CN112378369A - 一种电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机设计技术领域，特别涉及一种电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，包括角度传感器、机械角度传递组件以及数字集成显示器；机械角度传递组件包括：与角度传感器固定的连接支架；联轴器，设在连接支架中，并与角度传感器连接；连接座，与连接支架连接，并设有弧形通槽；定位臂，其一端从弧形通槽伸入连接座中；转接轴，固定在定位臂一端的转接孔中，且顶端与联轴器固定；定位螺钉，设置在定位臂另一端的定位螺钉孔中；摇臂转接段，与连接座固定；定位芯轴，设置在连接座以及摇臂转接段内腔中。本申请的角度测量装置，能够提高VSV角度测量精度，可应用于航空发动机和燃气轮机高压压气机静子角度测量和标定。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机设计技术领域，特别涉及一种电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置。
背景技术
冷态工况下航空发动机压气机可调静子叶片级间角度(VSV角度)测量的意义是在发动机/试验件具体的硬件条件下实现预定的角度控制规律，对控制发动机性能具有很大的实用价值，对保证和改善发动机的工作稳定性，防止高压压气机出现喘振或失效具有很重要的意义。
目前，现有的发动机VSV角度测量使用的是机械式VSV角度测量设备，利用机械式角度表，通过挠性连接结构传递角度的变化，从而实现VSV角度的测量。
但是，机械式VSV角度测量设备角度测量误差较大，主要体现在机械式角度表需要通过人为进行读数，引入了人为误差；机械式VSV角度测量设备的结构特点，引进了零件加工和配合误差；机械式VSV角度测量前无设备标定过程，无法保证测量的可靠性和稳定性。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置。
本申请公开了一种电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，包括角度传感器、机械角度传递组件以及数字集成显示器，角度传感器设置在机械角度传递组件上并通过线路与数字集成显示器连接；
其中，所述机械角度传递组件包括：
呈筒状的连接支架，所述连接支架的顶端与所述角度传感器的外壳固定连接，所述角度传感器的转动轴由上至下伸入所述连接支架的内腔中；
联轴器，设置在所述连接支架的内腔中，其顶端与所述角度传感器的转动轴固定连接；
呈筒状的连接座，所述连接座的轴向顶端固定连接至所述连接支架的轴向底端，其中，在所述连接座侧壁上沿周向设置有弧形通槽；
定位臂，所述定位臂包括第一连接段和第二连接段，所述第一连接段的一端沿所述连接座的径向方向从所述连接座的弧形通槽处水平伸入到所述连接座内腔中，从所述第一连接段的另一端沿背向所述连接支架方向弯折预定角度后，延伸形成所述第二连接段，且所述第二连接段的远离所述第一连接段的一端上，设置有定位螺钉孔，另外，在伸入到所述连接座内腔中的所述第一连接段上设置有转接孔；
转接轴，贯穿设置在所述连接支架以及所述连接座的内腔中，且所述转接轴的轴心线与所述连接支架以及所述连接座的轴心线重合，其中，所述转接轴的底端设置在所述第一连接段的转接孔中，并通过定位臂锁紧螺钉进行固定，其顶端固定连接至所述联轴器的底端；
定位螺钉，设置在所述第二连接段的定位螺钉孔中，其底端与静子叶片外端螺纹相适配；
呈筒状的摇臂转接段，其顶端与所述连接座的底端同轴固定连接，其底端用于与发动机摇臂连接；
定位芯轴，同轴固定设置在所述连接座以及所述摇臂转接段内腔中，其底端与静子叶片外端螺纹相适配。
根据本申请的至少一个实施方式，所述的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置还包括角度标定组件，用于在角度测量前，对由角度传感器、机械角度传递组件以及数字集成显示器构成的设备组件进行角度标定；
其中，所述角度标定组件包括：
角度标定板，其上设置有支架固定孔以及多个标定孔；
标定支架，其通过底端固定设置在支架固定孔中，其顶端能够与所述定位芯轴的底端固定连接；
标定销，能够替换定位螺钉以设置在所述第二连接段的定位螺钉孔中，再与所述角度标定板的对应标定孔固定连接；
其中，所述定位臂的第二连接段能够绕第一连接段的转接孔转动一定角度，在转动过程中，所述第二连接段的定位螺钉孔在所述角度标定板上表面的投影呈弧形，多个标定孔则均匀分布在该弧形的投影上。
根据本申请的至少一个实施方式，相邻两个标定孔之间的圆心角度为15°。
根据本申请的至少一个实施方式，所述联轴器为弹性联轴器。
根据本申请的至少一个实施方式，所述连接座的轴向顶端与所述连接支架的轴向底端通过螺栓固定连接。
根据本申请的至少一个实施方式，所述定位螺钉孔为条形孔，并沿所述第二连接段长度方向延伸。
根据本申请的至少一个实施方式，所述转接轴通过轴承设置在所述连接支架以及所述连接座的内腔中。
根据本申请的至少一个实施方式，所述摇臂转接段底端设计为梯形槽连接形式与发动机摇臂连接。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，基于电学原理角度测量，以电子式代替机械式，大大提高了VSV角度测量精度，同时通过测量前对测量设备进行标定，提高了测量的稳定性，可应用于航空发动机和燃气轮机高压压气机静子角度测量和标定。
附图说明
图1是本申请电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置的组成图；
图2是本申请电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置中机械角度传递组件的结构剖视图；
图3是本申请电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置使用状态图；
图4是本申请电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置中角度标定组件使用状态图；
图5是本申请电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置中角度标定组件的角度标定板结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
需要理解的是，在本申请的描述中可能涉及到的技术术语，例如“中心”、“纵向”、“横向”、“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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。
本申请针对航空发动机压气机可调静子叶片级间角度(VSV角度)的测量，提供一种电子式航空发动机VSV角度测量装置，采用机械定位、传感器测量、数字显示，提高VSV角度测量精度。
下面结合附图1-图5对本申请的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置做进一步详细说明。
本申请公开了一种电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，包括角度传感器1、机械角度传递组件2以及数字集成显示器3，角度传感器1设置在机械角度传递组件2上并通过线路与数字集成显示器3连接，数字集成显示器3主要是将角度信号转换成数字信号输出。
其中，机械角度传递组件2可以包括零件连接支架5、联轴器6、转接轴7、轴承8、定位臂锁紧螺钉9、连接座10、摇臂转接段11、定位芯轴12、定位臂13和定位螺钉14。
具体的，连接支架5呈筒状的，其顶端与角度传感器1的外壳通过螺栓连接，角度传感器1的转动轴由上至下伸入连接支架5的内腔中。
联轴器6设置在连接支架5的内腔中，其顶端与角度传感器1的转动轴固定连接。在一些实施例中，优选联轴器6为弹性联轴器，采用弹性联轴器连接结构消除了因安装偏差产生的轴向和径向误差。
连接座10呈筒状，其轴向顶端固定连接至连接支架5的轴向底端，其中，在连接座10侧壁上沿周向设置有弧形通槽。具体的，连接座10的轴向顶端与连接支架5的轴向底端通过螺栓固定连接。
定位臂13包括第一连接段和第二连接段，第一连接段的一端沿连接座10的径向方向从连接座10的弧形通槽处水平伸入到连接座10内腔中；且在伸入到连接座10内腔中的第一连接段上设置有转接孔。另外，从第一连接段的另一端沿背向连接支架5方向(即图2中斜下方向)弯折预定角度后(具体角度根据使用情况而定)，延伸形成为第二连接段；并且，在第二连接段的远离第一连接段的一端上，设置有定位螺钉孔。
转接轴7贯穿设置在连接支架5以及所述连接座10的内腔中，且转接轴7的轴心线与连接支架5以及连接座10的轴心线重合；其中，转接轴7的底端设置在第一连接段的转接孔中，并通过定位臂锁紧螺钉9进行固定，其顶端固定连接至联轴器6的底端。进一步的，在一些优选实施例中，优选转接轴7通过轴承8设置在连接支架5以及连接座10的内腔中。
定位螺钉14设置在第二连接段的定位螺钉孔中，其底端与静子叶片15外端螺纹相适配。进一步的，在一些优选实施例中，优选定位螺钉孔为条形孔，并沿第二连接段长度方向延伸，从而使得定位螺钉14可在定位臂13的定位螺钉孔内移动以适应不同跨距的安装形式。
摇臂转接段11呈筒状，其顶端与连接座10的底端同轴固定连接，其底端用于与发动机摇臂16连接；进一步的，在一些优选实施例中，优选摇臂转接段11底端设计为梯形槽连接形式与发动机摇臂16连接，以消除可拆卸零件间的装配误差引起的角度测量误差。
定位芯轴12同轴固定设置在连接座10以及摇臂转接段11内腔中，其底端与静子叶片15外端螺纹相适配；其中，定位芯轴12的底端以及定位螺钉14能够分别与一定跨度的静子叶片15外端螺纹相连，并且，整个组件由定位螺钉14和定位芯轴12进行定位和固定。
进一步，如图1和图4所述，本申请的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，还可以包括角度标定组件4；角度标定组件4用于在角度测量前，对由角度传感器1、机械角度传递组件2以及数字集成显示器3构成的设备组件进行角度标定。
具体的，角度标定组件4可以包括角度标定板18、标定支架19以及标定销17。
角度标定板18上设置有支架固定孔以及多个标定孔；标定支架19通过底端固定设置在支架固定孔中，其顶端能够与定位芯轴12的底端固定连接；标定销17能够替换定位螺钉14以设置在第二连接段的定位螺钉孔中，再与角度标定板18的对应标定孔固定连接。
其中，定位臂13的第二连接段能够绕第一连接段的转接孔转动一定角度，在转动过程中，第二连接段的定位螺钉孔在所述角度标定板18上表面的投影呈弧形，多个标定孔则均匀分布在该弧形的投影上。进一步的，在一些优选实施例中，如图5所示，优选标定孔的数量为7个，相邻两个标定孔之间的圆心角度为15°。
本申请的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置的具体使用步骤如下：
步骤一：
进行角度测量前，首先将角度传感器1和机械角度传递组件2安装在角度标顶组件4上，连接数字集成显示器3，通过角度标顶板上的角度孔对测量设备的角度测量进行标定，如果显示角度合格则进行后续工作，如果角度不合格，则需要将测量设备送专业校准单位进行校准。
步骤二：
将角度传感器1和机械角度传递组件2安装在航空发动机高压压气机的相应位置上，定位芯轴12和定位螺钉14分别以一定跨度的静子叶片15外端螺纹相连，摇臂转接段11与发动机摇臂16连接。连接数字集成显示器3，将压气机静子叶片调到零位，此时将数字集成显示器3置零。
步骤三：
发动机压气机静子叶片15从零位开始旋转时，发动机摇臂通过摇臂转接段11带动连接座10、连接支架5和角度传感器1外壳旋转，此时角度传感器1的轴心不动，因此角度传感器1外壳和轴心形成的夹角即为压气机静子叶片15的旋转角度，该角度通过数字集成显示器3以数字形式显示出来。
步骤四：
将发动机压气机静子叶片15从零位开始左右旋转，再恢复到零位，检查数字集成显示器3的读数是否归零，如果读数归零则可以进行VSV角度的测量和标定，如果不归零说明测量设备安装或发动机本身存在问题，应排除故障后再进行VSV角度的测量和标定。
综上所述，本申请的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，基于电学原理角度测量，以电子式代替机械式，大大提高了VSV角度测量精度，同时通过测量前对测量设备进行标定，提高了测量的稳定性，可应用于航空发动机和燃气轮机高压压气机静子角度测量和标定。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，其特征在于，包括角度传感器(1)、机械角度传递组件(2)以及数字集成显示器(3)，角度传感器(1)设置在机械角度传递组件(2)上并通过线路与数字集成显示器(3)连接；
其中，所述机械角度传递组件(2)包括：
呈筒状的连接支架(5)，所述连接支架(5)的顶端与所述角度传感器(1)的外壳固定连接，所述角度传感器(1)的转动轴由上至下伸入所述连接支架(5)的内腔中；
联轴器(6)，设置在所述连接支架(5)的内腔中，其顶端与所述角度传感器(1)的转动轴固定连接；
呈筒状的连接座(10)，所述连接座(10)的轴向顶端固定连接至所述连接支架(5)的轴向底端，其中，在所述连接座(10)侧壁上沿周向设置有弧形通槽；
定位臂(13)，所述定位臂(13)包括第一连接段和第二连接段，所述第一连接段的一端沿所述连接座(10)的径向方向从所述连接座(10)的弧形通槽处水平伸入到所述连接座(10)内腔中，从所述第一连接段的另一端沿背向所述连接支架(5)方向弯折预定角度后，延伸形成所述第二连接段，且所述第二连接段的远离所述第一连接段的一端上，设置有定位螺钉孔，另外，在伸入到所述连接座(10)内腔中的所述第一连接段上设置有转接孔；
转接轴(7)，贯穿设置在所述连接支架(5)以及所述连接座(10)的内腔中，且所述转接轴(7)的轴心线与所述连接支架(5)以及所述连接座(10)的轴心线重合，其中，所述转接轴(7)的底端设置在所述第一连接段的转接孔中，并通过定位臂锁紧螺钉(9)进行固定，其顶端固定连接至所述联轴器(6)的底端；
定位螺钉(14)，设置在所述第二连接段的定位螺钉孔中，其底端与静子叶片(15)外端螺纹相适配；
呈筒状的摇臂转接段(11)，其顶端与所述连接座(10)的底端同轴固定连接，其底端用于与发动机摇臂(16)连接；
定位芯轴(12)，同轴固定设置在所述连接座(10)以及所述摇臂转接段(11)内腔中，其底端与静子叶片(15)外端螺纹相适配。
2.根据权利要求1所述的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，其特征在于，还包括角度标定组件(4)，用于在角度测量前，对由角度传感器(1)、机械角度传递组件(2)以及数字集成显示器(3)构成的设备组件进行角度标定；
其中，所述角度标定组件(4)包括：
角度标定板(18)，其上设置有支架固定孔以及多个标定孔；
标定支架(19)，其通过底端固定设置在支架固定孔中，其顶端能够与所述定位芯轴(12)的底端固定连接；
标定销(17)，能够替换定位螺钉(14)以设置在所述第二连接段的定位螺钉孔中，再与所述角度标定板(18)的对应标定孔固定连接；
其中，所述定位臂(13)的第二连接段能够绕第一连接段的转接孔转动一定角度，在转动过程中，所述第二连接段的定位螺钉孔在所述角度标定板(18)上表面的投影呈弧形，多个标定孔则均匀分布在该弧形的投影上。
3.根据权利要求2所述的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，其特征在于，相邻两个标定孔之间的圆心角度为15°。
4.根据权利要求2所述的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，其特征在于，所述联轴器(6)为弹性联轴器。
5.根据权利要求2所述的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，其特征在于，所述连接座(10)的轴向顶端与所述连接支架(5)的轴向底端通过螺栓固定连接。
6.根据权利要求2所述的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，其特征在于，所述定位螺钉孔为条形孔，并沿所述第二连接段长度方向延伸。
7.根据权利要求2所述的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，其特征在于，所述转接轴(7)通过轴承(8)设置在所述连接支架(5)以及所述连接座(10)的内腔中。
8.根据权利要求2所述的电子式航空发动机可调静子叶片级间角度测量装置，其特征在于，所述摇臂转接段(11)底端设计为梯形槽连接形式与发动机摇臂(16)连接。
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