CN117723284A - 用于360°全环流场测量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于360°全环流场测量的装置，包括：旋转外机匣，固定设置有探针和转动齿轮；承力框架，与旋转外机匣连接，且旋转外机匣能够相对于承力框架转动；传动箱，设置在承力框架上，传动箱呈镂空结构，且传动箱与转动齿轮啮合连接；驱动装置，设置在传动箱上并与传动箱连接，且驱动装置能够通过传动箱带动旋转外机匣转动。本发明实施例适用范围广，可用于各种转子支撑结构和输出方式的试验件。

Description

用于360°全环流场测量的装置

技术领域

本发明涉及航空发动机涡轮/压气机部件试验技术领域，具体涉及一种用于360°全环流场测量的装置。

背景技术

航空发动机涡轮/压气机部件试验是验证涡轮/压气机部件设计的主要方法，在航空发动机设计过程中得到广泛应用。在涡轮/压气机试验中，试验件的进口参数和出口参数测量在试验性能评定中尤其重要。为了尽量准确获得试验件的进、出口参数，必须在当前固定探针的基础上针对流场开展详细测量。在理想情况下，压气机/涡轮等试验件进口是均匀的流场，试验件出口的流场也具有周期性，因此可通过在压气机/涡轮等试验件进口、出口测量少量的叶片通道，并依据周期性原理作为试验件进出口流场详细测量评定的依据。然而事实上，压气机/涡轮等试验器能够提供的进口流场都具有不同程度的不均匀性，尤其是在压气机/涡轮进口畸变试验中，试验件出口的流场不均匀性更加强烈，少量叶片通道的流场测试结果无法用于整个截面的参数评估，必须开展360°全环测量工作。

目前获取整个出口环面的流场参数的方法，主要是采用电机驱动安装了固定探针的出口测量段内机匣整体沿周向旋转。受自身结构限制，这种方法存在以下问题：

a）适用范围窄。由于出口测量段内机匣旋转的结构需占用大量的出口测量段和承力机匣的内腔空间，因此该结构主要适用于内腔空间相对充裕的试验件，如涡轮导向器环吹试验件、转子为悬臂支撑结构且前输出的涡轮级性能试验件；而对于内腔中安装了较多零件的试验件，如转子为简支结构的试验件、转子后输出的试验件，此时试验件内腔不具备安装这种测量装置的空间，因而无法使用。

b）试验过程中不能更换探针。由于探针只能从内腔插入流道，探针的测试管线需从特定的通道引出试验件外，因此探针只能随试验件一体装配。在试验过程中若探针出现故障，只能停止试验，将试验件下台分解后才能取出故障探针。这样就极大地增加了人员、时间和试验器运行成本。

c）流场测量的范围有限。带位移机构的探针可以使探针围绕探针轴心线旋转指定角度，也可使探针沿探针轴心线移动指定距离。因此，在可旋转的出口测量段上应用带位移机构的探针，就可以获取测量截面上任意一点的气动参数，这是应用固定探针不能实现的，也是当前全环流场测量所必须的。但是，试验件出口测量段内腔径向空间狭小，且受机匣高温环境包围，若要在可旋转出口测量段内机匣上安装带位移机构的探针，就要求位移机构和探针结构紧凑、外形尺寸小且耐高温。研制这种位移机构的代价非常高昂，这就限制了带位移机构的探针的使用，因而难以在内旋转结构上实现真正的全环流场测量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于360°全环流场测量的装置，以解决出口测量段内机匣旋转结构存在的问题。

本说明书实施例提供以下技术方案：一种用于360°全环流场测量的装置，包括：旋转外机匣，固定设置有探针和转动齿轮；承力框架，与旋转外机匣连接，且旋转外机匣能够相对于承力框架转动；传动箱，设置在承力框架上，传动箱呈镂空结构，且传动箱与转动齿轮啮合连接；驱动装置，设置在传动箱上并与传动箱连接，且驱动装置能够通过传动箱带动旋转外机匣转动。

进一步地，承力框架包括：前法兰和后法兰，前法兰和后法兰间隔设置；多根连杆，每根连杆的两端均对应连接前法兰和后法兰，且多根连杆沿前法兰的周向间隔均布；轴承座，设置在前法兰的内圈，且旋转外机匣通过转动轴承分别与轴承座和后法兰连接；平台，设置在前法兰和后法兰之间并与传动箱连接。

进一步地，旋转外机匣包括外机匣，中部设置有用于安装探针的探针座，外机匣的两端分别设置有前轴承和后轴承，转动齿轮设置在探针座与后轴承之间，前轴承与轴承座连接，后轴承与后法兰的内圈连接。

进一步地，传动箱包括：箱体；传动轴，设置在箱体中并能够相对于箱体转动；传动齿轮，设置在传动轴上并与转动齿轮啮合；从动齿轮，与传动齿轮固定连接，且从动齿轮与驱动装置啮合。

进一步地，驱动装置包括：支座，与箱体连接；减速齿轮箱，设置在支座上，且减速齿轮箱的主动齿轮与从动齿轮啮合连接；电机，与减速齿轮箱驱动连接。

进一步地，旋转外机匣的两端均设置有密封环。

进一步地，探针为固定式探针或者带有位移机构的探针。

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：

a）适用范围宽广。由于本发明基于出口测量段外机匣旋转的结构，并不占用出口测量段内腔空间，同时自身具备较强的刚性，因此可用于各种转子支撑结构和输出方式的试验件。

b）探针更换方便。在本发明中，探针从承力框架的相邻连杆之间安装在外机匣上，需要时操作人员可方便地从外部安装/拆卸探针，无需下台分解试验件。

c）可使用带位移机构的探针。在本发明中，探针从外部安装在外机匣上，只要相邻连杆的间距足够，就可方便地安装带位移机构的探针。位移机构安装在试验件外部，利于满足位移机构对工作环境的要求。

d）适用于已有试验件的改装。本发明自成一个独立的单元体，对试验件总体性能结构改动较小，尤其对转子系统基本无影响。因此，将本发明应用在已有试验件的改造中，可使其具备测量整个出口环面的流场参数的功能。

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是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的承力框架结构示意图；

图3是本发明实施例的旋转外机匣结构示意图；

图4是本发明实施例的驱动装置结构示意图；

图5是是本发明实施例的传动箱的结构示意图。

图中附图标记：1、承力框架；2、旋转外机匣；3、驱动装置；4、传动箱；5、探针；6、密封环；11、前法兰；12、后法兰；13、连杆；14、轴承座；15、平台；21、外机匣；22、前轴承；23、后轴承；24、转动齿轮；25、探针座；31、电机；32、减速齿轮箱；33、主动齿轮；34、支座；41、箱体；42、传动轴；43、键；44、从动齿轮；45、传动齿轮；46、端盖；47、滚珠轴承；48、压环；49、调整环；410、滚棒轴承。

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至图5所示，本发明实施例提供了一种用于360°全环流场测量的装置，包括旋转外机匣2、承力框架1、传动箱4和驱动装置3。旋转外机匣2固定设置有探针5和转动齿轮24；承力框架1与旋转外机匣2连接，且旋转外机匣2能够相对于承力框架1转动；传动箱4设置在承力框架1上，传动箱4呈镂空结构，且传动箱4与转动齿轮24啮合连接；驱动装置3设置在传动箱4上并与传动箱4连接，且驱动装置3能够通过传动箱4带动旋转外机匣2转动。

a）适用范围宽广。由于本发明基于出口测量段外机匣旋转的结构，并不占用出口测量段内腔空间，同时自身具备较强的刚性，因此可用于各种转子支撑结构和输出方式的试验件。

b）探针更换方便。在本发明中，探针从承力框架的相邻连杆之间安装在外机匣上，需要时操作人员可方便地从外部安装/拆卸探针，无需下台分解试验件。

c）可使用带位移机构的探针。在本发明中，探针从外部安装在外机匣上，只要相邻连杆的间距足够，就可方便地安装带位移机构的探针。位移机构安装在试验件外部，利于满足位移机构对工作环境的要求。

d）适用于已有试验件的改装。本发明自成一个独立的单元体，对试验件总体性能结构改动较小，尤其对转子系统基本无影响。因此，将本发明应用在已有试验件的改造中，可使其具备测量整个出口环面的流场参数的功能。

承力框架1包括前法兰11、后法兰12、多根连杆13、轴承座14和平台15。前法兰11和后法兰12间隔设置；每根连杆13的两端均对应连接前法兰11和后法兰12，且多根连杆13沿前法兰11的周向间隔均布；轴承座14设置在前法兰11的内圈，且旋转外机匣2通过转动轴承分别与轴承座14和后法兰12连接；平台15设置在前法兰11和后法兰12之间并与传动箱4连接。

本发明实施例中的连杆13为12根，且连接成环状框架，平台15横跨安装在前法兰11和后法兰12上，其上表面与试验件轴心线平行，用于安装传动箱4。承力框架1前端与试验件的外机匣连接，后端与后承力机匣连接。

旋转外机匣2包括外机匣21，中部设置有用于安装探针5的探针座25，外机匣21的两端分别设置有前轴承22和后轴承23且支撑在承力框架1上，转动齿轮24设置在探针座25与后轴承23之间，前轴承22与轴承座14连接，后轴承23与后法兰12的内圈连接。转动齿轮24紧固在外机匣21上，用于驱动外机匣21旋转。

传动箱4包括箱体41、传动轴42、键43、传动齿轮45、从动齿轮44、端盖46、滚珠轴承47、压环48、调整环49和滚棒轴承410。传动轴42设置在箱体41中并能够相对于箱体41转动；传动齿轮45设置在传动轴42上并与转动齿轮24啮合；从动齿轮44与传动齿轮45固定连接，且从动齿轮44与驱动装置3啮合。电机31旋转一定角度，则旋转外机匣2旋转对应角度。传动轴42由滚珠轴承47、滚棒轴承410支撑在箱体41内。

探针5从承力框架1的相邻连杆13之间安装在外机匣21上。根据试验需要，可安装固定探针5，也可安装带位移机构的探针5。探针5为固定式探针或者带有位移机构的探针。

驱动装置3包括支座34、减速齿轮箱32和电机31。支座34与箱体41连接；减速齿轮箱32设置在支座34上，且减速齿轮箱32的主动齿轮33与从动齿轮44啮合连接；电机31与减速齿轮箱32驱动连接。

电机31输出转速经减速齿轮箱32减速后，由主动齿轮33带动传动箱4的传动轴42旋转。电机31可选择伺服电机或步进电机，电机旋转角度由试验器的控制系统精确控制。

旋转外机匣2的两端均设置有密封环6。

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 (7)

1.一种用于360°全环流场测量的装置，其特征在于，包括：

旋转外机匣（2），固定设置有探针（5）和转动齿轮（24）；

承力框架（1），与旋转外机匣（2）连接，且旋转外机匣（2）能够相对于承力框架（1）转动；

传动箱（4），设置在承力框架（1）上，传动箱（4）呈镂空结构，且传动箱（4）与转动齿轮（24）啮合连接；

驱动装置（3），设置在传动箱（4）上并与传动箱（4）连接，且驱动装置（3）能够通过传动箱（4）带动旋转外机匣（2）转动。

2.根据权利要求1所述的用于360°全环流场测量的装置，其特征在于，承力框架（1）包括：

前法兰（11）和后法兰（12），前法兰（11）和后法兰（12）间隔设置；

多根连杆（13），每根连杆（13）的两端均对应连接前法兰（11）和后法兰（12），且多根连杆（13）沿前法兰（11）的周向间隔均布；

轴承座（14），设置在前法兰（11）的内圈，且旋转外机匣（2）通过转动轴承分别与轴承座（14）和后法兰（12）连接；

平台（15），设置在前法兰（11）和后法兰（12）之间并与传动箱（4）连接。

3.根据权利要求2所述的用于360°全环流场测量的装置，其特征在于，旋转外机匣（2）包括外机匣（21），中部设置有用于安装探针（5）的探针座（25），外机匣（21）的两端分别设置有前轴承（22）和后轴承（23），转动齿轮（24）设置在探针座（25）与后轴承（23）之间，前轴承（22）与轴承座（14）连接，后轴承（23）与后法兰（12）的内圈连接。

4.根据权利要求3所述的用于360°全环流场测量的装置，其特征在于，传动箱（4）包括：

箱体（41）；

传动轴（42），设置在箱体（41）中并能够相对于箱体（41）转动；

传动齿轮（45），设置在传动轴（42）上并与转动齿轮（24）啮合；

从动齿轮（44），与传动齿轮（45）固定连接，且从动齿轮（44）与驱动装置（3）啮合。

5.根据权利要求4所述的用于360°全环流场测量的装置，其特征在于，驱动装置（3）包括：

支座（34），与箱体（41）连接；

减速齿轮箱（32），设置在支座（34）上，且减速齿轮箱（32）的主动齿轮（33）与从动齿轮（44）啮合连接；

电机（31），与减速齿轮箱（32）驱动连接。

6.根据权利要求1所述的用于360°全环流场测量的装置，其特征在于，旋转外机匣（2）的两端均设置有密封环（6）。

7.根据权利要求1所述的用于360°全环流场测量的装置，其特征在于，探针（5）为固定式探针或者带有位移机构的探针。