CN115524111B - 一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及装备制造领域，具体是制造产品的性能测试领域，尤其涉及一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构，包括机架，机架通过转动装置连接转动架，并使转动架在X轴上转动设定角度和持续设定时间，转动架上通过转动装置连接储油罐，并使储油罐在Y轴上转动设定角度和持续设定时间；两个转动装置均包含转动电机和减速器，减速器输出端的转动轴与转动架或储油罐连接；通过两个转动装置能够使油气分离器在X轴和Y轴上转动设定角度并持续设定时间，进而能够模拟出油气分离器在航空过程中的瞬时姿态，如此可以测试出油气分离器在动态过程中的油气分离效果。

Description

一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构

技术领域

本发明涉及装备制造领域，尤其涉及一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构。

背景技术

航空发动机的润滑系统需要用到油液分离器，所采用的油液分离器为三相涡流分流器，用于将混合的润滑介质中的滑油、空气和金属磨屑进行分离，然而航空发动机的油液分离器要求高，具体性能要求如下：

油气分离器应能够将回油中的空气分离并排除至通风管，空气输出效率应不低于98%；

油气分离器应能够将回油中的滑油分离并输出到油箱，滑油分离效率应不低于90%；

分离器应保证从0.05mg（约500um×500um×25um）到0.13mg（约762um×762um×25um）范围的铁磁性颗粒分离效率不低于70%；从0.13mg（约762um×762um×25um）到0.8mg（约1000um×1000um×100um）范围的铁磁性颗粒，分离效率不低于85%。

油气分离器分离出的空气会携带部分滑油，刚好用于航空发动机的油封，而分离出的滑油则是用于循环使用，航空发动机在运作时，由于齿轮等传动件的运动必然会出现磨损，因此润滑油中必然会出现金属磨屑，油气分离器需要对滑油中的金属磨屑进行分离，确保再次使用的油液的金属颗粒含量少，不会影响到航空发动机的运行。

针对航空发动机的三相涡流分离器的高要求，在进行生产、使用或者更换时，需要对其性能进行测试，目前的油液分离器大多是进行油液分离，因此测试时也是进行油液分离测试，基本上是将油液分离器安装在固定平台上，然后再进行油液分离试验，然而，航空发动机机的油液分离器是需要进行三相分离，在分离时需要将金属磨屑分离出来，而分离出来的金属磨屑经过磁铁从分离器的边缘吸附出，达到一定含量时，则通过点火燃烧的方式时金属磨削燃烧成不具有磁性的小颗粒（四氧化三铁或氧化铁），三相涡流分离器在飞机上进行使用时，是具有一定的姿态，因此在进行测试时，也需要要考虑到姿态，然而现有的油液分离器测试结构并不具备这种功能，因此亟需设计一种能够能够使三相分离器及储油罐模拟飞行姿态的姿态模拟机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构，能够模拟出油气分离器在航空过程中的瞬时姿态，如此可以对油气分离器的分离性能得到更为精准的测试效果。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构，包括机架，机架通过转动装置连接转动架，并使转动架在X轴上转动设定角度和持续设定时间，转动架上通过转动装置连接储油罐，并使储油罐在Y轴上转动设定角度和持续设定时间；储油罐上固定安装有三相涡流分离器，两个转动装置均包含转动电机和减速器，减速器输出端的转动轴与转动架或储油罐连接。

通过两个转动装置能够使油气分离器在X轴和Y轴上转动设定角度并持续设定时间，进而能够模拟出油气分离器在航空过程中的瞬时姿态，如此可以测试出油气分离器在动态过程中的油气分离效果。

优选的，减速器的输入输出比为（36:1）的n倍，转动电机为步进电机，且步进角为90°的n倍，n为不小于1的自然数，且转动电机配合有配电控制箱。

设置减速器的传动比和转动电机的步进角，每次转动时能够使转动轴转动2.5/n度，以便满足性能测试的要求，测试的要求如下“在规定坐标系下，油气分离器在绕Y轴旋转最大+30°，-22.5°，绕X轴旋转最大±20°，油气分离器分离效果和通风功能不受影响；在规定坐标系下，油气分离器在绕Y轴旋转最大±40°，绕X轴旋转最大±30°，油气分离器分离效果和通风功能于30秒内不受影响”。

优选的，所述减速器包括减速壳，转动轴插入到减速壳内，且转动轴处于减速壳内的部位设置有转动齿轮，转动齿轮通过减速壳内的传动结构与转动电机配合，转动轴处于减速壳内的一端插入有直角形的插接轴，且插接轴与转动轴垂直的部分位于减速壳的外侧。

通过插接轴的设计，可以将转动轴的转动情况通过直角形的插接轴直观的表达在减速器壳体的外侧，方便测试人员的观察。

优选的，减速壳被插接轴穿过的外侧面嵌入有信号接收盘，所述的信号接收盘上均匀的设置有信号接收器，且信号接收器的相位差为2.5°，插接轴上设置有与信号接收器配合的信号发射器；所述信号接收器连接到配电控制箱，并产生信号的时间和持续的时间传输给配电控制箱，配电控制箱将信号接收器反馈的信号和初始设定的转动角度和持续时间进行比对，用于判断转动装置运行轨迹是否精准。

通过信号发射器和信号接收器的设计，可以精准的反馈出转动轴的实时转动状态，并将信号传递给配电控制箱，如此可以和配电控制箱输入的转动状态进行比较，通过对比可以判断出转动装置的运行轨迹是否出现偏差。

优选的，转动架包括四块方形块，且方形块的四个侧面中部开设有安装槽，四个方形块组成方形架，且相邻的两个方形块之间通过外角块和内角块连接，且内角块和外角块均通过锁紧螺栓与安装槽内的螺母进行锁紧。

转动架的结构设计，可以将锁紧螺母放置到安装槽内，如此可以通过螺栓和安装槽内的螺母对转动轴等均锁紧，方便拆卸，同时无需在转动架上开设螺孔，避免了螺孔位置不精准导致的配合误差出现。

优选的，所述的转动架与转动轴相对的一侧通过转动架连接结构与机架连接，所述储油罐与转动轴相对的一侧通过储油罐连接结构与转动架连接，所述转动架连接结构包括与转动架连接的第一连接轴和安装在机架上的第一轴承座，所述储油罐连接结构包括储油罐侧面固定连接的连接座，连接座通过螺栓连接有第二连接轴，转动架上设置有与第二连接轴配合的第二轴承座。

转动架连接结构和储油罐连接结构的设计，可以更好的对转动架和储油罐进行支撑，同时不会影响到姿态的模拟。

优选的，第一连接轴与转动架连接的一端固定有连接盘，连接盘通过螺栓和安装槽内的螺母与转动架锁紧，所述第二轴承座的下方设置有垫块，且第二轴承座和垫块通过螺栓和安装槽内的螺母与转动架锁紧。

连接盘通过螺栓和螺母与转动架进行锁紧，如此可以确保连接盘固定连接的第一连接轴在与转动架连接后与对应的转动轴的轴线一致，不会出现偏差，垫块的设计，同样是确保第二连接轴的高度与对应的转动轴一致。

附图说明

图1为一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构的立体示意图。

图2为转动装置的立体示意图。

图3为转动架连接结构的立体示意图。

图4为储油罐连接结构的立体示意图。

图5为减速器隐藏传动结构后的剖视图。

图中所述文字标注表示为：1、机架；4、储油罐；5、三相涡流分离器；21、转动装置；22、转动架；23、转动架连接结构；24、储油罐连接结构；25、方形块；26、安装槽；27、外角块；28、锁紧螺栓；29、内角块；31、转动电机；32、减速器；33、转动轴；34、连接盘；35、第一连接轴；36、第一轴承座；37、第二连接轴；38、第二轴承座；39、垫块；40、连接座；41、减速壳；42、转动齿轮；43、插接轴；44、信号发射器；45、信号接收盘；46、信号接收器。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

如图1所示，本申请提供的一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构，包括机架1，机架1通过转动装置21连接转动架22，并使转动架22在X轴上转动设定角度和持续设定时间，转动架22上通过转动装置21连接储油罐4，并使储油罐22在Y轴上转动设定角度和持续设定时间；储油罐4上固定安装有三相涡流分离器5，两个转动装置均包含转动电机31和减速器32，减速器32输出端的转动轴33与转动架22或储油罐4连接，减速器32的输入输出比为36:1的n倍，转动电机31为步进电机，且步进角为90°的n倍，n为不小于1的自然数，且转动电机31配合有配电控制箱。

在进行油气分离性能测试时，将三相涡流分离器与油气混合装置和气体收集装置及滑油收集装置连通，然后将油气混合装置内的润滑介质（包含由颗粒物投放装置投入的金属颗粒）送入到三相涡流分离器中进行三相分离，分离出来的气体进入到气体收集装置、分离出来的液体进入到滑油收集装置，分离出来的颗粒则被三相涡流分离器上的磁铁吸附，在试验过程中，需要对三相分离器和储油罐进行飞行姿态模拟，具体是在配电控制箱的输入界面输入姿态模拟的数据，包括X轴的转动角度，持续时间，Y轴的转动角度，持续时间，一般都是使油气分离器（三相涡流分离器）在Y轴上处于+30°，-22.5°的区间来回摆动，在X轴上处于±20°的区间来回摆动，具体可以是使转动电机31按照步进角连续转动，也可以使按照步进角转动一次停留10s，测试油气分离器在姿态模拟状态下的分离性能，同时也需要通过转动电机使油气分离器绕Y轴转动到±40°，绕X轴转动到±30°， 并保持30s，测试油气分离器在极限状态下的油气分离性能；如此可以通过姿态模拟及姿态角度控制，模拟航空飞行状态下的油气分离器的分离性能，使测试更为精准。

如图1和5所示，所述减速器32包括减速壳41，转动轴33插入到减速壳41内，且转动轴33处于减速壳41内的部位设置有转动齿轮42，转动齿轮42通过减速壳41内的传动结构与转动电机31配合，转动轴33处于减速壳41内的一端插入有直角形的插接轴43，且插接轴43与转动轴33垂直的部分位于减速壳40的外侧，减速壳41被插接轴43穿过的外侧面嵌入有信号接收盘45，所述的信号接收盘45上均匀的设置有信号接收器46，且信号接收器46的相位差为2.5°，插接轴43上设置有与信号接收器46配合的信号发射器44，所述信号接收器46连接到配电控制箱，并产生信号的时间和持续的时间传输给配电控制箱，配电控制箱将信号接收器46反馈的信号和初始设定的转动角度和持续时间进行比对，用于判断转动装置运行轨迹是否精准。

配电控制箱输入的测试工艺中所需的姿态模拟角度及持续时间，然后通过配电控制箱控制转动电机按照输入的信息进行运作，在运作的过程中，转动轴33的转动会带动插接轴43的转动，插接轴43上的信号发射器44会发出信号，在接触到信号接收盘45上的信号接收器46后会使信号接收器46接收到信号，并将接收到的信息反馈给配电控制箱，进而使配电控制箱可以获取转动轴33的瞬时状态，然后将瞬时状态与输入信息进行比较，比较出瞬时状态与输入信息是否存在偏差，如存在偏差则需要对转动装置进行维护，同时还能够通过瞬时状态直观的反馈出转动轴33的状态，进而反馈出油液分离器的瞬时姿态，进一步确保姿态模拟的精准性。

如图2所示，转动架22包括四块方形块25，且方形块的四个侧面中部开设有安装槽26，四个方形块25组成方形架，且相邻的两个方形块25之间通过外角块27和内角块29连接，且内角块29和外角块27均通过锁紧螺栓28与安装槽26内的螺母进行锁紧。

转动架采用四块方形块25的结构设计，并在方形块25的四个侧面开设安装槽26，安装槽为内大外小的阶梯形，如此可以将螺母（一般为六角螺母）倾斜放入到安装槽26内，放入后再使螺母在安装槽26宽的部分摆正，如此即可通过锁紧螺栓28与安装槽26内的螺母将外角块27和内角块29与方形块25锁紧，同时对于转动轴（与转动架的端部为圆块或方块，然后通过螺栓锁紧）或者减速器的安装也可以通过这个方式进行，无需进行螺栓孔的开设，进而就没有螺栓孔的位置偏差情况出现。

如图3-4所示，所述的转动架22与转动轴33相对的一侧通过转动架连接结构23与机架连接，所述储油罐4与转动轴33相对的一侧通过储油罐连接结构24与转动架22连接，所述转动架连接结构23包括与转动架22连接的第一连接轴35和安装在机架1上的第一轴承座36，所述储油罐连接结构24包括储油罐4侧面固定连接的连接座40，连接座40通过螺栓连接有第二连接轴37，转动架22上设置有与第二连接轴37配合的第二轴承座38，第一连接轴35与转动架22连接的一端固定有连接盘34，连接盘34通过螺栓和安装槽26内的螺母与转动架22锁紧，所述第二轴承座38的下方设置有垫块39，且第二轴承座38和垫块39通过螺栓和安装槽26内的螺母与转动架22锁紧。

转动架22通过螺栓和螺母与第一连接轴35端部的连接块进行安装，如此可以通过测量工具如激光或者水平尺等确保安装后的第一连接轴35和对应的转动轴33处于同一条直线上，而第二轴承座38通过垫块39的配合，使安装后的第二连接轴37与对应的转动轴33处于同一高度和同一直线，同时也方便通过螺栓和安装槽26内的螺母进行锁紧。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构，包括机架，其特征在于，机架通过转动装置连接转动架，并使转动架在X轴上转动设定角度和持续设定时间，转动架上通过转动装置连接储油罐，并使储油罐在Y轴上转动设定角度和持续设定时间；储油罐上固定安装有三相涡流分离器，两个转动装置均包含转动电机和减速器，减速器输出端的转动轴与转动架或储油罐连接，减速器的输入输出比为36:1的n倍，转动电机为步进电机，且步进角为90°的n倍，n为不小于1的自然数，且转动电机配合有配电控制箱，所述减速器包括减速壳，转动轴插入到减速壳内，且转动轴处于减速壳内的部位设置有转动齿轮，转动齿轮通过减速壳内的传动结构与转动电机配合，转动轴处于减速壳内的一端插入有直角形的插接轴，且插接轴与转动轴垂直的部分位于减速壳的外侧，减速壳被插接轴穿过的外侧面嵌入有信号接收盘，所述的信号接收盘上均匀的设置有信号接收器，且信号接收器的相位差为2.5°，插接轴上设置有与信号接收器配合的信号发射器，所述信号接收器连接到配电控制箱，并产生信号的时间和持续的时间传输给配电控制箱，配电控制箱将信号接收器反馈的信号和初始设定的转动角度和持续时间进行比对，用于判断转动装置运行轨迹是否精准。

2.根据权利要求1所述的一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构，其特征在于，转动架包括四块方形块，且方形块的四个侧面中部开设有安装槽，四个方形块组成方形架，且相邻的两个方形块之间通过外角块和内角块连接，且内角块和外角块均通过锁紧螺栓与安装槽内的螺母进行锁紧。

3.根据权利要求2所述的一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构，其特征在于，所述的转动架与转动轴相对的一侧通过转动架连接结构与机架连接，所述储油罐与转动轴相对的一侧通过储油罐连接结构与转动架连接，所述转动架连接结构包括与转动架连接的第一连接轴和安装在机架上的第一轴承座，所述储油罐连接结构包括储油罐侧面固定连接的连接座，连接座通过螺栓连接有第二连接轴，转动架上设置有与第二连接轴配合的第二轴承座。

4.根据权利要求3所述的一种用于油气分离性能评估试验的姿态模拟机构，其特征在于，第一连接轴与转动架连接的一端固定有连接盘，连接盘通过螺栓和安装槽内的螺母与转动架锁紧，所述第二轴承座的下方设置有垫块，且第二轴承座和垫块通过螺栓和安装槽内的螺母与转动架锁紧。