CN115575120A - 单转子轴承腔综合模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单转子轴承腔综合模拟试验装置，包括：试验腔和工艺腔，试验腔和工艺腔间隔设置且彼此不连通；前部加热腔，设置有加热腔入口、加热腔第一出口和加热腔第二出口，加热腔入口与高温供气口连接，加热腔第一出口与试验腔连通；混合腔，混合腔入口与加热腔第二出口连通，混合腔出口与混合腔通风口连接；常温供气流道，常温供气流道的第一出口与混合腔连通，常温供气流道的第二出口与工艺腔连通。本发明可实现接近发动机轴承腔工作条件的模拟，通过高温供气实现封严腔温度模拟，并使用电加热方式精确控制轴承腔外围温度模拟，多类隔热结构减少了不同腔体温度交换，实现了多区域不同温度试验条件的建立和协同。

Description

单转子轴承腔综合模拟试验装置

技术领域

本说明书涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种单转子轴承腔综合模拟试验装置。

背景技术

轴承腔是航空发动机的重要部件，可靠的轴承腔是保障发动机正常运转的前提。它通过支撑、密封、滑油供回油、通气等结构，保证主支点轴承可靠运转，同时保证腔内滑油在整个系统内循环不外泄。目前，轴承腔的评估多以解析法和简化数值仿真为主，由于涉及气液两相流且转子转速高，进出口边界条件复杂，分析难度大且难以模拟轴承腔内真实的运转状态。随着发动机热负荷状态不断提升，新设计的轴承腔装配整机进行多状态试验前亟需进行研究及考核试验。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种单转子轴承腔综合模拟试验装置，以达到为发动机设计提供支撑，为发动机整机试验提供保障的目的。

本发明实施例的技术方案为：一种单转子轴承腔综合模拟试验装置，包括：试验腔和工艺腔，试验腔和工艺腔间隔设置且彼此不连通；前部加热腔，设置有加热腔入口、加热腔第一出口和加热腔第二出口，加热腔入口与高温供气口连接，加热腔第一出口与试验腔连通；混合腔，混合腔入口与加热腔第二出口连通，混合腔出口与混合腔通风口连接；常温供气流道，常温供气流道的第一出口与混合腔连通，常温供气流道的第二出口与工艺腔连通。

进一步地，单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括前篦齿封严腔，常温供气流道还包括常温供气流道的第三出口，常温供气流道的第三出口与前篦齿封严腔连通。

进一步地，工艺腔中设置有主轴和驱动轴,主轴和驱动轴通过齿轮连接。

进一步地，单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括第一柔性联轴器与滑环引电器，主轴远离试验腔的一端通过第一柔性联轴器与滑环引电器连接。

进一步地，单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括第二柔性联轴器与驱动电机，驱动轴与远离试验腔的一端通过第二柔性联轴器与驱动电机连接。

进一步地，单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括供油管、回油管和通风管，供油管、回油管和通风管均与试验腔连通。

进一步地，试验腔的外侧设置有用于加热试验腔的电加热罩。

进一步地，单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括前机匣、后机匣和支撑座，后机匣和支撑座共同支撑试验腔，前机匣与后机匣固定连接，且前机匣用于支撑工艺腔。

进一步地，单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括前支座和后支座，前支座与后机匣连接，后支座与后机匣和支撑座连接。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明可实现接近发动机轴承腔工作条件的模拟，通过高温供气实现封严腔温度模拟，并使用电加热方式精确控制轴承腔外围温度模拟，多类隔热结构减少了不同腔体温度交换，实现了多区域不同温度试验条件的建立和协同。

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是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的局部放大图。

图中附图标记：1、引电器壳体；2、滑环引电器；3、第一柔性联轴器；4、第一篦齿；5、第一密封座；6、工艺腔壳体盖；7、从动齿轮；8、主轴；9、工艺腔通风口；10、工艺腔喷嘴；11、前支点轴承；12、常温供气流道；13、混合腔通风口；14、前机匣；15、高温供气口；16、后机匣；17、通风供油管；18、支撑座；19、第四密封座；20、第四篦齿；21、隔热层；22、测试引线口；23、电加热罩；24、石墨密封组件；25、压紧套；26、石墨密封跑道；27、轴承腔喷嘴；28、后转子安装端盖；29、后转子；30、导油环；31、压紧螺母；32、试验轴承；33、轴承座；34、后盖；35、回油管；36、后支座；37、前支座；38、第三篦齿；39、第三密封座；40、第二篦齿；41、第二密封座；42、工艺腔壳体；43、主动齿轮；44、工艺腔回油口；45、驱动轴支撑轴承；46、前压紧螺母；47、唇封组件；48、驱动轴；49、联轴器；50、试验腔；51、工艺腔；52、前部加热腔；53、混合腔；54、前篦齿封严腔。

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。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种单转子轴承腔综合模拟试验装置，包括试验腔50、工艺腔51、前部加热腔52、混合腔53和常温供气流道12。试验腔50和工艺腔51间隔设置且彼此不连通；前部加热腔52设置有加热腔入口、加热腔第一出口和加热腔第二出口，加热腔入口与高温供气口15连接，加热腔第一出口与试验腔50连通；混合腔入口与加热腔第二出口连通，混合腔出口与混合腔通风口13连接；常温供气流道的第一出口与混合腔53连通，常温供气流道12的第二出口与工艺腔51连通。

本发明可实现接近发动机轴承腔工作条件的模拟，通过高温供气实现封严腔温度模拟，并使用电加热方式精确控制轴承腔外围温度模拟，多类隔热结构减少了不同腔体温度交换，实现了多区域不同温度试验条件的建立和协同。

其中，试验腔50是由轴承座33、后盖34、后转子29及石墨密封构成完整腔体，工艺腔51是由工艺腔壳体42、工艺腔壳体盖6、后转子29及篦齿密封结构构成完整腔体。

需要说明的是，本发明实施例还包括主轴转子系统、驱动轴系统、密封系统、支撑结构、供给/回油/通风系统、加热及测试系统。

主轴转子系统由主轴8和后转子29组成，主轴转子系统的前端通过第一柔性联轴器3连接滑环引电器2。主轴8上安装第一篦齿4、从动齿轮7、前压紧螺母46、前支点轴承11、第二篦齿40及第三篦齿38，后转子安装端盖28、第四篦齿20、石墨密封跑道26、导油环30、试验轴承32和压紧螺母31，试验轴承32外环由压紧套25限位。驱动轴系统由驱动轴48、驱动轴支撑轴承45、主动齿轮43、联轴器49组成。

密封系统由主轴上篦齿、石墨密封跑道26和静子结构上对应的密封座构成，主轴静子密封座包括第一密封座5、第二密封座41、第三密封座39、第四密封座19和石墨密封组件24，驱动轴动密封通过唇封组件47实现。

支撑结构包括引电器壳体1、前机匣14、后机匣16、支撑座18；引电器壳体1、前机匣14、后机匣16、支撑座18由螺栓连接，支撑结构的底部由前支座37和后支座36支撑。

后机匣16和支撑座18共同支撑试验腔50，前机匣14与后机匣16固定连接，且前机匣14用于支撑工艺腔51。前支座37与后机匣16连接，后支座36与后机匣16和支撑座18连接。

供给/回油/通风系统通过高温供气口15和常温供气流道12连接外部气源，供给/回油/通风系统通过工艺腔喷嘴10和轴承腔喷嘴27实现供油，供给/回油/通风系统通过工艺腔回油口44和回油管35连接外部回油装置实现回油，通风由工艺腔通风口9、混合腔通风口13及通风供油管17实现，其中通风供油管17代表同一截面的两根管路。

需要说明的是，本发明实施例中的试验腔50与工艺腔51可根据试验需求使用一套或两套滑油系统供油，通过各喷嘴供入滑油进行润滑冷却，保证主轴和驱动轴支点轴承正常运转，滑油从回油管35和工艺腔回油口44回收，独立的供、回油接口使得试验装置可满足多种试验工况条件。

加热及测试系统主要包括电加热罩23、测试引线口22、滑环引电器2，其余静子件测量可从测试引线口、通风口或腔壁打孔引出实现。另外，根据实际使用需求可在结构件外围包覆隔热层21。

本发明实施例还包括前篦齿封严腔54，常温供气流道12还包括常温供气流道的第三出口，常温供气流道的第三出口与前篦齿封严腔54连通。从常温供气流道12进入的冷却气一部分从轴心流过，在前篦齿封严腔54形成封严压力，同时从主轴8的前转子轴内流道流过进行冷却，减少传递至前端的热量，保证滑环引电器2在正常工作温度范围，轴心冷却结构使得前端测试装置在正常工作范围内。

根据实际使用需求可在密封座、管路等结构件外围包覆隔热层21，减少温度损失或各腔体间的热交换量。

工艺腔51中设置有主轴8和驱动轴48,主轴8和驱动轴48通过齿轮连接。主轴8远离试验腔50的一端通过第一柔性联轴器3与滑环引电器2连接。主轴8前端通过第一柔性联轴器3连接滑环引电器2，试验腔内的测试引线从主轴8的前转子轴心穿出连接到滑环引电器2上，实现高速旋转转子信号输出。其余静子件测量可从测试引线口、通风口或腔壁打孔引出，试验过程可通过各腔体压力、温度测量值实时调节入口试验条件，最终达到最优输入匹配。

驱动轴48与远离试验腔50的一端通过第二柔性联轴器49与驱动电机连接。通过第二柔性联轴器49连接，第二柔性联轴器49可补偿试验高温段带来的热膨胀高度差，并通过齿轮实现主轴转子驱动。

本发明实施例具有以下有益效果：

1.本发明可实现接近发动机轴承腔工作条件的模拟，通过高温供气实现封严腔温度模拟，并使用电加热方式精确控制轴承腔外围温度模拟，多类隔热结构减少了不同腔体温度交换，实现了多区域不同温度试验条件的建立和协同；

2.通过滑环引电器实现转子温度测量，使用转接齿轮结构保留发动机轴承腔真实结构，同时可获取在模拟多工况条件下的壁温、腔温、腔压分布及滑油供、回油温度等多类数据。

3.通过引气冷却及多级篦齿封严节流组合结构隔绝了试验腔与工艺腔，保障了工艺腔的安全性，轴心冷却结构使得前端测试装置在正常工作范围内，确保试验轴承腔在宽温域范围的正常运转和测量；

4.试验腔与工艺腔可根据试验需求使用一套或两套滑油系统供油，独立腔体和多接口结构使得试验装置可满足多种试验工况条件下的模拟；

5.采用匹配重心位置的高温区域支撑结构，并使用柔性联轴器补偿试验高温段带来的热膨胀高度差，避免了高温下支撑结构热应力集中，确保了大温度梯度试验模拟的可实现性。

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 (9)

1.一种单转子轴承腔综合模拟试验装置，其特征在于，包括：

试验腔(50)和工艺腔(51)，试验腔(50)和工艺腔(51)间隔设置且彼此不连通；

前部加热腔(52)，设置有加热腔入口、加热腔第一出口和加热腔第二出口，所述加热腔入口与高温供气口(15)连接，所述加热腔第一出口与试验腔(50)连通；

混合腔(53)，混合腔入口与所述加热腔第二出口连通，混合腔出口与混合腔通风口(13)连接；

常温供气流道(12)，常温供气流道的第一出口与混合腔(53)连通，常温供气流道(12)的第二出口与工艺腔(51)连通。

2.根据权利要求1所述的单转子轴承腔综合模拟试验装置，其特征在于，所述单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括前篦齿封严腔(54)，常温供气流道(12)还包括常温供气流道的第三出口，所述常温供气流道的第三出口与前篦齿封严腔(54)连通。

3.根据权利要求1所述的单转子轴承腔综合模拟试验装置，其特征在于，工艺腔(51)中设置有主轴(8)和驱动轴(48),主轴(8)和驱动轴(48)通过齿轮连接。

4.根据权利要求3所述的单转子轴承腔综合模拟试验装置，其特征在于，所述单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括第一柔性联轴器(3)与滑环引电器(2)，主轴(8)远离试验腔(50)的一端通过第一柔性联轴器(3)与滑环引电器(2)连接。

5.根据权利要求4所述的单转子轴承腔综合模拟试验装置，其特征在于，所述单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括第二柔性联轴器(49)与驱动电机，驱动轴(48)与远离试验腔(50)的一端通过第二柔性联轴器(49)与驱动电机连接。

6.根据权利要求1所述的单转子轴承腔综合模拟试验装置，其特征在于，所述单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括供油管、回油管(35)和通风管，供油管、回油管(35)和通风管均与试验腔(50)连通。

7.根据权利要求1所述的单转子轴承腔综合模拟试验装置，其特征在于，试验腔(50)的外侧设置有用于加热试验腔(50)的电加热罩(23)。

8.根据权利要求1所述的单转子轴承腔综合模拟试验装置，其特征在于，所述单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括前机匣(14)、后机匣(16)和支撑座(18)，后机匣(16)和支撑座(18)共同支撑试验腔(50)，前机匣(14)与后机匣(16)固定连接，且前机匣(14)用于支撑工艺腔(51)。

9.根据权利要求8所述的单转子轴承腔综合模拟试验装置，其特征在于，所述单转子轴承腔综合模拟试验装置还包括前支座(37)和后支座(36)，前支座(37)与后机匣(16)连接，后支座(36)与后机匣(16)和支撑座(18)连接。

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