CN114136645A - 一种用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置 - Google Patents

一种用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，属于航空发动机及燃气轮机技术领域，设置于涡轮试验器进气机匣和排气机匣之间，装置包括依次连接的前机匣、测量段和后机匣，前机匣与进气机匣连接，后机匣与排气机匣连接；装置还包括位于前机匣、测量段和后机匣内部的旋转轴组件；前机匣进口、前机匣出口和测量段分别设有可旋转的测量截面，各测量截面上设有总温总压探针，各测量截面通过可旋转部件与旋转轴组件连接，通过旋转轴组件的转动带动总温总压探针旋转。通过本申请的处理方案，可在较高负载下实现360°全流场测量，提高了试验器主流道进口流场特性的分析和评价的准确性。

Description

一种用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置
技术领域
本申请涉及航空发动机及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置。
背景技术
目前，在航空发动机及燃气轮机涡轮部件试验器调试时，需对试验进口条件进行考核，评价进口流场特性是否满足试验器设计要求。
针对进口流场测量问题，国内试验器在进行调试时，大多采用局部旋转(扇区)的测量机构，无法对360°全流场进行测量，传动方式一般采用推杆方式，其可承受的扭矩较小，在较高的负载(高温、高压、大流量)下，测量机构容易卡滞。
而目前国内在建或者规划的涡轮试验台进口指标不断提高，对进口流场测量提出了更高的需求，故需要一种在高负载下进行流场测量的可靠机构。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，至少部分解决现有技术中存在的无法对360°全流场进行测量的问题。
本申请实施例提供一种用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，设置于涡轮试验器进气机匣和排气机匣之间，所述装置包括依次连接的前机匣、测量段和后机匣，所述前机匣与所述进气机匣连接，所述后机匣与所述排气机匣连接；所述装置还包括位于所述前机匣、测量段和后机匣内部的旋转轴组件；
前机匣进口、前机匣出口和测量段分别设有可旋转的测量截面，各所述测量截面上设有总温总压探针，各所述测量截面通过可旋转部件与所述旋转轴组件连接，通过所述旋转轴组件的转动带动所述总温总压探针旋转。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述旋转轴组件包括旋转轴，以及套设在所述旋转轴上的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承位于与所述测量段的后段内环连接的前支撑盘上，所述第二轴承位于与所述后机匣连接的后支撑盘上。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述可旋转部件包括前旋转机匣和后旋转机匣，所述前机匣进口的测量截面通过所述前旋转机匣与所述旋转轴的前端连接，所述前机匣出口的测量截面和测量段的测量截面通过所述后旋转机匣与所述旋转轴的中部连接。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述旋转轴为空心结构，所述总温总压探针的测量引线通过所述空心结构穿出。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述可旋转部件上设有穿线孔，所述穿线孔用于使所述总温总压探针的测量引线穿出。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，各所述可旋转的测量截面与静止机匣之间采用篦齿封严。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述后旋转机匣与所述前支撑盘构成封严腔，所述前支撑盘和所述后支撑盘之间设有封严引气管，所述封严引气管用于给所述封严腔提供封严冷气。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述测量段的外环上设置有附面层探针和多孔方向探针。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述后机匣的外环上设有第一冷气接口，所述第一冷气接口用于降低所述测量段出口的气流温度。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述后机匣的内环上设有第二冷气接口，所述第二冷气接口用于降低所述测量段出口的气流温度。
有益效果
本申请实施例中的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，相比现有常用的测量装置，通过设置可旋转的测量截面，可在较高负载下实现360°全流场测量，通过在后机匣外环上设置附面层探针及多孔方向探针，实现附面层特性和气流角度的测量，实现了准确分析和评价试验器主流道进口流场特性的目的。
本申请由于采用了直驱的设计方式，传动可靠，可承受较大的扭矩，在较大负载的涡轮试验器亦可进行进口流场测量，故本装置适应范围更宽，可满足绝大多数涡轮试验器流场测量的需求。
如需在较高的进口温度下使用，设计测量装置时旋转机匣与静止机匣之间篦齿的轴向和径向间隙调整合适，则不易出现卡滞问题，提高了装置的可靠性及试验的有效性，有效节省了试验成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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它的附图。
图1为根据本发明一实施例的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置的纵向剖面结构图；
图2为根据本发明一实施例的图1的Ⅰ局部放大图；
图3为根据本发明一实施例的图2的A向视图；
图4为根据本发明一实施例的图2的Ⅱ局部放大图。
图中：1、前机匣，2、测量段，3、后机匣，4、第一冷气接口，5、第二冷气接口，6、前旋转机匣，7、后旋转机匣，8、前支撑盘，9、后支撑盘，10、圆柱滚子轴承，11、深沟球轴承，12、旋转轴，13、第一穿线孔，14、第二穿线孔，15、第三穿线孔，16、封严环，17、封严腔，18、封严引气管，19、静止机匣，20、矩形篦齿，21、总温总压探针。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供了一种用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，设置于涡轮试验器进气机匣和排气机匣之间，具体结构参照图1-4所示，装置包括依次连接的前机匣1、测量段2和后机匣3，前机匣1与进气机匣连接，后机匣3与排气机匣连接；装置还包括贯穿在前机匣1、测量段2和后机匣3内部的旋转轴组件。
前机匣1进口、前机匣1出口和测量段2分别设有可旋转的测量截面，测量截面位于各部位的内环上，分别对应为A1-A1截面、A2-A2截面和A3-A3截面，各测量截面上设有总温总压探针21，总温总压探针21在每个测量截面上均匀布置，具体数量可根据测量情况进行调整。各测量截面通过可旋转部件与旋转轴组件连接，通过旋转轴组件的转动带动总温总压探针21旋转。
更为具体的，旋转轴组件包括旋转轴12，以及套设在旋转轴12上的第一轴承和第二轴承，旋转轴12共设置两个支点，分别为前支撑盘8和后支撑盘9，第一轴承位于与测量段2的后段内环连接的前支撑盘8上，第二轴承位于与后机匣3连接的后支撑盘9上。
优选的，第一轴承为圆柱滚子轴承10，第二轴承为深沟球轴承11。
进一步的，可旋转部件包括前旋转机匣6和后旋转机匣7，位于前机匣1进口的测量截面(A1-A1截面)通过前旋转机匣6与旋转轴12的前端连接，位于前机匣1出口的测量截面(A2-A2截面)和测量段2的测量截面(A3-A3截面)通过后旋转机匣7与旋转轴12的中部连接。
更为具体的，可旋转部件上设有穿线孔，穿线孔用于使总温总压探针的测量引线穿出，如图1所示的，前旋转机匣6和后旋转机匣7上分别设有第二穿线孔14和第三穿线孔15，以及旋转轴12为空心结构，旋转轴12的前端内部设有封严环16，总温总压探针21的测量引线经过穿线孔后再通过空心结构穿出。
具体的，A1-A1截面的探针测试管线直接从旋转轴12中穿出，A2-A2截面探针测试管线先穿过第一穿线孔13，再穿过第二穿线孔14，最后从旋转轴12中穿出，A3-A3截面探针测试管线先穿过第三穿线孔15，再穿过第二穿线孔14，最后从旋转轴12中穿出。第一穿线孔13、第二穿线孔14、第三穿线孔15和封严环16均用密封胶封堵。
在一个优选的实施例中，可旋转的测量截面与静止机匣19之间采用篦齿封严，优选的，篦齿封严采用矩形篦齿20，参照图4。需要说明的是，各可旋转的测量截面和与其相接的内环静止部分均可采用篦齿封严，例如前机匣前端的A1-A1截面所在的内环和与其相接的内环静止部分采用篦齿封严。篦齿封严既满足封严需求，又留有足够的热变形空间。
进一步的，后旋转机匣7与前支撑盘8构成封严腔17，由于圆柱滚子轴承10和深沟球轴承11无法完全封严，封严腔17需供应封严冷气，因此，前支撑盘8和后支撑盘9之间设有封严引气管18，封严引气管18用于给封严腔17提供封严冷气。
进一步的，测量段2的外环上设置有附面层探针和多孔方向探针，分别位于测量段2的外环上的A4-A4截面和A5-A5截面处。
优选的，后机匣3的外环上设有第一冷气接口4，第一冷气接口4用于降低测量段2出口的气流温度。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，后机匣3的内环上设有第二冷气接口5，第二冷气接口5用于降低测量段2出口的气流温度。
由上述实施例可知，本发明的基本设计思想是在涡轮试验器进气机匣和排气机匣之间设置一个进排气转接段，转接段分为前机匣1、测量段2和后机匣3构成的转接段，在转接段上加装一个360°可旋转内机匣(可旋转部件)。
其中，前机匣1和后机匣3除起到前后连接的作用，还为旋转内机匣提供支撑。旋转机匣通过支撑盘与旋转轴组件相连，旋转机匣上安装总温总压探针21，以测量进口温度场和压力场，旋转轴12为空心轴，并可实现周向360°旋转，旋转机匣与静止机匣19之间采用篦齿封严。
考虑到支撑盘前后压差基本一致，整个旋转轴组件轴向受力较小，并且为方便轴系安装，故轴系设置两个支点，其中一个为圆柱滚子轴承，另一个为深沟球轴承。旋转轴12末端可搭载驱动装置，驱动轴系360°旋转，从而实现全流场测量。
旋转机匣上的总温总压探针21的测试管线穿过穿线孔，从空心的旋转轴12中穿出。穿线孔均采用密封胶封死，确保各封严腔不漏气，为方便穿线，空心的旋转轴12内径较大，故在空心的旋转轴12一侧需安装一对可拆卸的金属半环，半环内径相较所有测试管线直径略大，用于旋转轴12封严。而每个轴承处采取软密封的方式，在不影响轴系转动的同时减少轴承漏气，同时测量段2需独立供应封严气，确保篦齿封严。
另在测量段2外环加装附面层探针和多孔方向探针，可对主流道附面层特性及气流角度进行测量。
旋转测量截面可根据实际需求设置一个或多个，例如可在前机匣1进口(进气机匣出口)增加一个测量截面，测量设备接口处流场分布情况，亦可在前机匣1出口增加一个测量截面，测量前机匣导流支板对流场分布的影响。
当进行加温流场测量时，转接段可选用耐高温的材料，轴承亦选用耐高温的材质，同时根据需要对前机匣1和后机匣3增加气冷措施。
本发明提供的实施例，可在较高负载下实现360°全流场测量、附面层特性及气流角度测量，实现准确分析和评价试验器主流道进口流场特性的目的。采用了直驱的设计方式，传动可靠，可承受较大的扭矩，在较大负载的涡轮试验器亦可进口流场测量，故其适应范围很宽，可满足绝大多数涡轮试验器流场测量的需求。
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权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，设置于涡轮试验器进气机匣和排气机匣之间，其特征在于，所述装置包括依次连接的前机匣、测量段和后机匣，所述前机匣与所述进气机匣连接，所述后机匣与所述排气机匣连接；所述装置还包括位于所述前机匣、测量段和后机匣内部的旋转轴组件；
前机匣进口、前机匣出口和测量段分别设有可旋转的测量截面，各所述测量截面上设有总温总压探针，各所述测量截面通过可旋转部件与所述旋转轴组件连接，通过所述旋转轴组件的转动带动所述总温总压探针旋转。
2.根据权利要求1所述的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，其特征在于，所述旋转轴组件包括旋转轴，以及套设在所述旋转轴上的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承位于与所述测量段的后段内环连接的前支撑盘上，所述第二轴承位于与所述后机匣连接的后支撑盘上。
3.根据权利要求2所述的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，其特征在于，所述可旋转部件包括前旋转机匣和后旋转机匣，所述前机匣进口的测量截面通过所述前旋转机匣与所述旋转轴的前端连接，所述前机匣出口的测量截面和测量段的测量截面通过所述后旋转机匣与所述旋转轴的中部连接。
4.根据权利要求2所述的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，其特征在于，所述旋转轴为空心结构，所述总温总压探针的测量引线通过所述空心结构穿出。
5.根据权利要求1所述的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，其特征在于，所述可旋转部件上设有穿线孔，所述穿线孔用于使所述总温总压探针的测量引线穿出。
6.根据权利要求1所述的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，其特征在于，各所述可旋转的测量截面与静止机匣之间采用篦齿封严。
7.根据权利要求3所述的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，其特征在于，所述后旋转机匣与所述前支撑盘构成封严腔，所述前支撑盘和所述后支撑盘之间设有封严引气管，所述封严引气管用于给所述封严腔提供封严冷气。
8.根据权利要求1所述的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，其特征在于，所述测量段的外环上设置有附面层探针和多孔方向探针。
9.根据权利要求1所述的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，其特征在于，所述后机匣的外环上设有第一冷气接口，所述第一冷气接口用于降低所述测量段出口的气流温度。
10.根据权利要求9所述的用于涡轮部件试验器的进口流场测量装置，其特征在于，所述后机匣的内环上设有第二冷气接口，所述第二冷气接口用于降低所述测量段出口的气流温度。
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