CN113155208B - 一种适用于涡轮叶片的气体流量检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于涡轮叶片的气体流量检测装置，包括设有腔室的稳压段，稳压段前端经进气接头与供气装置连接，稳压段末端经连接结构与涡轮叶片连接，且进气接头与腔室的中心线重合，使检测气体在腔室内的流动方向正对涡轮叶片的进气口。气体流量检测装置还包括位于稳压段上且与腔室连通的测压接头，测压接头上设有测压装置。本发明设计的气体流量检测装置通用性强，能够适用不同类型涡轮叶片的检测，可以提高涡轮叶片安装密封效果，进而提高检测数据的精确性。

Description

一种适用于涡轮叶片的气体流量检测装置

技术领域

本发明属于航空发动机零部件性能检测技术领域，涉及一种适用于涡轮叶片的气体流量检测装置，气体流量检测装置适用于对航空发动机的涡轮叶片在生产及使用过程中的空气流量检测。

背景技术

涡轮工作叶片是燃气涡轮发动机中涡轮部件的重要组成部件。涡轮工作叶片内部设有多个通道，通过冷却气流在通道内流通实现涡轮叶片的降温，从而保证在高温高压的极端环境下稳定长时间工作。因此，航空发动机及燃气涡轮的涡轮叶片在生产和使用过程中均需进行空气流量检测，通过空气流量数据来判断叶片内腔的尺寸是否存在较大偏差、判断使用过程中是否造成型腔内部结构及尺寸改变。

根据涡轮叶片流量测量的技术要求，需要测量动叶不同进气腔道在不同进气压力下的空气流量。目前，国内的流量测量装置在使用过程中会出现以下问题：

1.空气流量检测装置的密封性不佳，涡轮叶片内各通道内的空气流量检测精度不高；

2.由于涡轮叶片的通道结构差异，测试装置需要更换对应叶片的安装板，使得试验装置通用性低，造成了材料成本高、测试效率低的问题。

3.受不同流道尺寸的影响，导致涡轮叶片各通道进口压力测量出现偏差。

发明内容

为了解决上述背景技术中提到的流量检测装置通用性差，检测精度低，检测效率低等问题，本发明设计了一种适用于涡轮叶片的气体流量检测装置，其通用性强，能够适用不同类型涡轮叶片的检测；可以提高涡轮叶片安装密封效果，进而提高检测数据的精确性。

实现发明目的的技术方案如下：一种适用于涡轮叶片的气体流量检测装置，包括设有腔室的稳压段，稳压段前端经进气接头与供气装置连接，稳压段末端经连接结构与涡轮叶片连接，且进气接头与腔室的中心线重合，使检测气体在腔室内的流动方向正对涡轮叶片的进气口。

其中，气体流量检测装置还包括位于稳压段上且与腔室连通的测压接头，测压接头上设有测压装置。

本发明设计的气体流量检测装置的原理是：检测气体由进气接头输入后，在稳压段以直线的形式由前端流向至末端，然后再输入涡轮叶片的待检测通道内，检测气体在稳压段的腔室及涡轮叶片待检测通道内各个位置的压力均是相同的，经测压装置即可实现气体流量的检测。

同时，在稳压段的腔室至涡轮叶片待检测通道内，检测气体的流动方向正对涡轮叶片的进气口，其能够避免甚至杜绝检测气体流动方向的变化，消除了因检测气流流动方向可能改变而产生局部损失情况，因而确保了涡轮叶片的待检测通道内的气体流量的检测准确度。

进一步的，上述腔室为各处直径d均相同的圆管直通道，且腔室的直径为

，其中d为直径；W为预估的空气流量；P为预估的空气总压。

在本发明的一个实施例中，进气接头与所述稳压段之间还设有转接段，转接段为沿进气接头至腔室的渐扩结构，且转接段与进气接头及腔室的中心线重合。

更进一步的在转接段的一种结构中，转接段为锥形管状结构，且所述锥形管状结构的小口端与所述大口端之间的水平夹角为5~7°。

进一步的，上述测压接头与稳压段末端之间的距离为稳压段直径的0.8~1.5倍。

进一步的，上述连接结构用于将涡轮叶片可拆卸安装到稳压段末端，包括供气板及涡轮叶片固定板。供气板上开设有第一通气孔，第一通气孔用于使涡轮叶片的待检测通道与腔室连通；涡轮叶片固定板上开设有涡轮叶片安装孔，涡轮叶片安装孔用于将涡轮叶片安装到涡轮叶片固定板上。

更进一步的，连接结构还包括位于供气板两面的第一密封垫及第二密封垫。

更进一步的，第一通气孔用于覆盖涡轮叶片的所有的待检测通道。

进一步的，气体流量检测装置还包括支架结构，支架结构用于支撑及固定稳压段。

更进一步的，支架结构包括前支座及后支座，前支座靠近稳压段前端，后支座位于稳压段末端处。后支座上开设有安装孔，连接结构上开设有与安装孔对应的螺栓孔，螺栓组件穿过安装孔及螺栓孔将所述连接结构固定在后支座上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明气体流量检测装置可以实现涡轮叶片全部气体通孔的总流量检测；也可以对各个气体通道分别进行检测；且其通用性强，能够对各种形状的涡轮叶片流量检测。

2.经试验结果表明，气体流量检测装置安装简易、使用快捷、涡轮叶片更换快速、气体状态优良。

3.检测气体进入气体流量检测装置内的腔体直至进入涡轮叶片的通道内的过程中，基本杜绝检测气体流动方向的变化，进而消除了因检测气流流动方向改变而产生局部损失情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中气体流量检测装置的结构示意图；

图2为具体实施方式中连接结构中供气板的示意图；

图3为具体实施方式中连接结构中涡轮叶片固定板的截面示意图；

图4为具体实施方式中支架结构的前支架示意图；

图5为具体实施方式中支架结构的后支架示意图；

其中，5.腔室；6.进气接头；7.转接段；8.前支座；9.稳压段；10.测压接头；11；长螺栓；12.后支座；12-1.安装孔；13.第一密封垫；14.供气板；14-1.第一通气孔；15.薄螺母；16.涡轮叶片固定板；16-1.涡轮叶片安装孔；17.蝶形螺母；18.第二密封垫。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

在本实施例的描述中，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。

实施例1：

本具体实施例提供了一种适用于涡轮叶片的气体流量检测装置，请参图1所示，在本实施方式中，气体流量检测装置包括进气接头6、稳压段9、连接结构、测压接头10、支架结构。

其中，如图1所示，稳压段9内设有腔室5，且稳压段前端经进气接头6与供气装置（附图未画出）连接，稳压段末端经连接结构与涡轮叶片（附图未画出）连接，且进气接头6与腔室5的中心线重合，使检测气体在腔室5内的流动方向正对涡轮叶片的进气口。

通常来说，目前的测压装置经测量后其测量的总压与静压是不相同的，。上述稳压段9内的腔室5为各处直径d均相同的圆管直通道，腔室5的直径为

，其中d为直径（mm）；W为预估的空气流量（g/s）；P为预估的空气总压（g/s）。 当腔室5的直径满足上述公式时，在测压接头上安装测量总压传感器或静压传感器，两者的测量结果是一致，其均能作为进气控制条件。

同时，在本具体实施方式中，择优选择稳压段9的长度不小于200mm，当稳压段9长度大于等于200mm时，从进气接头6（或经实施例2中进气接头6及转接段7）流入的空气能够实现最小的气动压力损失，使其均匀的分布于稳压段9内，实现稳压段9中压力均匀。

其中，连接结构用于将涡轮叶片可拆卸安装到稳压段末端，如图1所示，连接结构包括供气板14及涡轮叶片固定板16。

具体的，如图2所示，图2为供气板14的示意图，供气板14上开设有第一通气孔14-1，第一通气孔14-1用于使涡轮叶片的待检测通道与腔室5连通。在本实施例中，第一通气孔14-1的结构可以根据涡轮叶片底部且囊括所有气体通道的尺寸加工形成，可以为与涡轮叶片底部截面形状相同的孔，择优选择的，为了提高供气板14的通用性，使得供气板14可以适用于各种形状的涡轮叶片，使第一通气孔14-1为矩形孔。

具体的，如图3所述，为涡轮叶片固定板16的示意图，涡轮叶片固定板16上开设有涡轮叶片安装孔16-1，涡轮叶片安装孔16-1用于将涡轮叶片安装到涡轮叶片固定板16上，在本具体实施方式中，涡轮叶片安装孔16-1的形状与涡轮叶片底面截面形状（即涡轮叶片榫头截面形状）相同，如图3所示，在安装涡轮叶片时，将涡轮叶片由涡轮叶片安装孔16-1的大口端反向装入，即可实现涡轮叶片的安装。

在本实施例的一个优选方式中，为了实现稳压段9、连接结构、涡轮叶片三者之间的密封，避免检测气体外渗，如图1所示，使连接结构还包括位于供气板14两面的第一密封垫13及第二密封垫18。具体的，如图1所示，第一密封垫13位于稳压段9与供气板14之间，用于实现稳压段9与供气板14之间的密封，同时第一密封垫13上开设有与稳压段末端截面或第一通气孔14-1形状相同的孔。第二密封垫18位于供气板14与涡轮叶片固定板16之间，用于实现供气板14与涡轮叶片固定板16之间的密封，同时第二密封垫18粘接在供气板14上，且第二密封垫18上开设有与第一通气孔14-1形状相同且对应的第二通气孔。

在本实施例的另一个优选方式中，为了确保检测气体能够顺利的经稳压段9进入涡轮叶片的气体通道内，使第一通气孔14-1覆盖涡轮叶片的所有的待检测通道。

其中，支架结构用于支撑及固定稳压段9，避免检测气体进入稳压段9腔室5中时，因气压冲击而造成的检测装置不稳定的情况，支架结构包括前支座8及后支座12，如图4及图5所示，前支座8及后支座12上均为矩形结构，且前支座8及后支座12的中心均开设有稳压段9能够穿过的孔，实现以稳压段9的固定及支撑。

在本实施例的另一个优选方式中，如图1所示，前支座8位于靠近稳压段前端处，后支座12位于稳压段末端处。如图5所示，在后支座12上开设有安装孔12-1，且在连接结构上开设有与安装孔12-1对应的螺栓孔，螺栓组件穿过安装孔12-1及螺栓孔将连接结构固定在后支座12上，将稳压段9与连接结构的固定，实现了腔室5与涡轮叶片待检测通道的连通。具体的，如图1所示，螺栓组件包括长螺栓11、薄螺母15、蝶形螺母17，通过将薄螺母15将供气板14固定在后支座12上，通过蝶形螺母17将安装有涡轮叶片的涡轮叶片固定板16固定在供气板14上。

其中，如图1所示，测压接头10设置在稳压段9上且与腔室5连通，测压接头10上设有测压装置（附图未画出），测压装置用于对腔室5内的气流压力进行检测，同时由于涡轮叶片的被检测通道与腔室5之间是相互连通，因此被检测通道内压力数据与腔室5内的压力是相同的。

其中，上述测压接头10与稳压段末端之间的距离为稳压段直径的0.8~1.5倍，择优选的，为了准确反映靠近稳压段末端（即涡轮叶片的待检测通道）处的空气流量，同时为了避免因伸入腔室5内的检测装置（如探针）对气流遮挡而造成气体流向发生略微改变后不能恢复至直线状态，进而影响涡轮叶片的待检测通道的空气流量的准确度，本实施例择优选择测压接头10与稳压段末端之间的距离为稳压段直径的1.5倍，例如，当稳压段9的直径为50mm时，其测压接头10与稳压段末端之间的距离约为40mm~75mm。

本发明设计的气体流量检测装置的原理是：检测气体由进气接头输入后，在稳压段以直线的形式由前端流向至末端，然后再输入涡轮叶片的待检测通道内，检测气体在稳压段的腔室5及涡轮叶片待检测通道内各个位置的压力均是相同的，经测压装置即可实现气体流量的检测。同时，在稳压段的腔室5至涡轮叶片待检测通道内，检测气体的流动方向偏差为零，其能够避免甚至杜绝检测气体流动方向的变化，消除了因检测气流流动方向可能改变而产生局部损失情况，因而确保了涡轮叶片的待检测通道内的气体流量的检测准确度。

以下对涡轮叶片的总气体流量及各个通气道的流量的检测进行说明：

首先，将气体流量检测装置与供气装置及测压装置连接：将供气装置的供气管与气体流量检测装置的进气接头6连接；将测压装置安装到测压接头10上；将长螺栓11安装在后支座12的安装孔内，通过薄螺母15将第一密封垫13、供气板14固定在后支座12上；

其次，对涡轮叶片总气体流量的检测：将涡轮叶片安装到涡轮叶片固定板16上，通过蝶形螺母17将涡轮叶片固定板16固定到供气板14上；供气装置供气，测压装置进行检测并采集数据，涡轮叶片总气体流量检测完成，将安装有涡轮叶片的涡轮叶片固定板16取下。

然后，对涡轮叶片各个待检测通道的气体流量的检测：将除待检测通道外的其余通道通过封堵件封堵后，将安装有涡轮叶片的涡轮叶片固定板16重新固定到供气板14上，通过供气装置供气，测压装置进行检测并采集数据；重复此步骤，直至所有的待检测通道均完成即可。

实施例2：

本具体实施例的气体流量检测装置是在实施例1的基础上进行改进的，如图1所示，气体流量检测装置还包括位于进气接头6与稳压段9之间的转接段7。

具体的，当进气接头6的进气口直径与腔室5的直径差距较大时，检测气体由进气接头6进入腔室5时，检测气体与腔室5内壁之间的接触角度大，可能因检测气流流动方向发生改变而出现局部损失情况，进而影响检测结果，因此通过在沿进气接头6至腔室5方向设置渐扩结构7，使得检测气体能够无耗的进入腔室5内。

在本实施例的另一个优选方式中，转接段7与进气接头6及腔室5的中心线重合。

在本实施例的另一个优选方式中，转接段7为锥形管状结构，且锥形管状结构的小口端与大口端之间的水平夹角为5~7°。

本具体的实施方式的气体流量检测装置的原理及检测过程与实施例1中的相同，在此不再进行赘述。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种适用于涡轮叶片的气体流量检测装置，其特征在于：包括设有腔室的稳压段，稳压段前端经进气接头与供气装置连接，稳压段末端经连接结构与涡轮叶片连接，且所述进气接头与所述腔室的中心线重合，使检测气体在所述腔室内的流动方向正对涡轮叶片的进气口；

所述连接结构用于将所述涡轮叶片可拆卸安装到所述稳压段末端，包括供气板及涡轮叶片固定板；所述供气板上开设有第一通气孔，所述第一通气孔用于使涡轮叶片的待检测通道与腔室连通，所述第一通气孔用于覆盖所述涡轮叶片的所有的待检测通道；所述涡轮叶片固定板上开设有涡轮叶片安装孔，所述涡轮叶片安装孔用于将所述涡轮叶片安装到所述涡轮叶片固定板上；

气体流量检测装置还包括位于所述稳压段上且与所述腔室连通的测压接头，所述测压接头上设有测压装置。

2.根据权利要求1所述的气体流量检测装置，其特征在于：所述腔室为各处直径d均相同的圆管直通道，且所述腔室的直径为

，其中d为直径；W为预估的空气流量；P为预估的空气总压。

3.根据权利要求1或2所述的气体流量检测装置，其特征在于：所述进气接头与所述稳压段之间还设有转接段，所述转接段为沿所述进气接头至所述腔室的渐扩结构，且所述转接段与所述进气接头及所述腔室的中心线重合。

4.根据权利要求3所述的气体流量检测装置，其特征在于：所述转接段为锥形管状结构，且所述锥形管状结构的小口端与大口端之间的水平夹角为5~7°。

5.根据权利要求1所述的气体流量检测装置，其特征在于：所述测压接头与所述稳压段末端之间的距离为所述稳压段直径的0.8~1.5倍。

6.根据权利要求1所述的气体流量检测装置，其特征在于：所述连接结构还包括位于所述供气板两面的第一密封垫及第二密封垫。

7.根据权利要求1所述的气体流量检测装置，其特征在于：气体流量检测装置还包括支架结构，所述支架结构用于支撑及固定所述稳压段。

8.根据权利要求7所述的气体流量检测装置，其特征在于：所述支架结构包括前支座及后支座，所述前支座靠近稳压段前端，所述后支座位于所述稳压段末端处；

所述后支座上开设有安装孔，所述连接结构上开设有与所述安装孔对应的螺栓孔，螺栓组件穿过所述安装孔及所述螺栓孔将所述连接结构固定在所述后支座上。

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