CN115585930A - 一种测量涡轮盘腔轴向力的装置 - Google Patents

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李名家
张立超
赵宁波
胡传龙
李圣男
李浪浪
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Abstract

本发明属于燃气轮机技术领域，涉及一种测量涡轮盘腔轴向力的装置，包括转动组件、转静盘试验件、供气系统及数据测量系统，电机带动扭矩仪工作，将扭矩输出至齿轮箱，通过齿轮箱调节转速，联轴器带动主轴按设计转速转动，主轴带动转盘转动，转盘上的篦齿结构和壳体上的蜂窝结构配合形成蜂窝‑篦齿密封结构；储气箱通过进气管将压缩空气输送至转进盘内部腔室，压缩空气流经密封结构在转盘前后腔室产生压力差，随即从出口管路排出；通过布置在壳体壁面上的压力传感器测量前后腔室压力，通过数据采集装置记录实验数据。本发明将直接测量轴向力转化为测量转盘前后两个腔室的压力，经过计算得到轴向力，达到测量轴向力的目的。

Description

一种测量涡轮盘腔轴向力的装置
技术领域
本发明属于燃气轮机空气系统技术领域，具体涉及一种测量涡轮盘腔轴向力的装置。
背景技术
现代燃气轮机空气系统中，平衡轴向力已经成为关键问题。轴向力过大，会导致轴承长期处于超负荷状态下工作，其直接影响就是使轴承发热，降低轴承的使用寿命，而轴向力过小，又会导致转子处于轻载打滑状态下工作，容易使轴承损坏。燃机的安装调试过程中，调整轴向力是需要耗费大量成本的工作，准确的测量轴向力是亟待解决的关键问题，因此，本发明设计了一种测量涡轮盘腔轴向力的装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明提出了一种测量涡轮盘腔轴向力的装置，以解决上述背景中提出的真实盘腔结构复杂、无法直接测量轴向力的问题。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种测量涡轮盘腔轴向力的装置，包括转动组件、供气系统、转静盘试验件以及数据测量系统；
所述转动组件包括底座、电机、扭矩仪、齿轮箱、联轴器、轴承箱以及主轴，通过调节所述电机功率配合所述扭矩仪输出扭矩至所述齿轮箱，经过齿轮箱调节转速，通过联轴器带动主轴以设计转速旋转，所述轴承箱起到固定主轴和润滑/冷却轴承的作用；
所述供气系统包括储气箱、进气管路、进口总管和出口总管，所述储气箱中充满一定压力的空气，压缩空气依次经过所述进气管路、进口总管以及壳体入口进入转静盘试验件，通过所述进气管路上的电磁阀控制管路的开关，通过流量计、温度传感器和压力传感器监测流量、温度和压力，后经所述出口总管排出，通过出口总管尾部的泄压阀提供所需的背压；
所述转静盘试验件包括转盘、壳体、篦齿零件以及蜂窝零件，所述转盘与主轴通过腱鞘连接，由主轴带动以所需转速旋转，所述篦齿零件通过螺栓连接固定在转盘上，与固定在壳体上的所述蜂窝零件构成旋转封严结构，压缩空气流经旋转封严结构在前后腔室内形成压力差，作用在转盘上表现为轴向力；
所述数据测量系统包括压力传感器以及数据采集装置，所述的压力传感器分别沿周向和径向布置在壳体两侧，沿周向间隔90°布置4组压力传感器，沿径向间隔一定距离布置6个压力传感器，所述数据采集装置与压力传感器连接记录实验数据；
本发明还包括以下技术特征；
可选地，所述转静盘试验件设计为可拆卸组件，可以通过改变零件结构实现试验的多样性，所述篦齿零件设计为可替换零件，可以加工不同齿数、齿形以及旋转半径的篦齿零件，所述蜂窝零件设计为可替换组件，可以与篦齿零件配合组成多种封严间隙，可以研究不同密封结构对轴向力的影响规律；
所述电机、扭矩仪可以通过调节齿轮箱提供试验所需的不同转速；
所述转动组件依次固定在底座上，底座与地面固定，方便试验台对中，并避免了转动组件位移和减小震动，所述转静盘试验件与底座通过支座固定，用以抵消轴向力对壳体的影响；
所述进口总管和出口总管分别通过压力软管与壳体的进口和出口连接，通过螺纹和加O型圈密封；
所述转静盘试验件的壳体通过螺栓、螺母连接，通过加石墨垫片进行密封；
本发明的优势在于，所述转静盘试验件通过旋转封严结构分隔为左右两个腔室，分别对应转盘左右两面，通过壳体两侧布置的压力传感器可以测量两个腔室的压力，通过径向布置的6个压力传感器，测量得到不同径向位置的压力，拟合得到压力沿径向分布曲线，计算得到轴向力；
本发明结构简单，由一个底座固定，电机驱动主轴，带动转盘旋转，形成转-静盘腔结构，减少了试验台安装的复杂性并且便于维修；
本发明通过模化方法把真实盘腔结构简化为转盘和壳体配合的结构，通过将压力传感器布置在静止的壳体两侧，测量得到了前后腔室压力分布，将直接测量轴向力转化为测量转盘前后腔室的压力分布。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的功能和解释本发明的原理和优点。其中：
图1是本发明测量涡轮盘腔轴向力的装置的示意图。
图2是本发明转静盘试验件剖视图。
图3是本发明转静盘试验件侧视图。
其中，1-底座，2-电机，3-扭矩仪，4-齿轮箱，5-轴承箱，6-联轴器，7-主轴，8-储气箱，9-进气管路，10-电磁阀，11-流量计，12-温度传感器，13-压力传感器，14-压力软管，15-进口总管，16-出口总管，17-转盘，18-壳体，19-支座，20-篦齿零件，21-蜂窝零件，22-压力变送器，23-数据采集装置。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。
图1是根据本发明实施方式的测量涡轮盘腔轴向力的装置，主要由转动组件、供气系统、转静盘试验件、数据测量系统组成。
转动组件包括底座1、电机2、扭矩仪3、齿轮箱4、联轴器5、轴承箱6以及主轴7，其中电机、扭矩仪、齿轮箱安装固定在底座上并依次连接，通过联轴器连接齿轮箱和主轴，轴承箱用来固定主轴并且支撑转盘，通过调节电机功率配合扭矩仪输出所需扭矩，通过齿轮箱加速达到所需转速，带动主轴旋转；
供气系统包括储气箱8、进气管路9、电磁阀10、流量计11、温度传感器12、压力传感器13、压力软管14、进口总管15、出口总管16和泄压阀24，储气箱、供气管路和进口总管依次连接，进口总管通过压力软管与壳体入口连接，壳体出口通过压力软管与出口总管连接，压力调节阀安装在出口总管尾部，其中供气管路依次安装电磁阀、流量计、位密度传感器和压力传感器，具有一定压力的压缩空气从储气箱依次流经供气管路、进口总管、转静盘试验件和出口总管，之后排出，通过电磁阀控制供气系统的开关，通过流量计、温度/压力传感器监测系统的流量、温度和压力，通过泄压阀提供所需的出口背压；
转静盘试验件包括转盘17、壳体18、支座19、篦齿零件20以及蜂窝零件21，转盘与主轴通过腱鞘连接，由主轴带动转盘以所需转速旋转，壳体通过支座固定在底座上，篦齿零件通过螺栓连接固定在转盘上，与固定在壳体上的所述蜂窝零件构成旋转封严结构，压缩空气从壳体入口进入腔室1，流经封严结构进入腔室2，之后从壳体出口流出，在转盘前后两个腔室形成压力差，腔室内压力作用在转盘上表现为轴向力；
数据测量系统包括压力传感器22以及数据采集装置23，压力传感器分别沿周向和径向布置在壳体两侧，沿周向间隔90°布置4组压力传感器，沿径向间隔一定距离布置6个压力传感器，数据采集装置与压力传感器连接记录实验数据，试验过程中以一定频率实时采集压力数据，处理得到前后腔室压力径向分布曲线，经过计算得到盘腔轴向力。
下面描述本发明实施方式的工作过程和原理，以便于理解本发明的优势。采用本装置开展涡轮盘腔的轴向力测量试验时，先开启电磁阀，压缩空气充满供气系统和转静盘试验件并且通过泄压阀控制达到所需背压之后，开启电机，调节至所需转速，系统稳定运行之后开启数据采集装置，测量压力数据，之后计算得到轴向力。
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种测量涡轮盘腔轴向力的装置，其特征在于，包括：
底座(1)，位于整个装置底部，对整个装置起到支撑、固定、调中、减震作用，同时固定电机、扭矩仪、齿轮箱、轴承箱以及转静盘底座的位置；
电机(2)，位于底座上起始位置，与扭矩仪连接，为整个涡轮盘腔试验台提供驱动力；
扭矩仪(3)，位于底座上，左端连接电机，右端连接齿轮箱，用于测扭矩；
齿轮箱(4)，位于底座上，左端连接扭矩仪，右端通过联轴器连接主轴，用来调节主轴转速，达到试验所需的转速；
轴承箱(5)，位于底座上齿轮箱和转静盘试验件之间，用于固定主轴和为轴承提供润滑和冷却；
主轴(7)，位于齿轮箱和转静盘试验件之间，安装在轴承箱内部，左端与通过联轴器与齿轮箱连接，右端连接转盘，带动转盘高速旋转；
出口总管(16)，位于转静盘试验件左端，通过压力软管与壳体出口连接，通过尾部的泄压阀控制出口压力；
进口总管(15)，位于转静盘试验件右端，左端通过高压管道与壳体进口连接，右端连接供气管路；
储气箱(8)，位于装置末端，内部充满压缩空气，通过电磁阀控制开关，通过流量计、温度传感器和压力传感器监测流量、温度和压力；
支座(19)，位于底座末端，固定在底座上，用于支撑和固定壳体；
压力变送器(22)，位于壳体壁面进口和出口两侧，沿周向和径向布置，用于测量转盘前后腔室压力；
数据采集装置(23)，与压力变送器连接，用于记录实验数据。
2.如权利要求1所述的测量涡轮盘腔轴向力的装置，其特征在于，所述转子组件由电机、扭矩仪、齿轮箱、轴承箱和主轴组成，可以通过调节功率带动转盘以稳定可控的转速旋转；
3.如权利要求1所述的测量涡轮盘腔轴向力的装置，其特征在于，所述转盘上的篦齿结构是可替换件，通过螺栓连接在转盘上，并且与壳体上的蜂窝结构配合组成旋转密封结构，可用于研究封严结构对涡轮盘腔轴向力的影响；
4.如权利要求1所述的测量涡轮盘腔轴向力的装置，其特征在于，所述进气路，由储气箱、进气管路和进口总管组成，可以为转静试验件进口提供具备所需温度、压力的空气；
5.如权利要求1所述的测量涡轮盘腔轴向力的装置，其特征在于，所述出口总管配合尾部的压力调节阀可以为转静盘试验件出口提供所需的背压；
6.如权利要求1所述的测量涡轮盘腔轴向力的装置，其特征在于，所述压力变送器在径向和周向布置在壳体壁面，周向间隔90°共布置4组压力变送器，径向间隔一定距离每组布置6个压力变送器，共48个压力变送器用于测量前后腔室压力；
7.如权利要求1所述的测量涡轮盘腔轴向力的装置，其特征在于，所述数据采集装置与压力变送器连接，用于记录压力数据。
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