匀布置；和/或，所述至少一个排气管（14）在所述平衡腔（B）的周向上均匀布置。

9.根据权利要求7所述的压气机性能试验装置，其特征在于，所述压气机性能试验装置还包括设置于所述平衡腔（B）的内壁上的压力检测部件和温度检测部件以及与所述压力检测部件和所述温度检测部件耦合的控制器，所述控制器根据所述压力检测部件检测的压力值和所述温度检测部件检测的温度值控制所述进气管（7）和所述排气管（14）的流量。

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