CN112283142A - 压气机试验装置、封严装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在以往的压气机试验装置中，由于搭接位置处一般气密性较差，主流道内的高温、高压气体不可避免地泄漏流入内机匣内侧，使得后轴承腔内的腔温增加，存在有使得轴承腔内润滑油结焦或自燃的风险。为解决上述的问题，本发明提供一种压气机试验装置、封严装置及其制造方法。所述压气机试验装置包括出口段，其特征在于，所述出口段包括：平衡腔，该平衡腔包括平衡腔静子段；以及平衡腔前腔，该平衡腔前腔包括承力机匣，其中，所述承力机匣与所述平衡腔静子段形成为一个整体以作为封严装置。根据本发明的压气机试验装置，因平衡腔的存在带来的高温气体不再泄漏至承力机匣内侧的后轴承腔外围腔，从而保障了压气机试验装置的安全运转。

Description

压气机试验装置、封严装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及压气机，更具体地，涉及压气机试验装置、用于压气机试验装置的封严装置及其制造方法。

背景技术

作为发动机的核心部件之一，压气机需要具有高增压比、高效率，以使得发动机能获得较高的热效率和单位功率。然而，由于其内部的气动、热力和结构特性相当复杂，人们仍在不断探寻着如何掌握压气机内的运转状况。虽然对压气机内工况的数值模拟取得很大进展，但仍然不足以满足实际的工业应用情况。因此，为了更好地了解气流在压气机中的真实的流动规律、以及在非设计点处的气动性能等从而解决压气机设计中潜在的问题，还是要依靠压气机试验等实验手段。

目前国内外发动机（尤其是航空发动机）的多级轴流压气机试验装置大多需要转子轴向力平衡，以使得试验装置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腔，通过向平衡腔中注入高压气体，使得转子平衡腔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。

发明内容

然而，在压气机试验装置中，平衡腔一般位于压气机试验装置的出口段主流道的内侧，其中出口段主流道由外机匣、内机匣构成。因传递压气机试验装置载荷的需求，外机匣通常与压气机试验装置的承力机匣刚性连接，同时为了避免外机匣、内机匣出现与承力机匣连接过约束的情况，内机匣只能与承力机匣采取搭接的配合方式。然而，由于搭接位置处一般气密性较差，主流道内的高温、高压气体不可避免地泄漏流入内机匣内侧。泄漏的高温、高压气体进入压气机试验装置后轴承腔外围腔，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，严重威胁了试验装置的安全运转。

综上分析，多级轴流压气机性能试验装置因平衡腔的存在带来的高温气体热管理问题至关重要，而本发明的目的正是在于解决目前国内外发动机多级轴流压气机性能试验装置中存在的上述问题。

本发明的目的在于提供一种压气机性能试验装置、用于压气机试验装置的封严装置及其制造方法，能够有效解决压气机试验装置因平衡腔存在而带来的高温、高压气体热管理问题，进而确保多级轴流压气机性能试验装置的安全运转。

在解决上述问题的本发明的一个实施例中，提供了一种压气机试验装置，包括出口段，其特征在于，所述出口段包括：

平衡腔，该平衡腔包括平衡腔静子段；以及

平衡腔前腔，该平衡腔前腔包括承力机匣，

其中，所述承力机匣与所述平衡腔静子段形成为一个整体以作为封严装置。

在本发明的其他实施例中，所述平衡腔前腔进一步包括内机匣和搭接段，其中，所述内机匣通过所述搭接段与所述封严装置配合。

在本发明的其他实施例中，在所述内机匣通过所述搭接段与所述封严装置配合的位置设置有密封构件。

在本发明的其他实施例中，所述密封构件包括密封圈、密封垫或密封胶中的一个或多个。

在本发明的其他实施例中，所述平衡腔前腔进一步包括平衡腔前腔排气管路，该平衡腔前腔排气管路口将泄漏到所述平衡腔前腔的气体排出所述压气机试验装置。

在本发明的其他实施例中，所述平衡腔前腔排气管路与所述封严装置形成为一个整体。

在本发明的其他实施例中，所述平衡腔前腔和与所述平衡腔前腔间隔着所述平衡腔定位的平衡腔后腔的压差是能调节的。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种封严装置，用于压气机试验装置，其特征在于，包括：

平衡腔静子段；以及

承力机匣，该承力机匣与所述平衡腔静子段形成为一个整体。

在本发明的其他实施例中，所述封严装置进一步包括平衡腔前腔排气管路，所述平衡腔前腔排气管路与所述承力机匣和所述平衡腔静子段形成为一个整体，所述平衡腔前腔排气管路将泄漏的气体排出所述压气机试验装置。

在本发明的又一实施例中，提供了一种制造方法，其特征在于，用于制造如前所述的封严装置。

根据本发明，通过将平衡腔静子段作为一个整体而不再设置搭接式连接交界面，从而避免主流道内高温、高压气体泄漏进入平衡腔。

此外，根据本发明，通过将平衡腔静子段与承力机匣作为一个整体而不再设置搭接式交界面，从而避免主流道内高温、高压气体泄漏进入承力机匣内侧的后轴承腔外围腔；

另外，根据本发明，通过将带搭接配合的平衡腔前腔的表面作为主流道的内机匣，布置有搭接式连接交界面，从而避免主流道外机匣、内机匣与承力机匣连接过约束的情况的出现。

并且，根据本发明，通过在平衡腔前腔的搭接配合处设置密封圈、密封垫等，从而降低主流道的高温、高压气体泄漏进入平衡腔前腔的泄漏量。

进一步地，根据本发明，通过利用平衡腔前腔排气管路将平衡腔前腔的气体引出压气机试验装置外，从而降低该腔的腔内压力。

综上，主流道里的高温、高压气通过平衡腔前腔的搭接式连接交界面泄漏进入平衡腔前腔，然后通过平衡腔前腔排气管路排出压气机试验装置。由此，压气机试验装置因平衡腔的存在带来的高温气体不再泄漏至承力机匣内侧的后轴承腔外围腔，也不会提升试验装置后轴承腔的腔温，从而保障了压气机性能试验装置的安全运转。

附图说明

为了能够详细地理解本发明，可参考实施例得出上文所简要概述的本发明的更具体的描述，一些实施例在附图中示出，为了促进理解，已尽可能使用相同附图标记来标示各图所共有的相同要素。然而，应当注意，附图仅仅示出本发明的典型实施例，并且因此不应视为限制本发明的范围，因为本发明可允许其他等效实施例，在附图中：

图1是根据本发明一实施例的压气机试验装置出口段的示意性横截面图；

图2是根据本发明一实施例的压气机试验装置出口段的一部分的详细示意性横截面图；

图3是根据本发明一实施例的标有气体流动方向的压气机试验装置出口段的一部分的详细示意性横截面图。

可以预期的是，本发明的一个实施例中的要素可有利地适用于其他实施例而无需赘述。

标号说明：

1 平衡腔

2 平衡腔前腔

3 平衡腔后腔

4 轴承腔

5 主流道

6 排气段

10 转子

11 平衡腔静子段

12 搭接段

13 平衡腔前腔排气管路

14 平衡腔排气管路

15 外机匣

16 内机匣

17 前封严盘

18 平衡盘

19 承力机匣。

具体实施方式

以下通过具体实施方式来进行说明，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容清楚地了解本发明的其他优点与技术效果。此外，本发明并不限于下述具体实施方式，也可通过其他不同的实施方式加以施行或应用，并且，对于本说明书中的各项具体内容，可在不背离本发明的精神下进行各种修改与变更。

下面，基于附图对本发明的具体实施方式进行详细叙述。所列举的附图仅为简单说明，并非依实际尺寸描绘，未反应出相关结构的实际尺寸，先予叙明。为了便于理解，在各附图中使用了相同的参考标号，以指示附图中共用的相同元素。附图并未依比例绘制并且可为了清晰而被简化。一个实施例的元素及特征可有利地并入其他实施例中，而无须进一步叙述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“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保护范围的限制。

<实施例1>

以下，参照图1至图3对根据本发明的一个实施例的压气机试验装置进行说明。在本实施方式中，作为一个示例，压气机试验装置包括出口段，用于保证气体的顺利排出。

图1是根据本发明一实施例的压气机试验装置出口段的示意性横截面图。

如图1所示，作为一个示例，压气机试验装置出口段可按结构来划分成若干部分，包括平衡腔1、平衡腔前腔2、平衡腔后腔3、轴承腔4、主流道5、排气段6。平衡腔1内可充满高温、高压气体，使得转子平衡盘（未示出）获得顺气流方向的轴向力，用以平衡压气机试验装置运转时产生的逆气流流动方向的转子轴向力。为了避免出口段结构中产生过约束，需要在出口段结构中设置搭接段用于进行配合。

图2是根据本发明一实施例的压气机试验装置出口段的一部分的详细示意性横截面图。

在图2中，作为非限制性的示例，平衡腔静子段11可为构成平衡腔径向外侧静止的物理界面，以支撑获得期待的平衡腔前腔、平衡腔、平衡腔后腔的腔压分布。如图2所示，平衡腔静子段11与承力机匣19可形成为一体式结构（不设置搭接式连接交界面），以作为封严装置将平衡腔1与流道内的高温气体隔绝开来，使得高温、高压气体无法泄漏至承力机匣19内侧的轴承腔4内。此外，可通过将搭接段12设置在位于平衡腔前腔2的内机匣16处，使得外机匣15、内机匣16与平衡腔静子段11通过搭接式配合界面连接，从而避免了结构发生过约束的情况。

可选地，在内机匣16通过搭接段12与封严装置配合的位置处，设置有密封构件，该密封构件可以是密封圈、密封垫或密封胶中的一个或多个。利用该密封构件，能够降低主流道的高温、高压气体泄漏进入平衡腔前腔的泄漏量。

图3是根据本发明一实施例的标有气体流动方向的压气机试验装置出口段的一部分的详细示意性横截面图。其中，实线箭头代表气体流动方向。

如图3所示，可将搭接段12设置在位于平衡腔前腔2的内机匣16处，主流道5内的高温、高压气通过该搭接段12的表面而泄漏进入平衡腔前腔2，接着通过平衡腔前腔排气管路13被排出压气机试验装置，从而避免高温、高压气体在平衡腔前腔2内聚集。可选地，平衡腔前腔排气管路13与平衡腔静子段11和承力机匣19（即，封严装置）形成为一个整体。同时，台架（未示出）通过平衡腔进气管路通入高压气体，用于实现转子平衡功能。由于平衡腔前腔2和平衡腔后腔3的压差是能调节的，从而能够满足更高的轴向力平衡要求。

概括性地但非限制性地来说，本实施方式提出一种压气机试验装置，在该压气机试验装置中，由平衡腔静子段11与承力机匣14组成封严装置，该封严装置与内机匣16采用搭接段12配合，搭接段12位于平衡腔前腔2的内机匣16处，通过平衡腔前腔排气管路13将由主流道5泄漏至平衡腔前腔2的高温、高压气体排出压气机试验装置，从而一方面避免高温、高压气体泄漏进入平衡腔1而导致轴承腔4腔温增加，另一方面将泄漏气体通过平衡腔前腔排气管路13排出压气机试验装置来进一步地降低热传导、热辐射作用，由此，在实现了压气机试验装置平衡腔功能的同时，解决了高温气体的热管理问题。

<实施例2>

以下，对根据本发明的一个实施例的用于压气机试验装置的封严装置进行说明。

在压气机试验装置中，例如，将压气机试验装置的出口段中的平衡腔静子段和承力机匣形成为一个整体，以作为封严装置，用于避免流道内的高温、高压气体泄漏进入后承力机匣内侧的后轴承腔外围腔。

可选地，上述封严装置还进一步包括平衡腔前腔排气管路。该平衡腔前腔排气管路与承力机匣和平衡腔静子段形成为一个整体，以作为封严装置。该平衡腔前腔排气管路用于将平衡腔前腔的气体引出压气机试验装置外。

<实施例3>

以下，对根据本发明的一个实施例的用于制造在压气机试验装置中所使用的封严装置的制造方法进行说明。

在该制造方法中，例如，通过成型工艺（例如，注塑成型、粉末堆积成型、整体压制成型、挤锻成型等工艺中的一种或多种以及它们的组合）将压气机试验装置的出口段中的平衡腔静子段和承力机匣形成为一个整体（即，形成为一体式结构），从而制造得到封严装置。

可选地，上述制造方法还进一步包括将封严装置形成为具有平衡腔前腔排气管路，该平衡腔前腔排气管路用于将平衡腔前腔的气体引出压气机试验装置外。例如，通过成型工艺（例如，注塑成型、粉末堆积成型、整体压制成型、挤锻成型等工艺中的一种或多种以及它们的组合），将该平衡腔前腔排气管路与承力机匣和平衡腔静子段形成为一体式结构，从而制造得到封严装置。

以上详细描述了本发明的可选实施例。但应当理解，在不脱离本发明的广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本发明的权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种压气机试验装置，包括出口段，其特征在于，所述出口段包括：

平衡腔，该平衡腔包括平衡腔静子段；以及

平衡腔前腔，该平衡腔前腔包括承力机匣，

其中，所述承力机匣与所述平衡腔静子段形成为一个整体以作为封严装置。

2.如权利要求1所述的压气机试验装置，其特征在于，所述平衡腔前腔进一步包括内机匣和搭接段，其中，所述内机匣通过所述搭接段与所述封严装置配合。

3.如权利要求2所述的压气机试验装置，其特征在于，在所述内机匣通过所述搭接段与所述封严装置配合的位置设置有密封构件。

4.如权利要求3所述的压气机试验装置，其特征在于，所述密封构件包括密封圈、密封垫或密封胶中的一个或多个。

5.如权利要求1至4中任一项所述的压气机试验装置，其特征在于，所述平衡腔前腔进一步包括平衡腔前腔排气管路，该平衡腔前腔排气管路口将泄漏到所述平衡腔前腔的气体排出所述压气机试验装置。

6.如权利要求5所述的压气机试验装置，其特征在于，所述平衡腔前腔排气管路与所述封严装置形成为一个整体。

7.如权利要求1所述的压气机试验装置，其特征在于，所述平衡腔前腔和平衡腔后腔的压差是能调节的，所述平衡腔后腔与所述平衡腔前腔间隔着所述平衡腔定位。

8.一种封严装置，用于压气机试验装置，其特征在于，包括：

平衡腔静子段；以及

承力机匣，该承力机匣与所述平衡腔静子段形成为一个整体。

9.如权利要求8所述的封严装置，其特征在于，进一步包括平衡腔前腔排气管路，所述平衡腔前腔排气管路与所述承力机匣和所述平衡腔静子段形成为一个整体，所述平衡腔前腔排气管路将泄漏的气体排出所述压气机试验装置。

10.一种制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求8或9所述的封严装置。

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