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1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明所設(shè)計(jì)的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，包括壓氣機(jī)、高速膜盤聯(lián)軸器、齒輪箱、低速端聯(lián)軸器、電機(jī)和公共底盤，所述的電機(jī)通過低速端聯(lián)軸器與齒輪箱傳動連接，齒輪箱再通過高速膜盤聯(lián)軸器與壓氣機(jī)傳動連接，所述的壓氣機(jī)由按空氣的流向依次設(shè)有進(jìn)氣道、轉(zhuǎn)子、通流部分、出氣道，所述的出氣道是設(shè)有可開閉的圓孔，在轉(zhuǎn)子設(shè)有潤滑系統(tǒng)，且轉(zhuǎn)子通過軸承系統(tǒng)支撐。壓氣機(jī)工作時，空氣從進(jìn)氣道進(jìn)入通流部分，再通過出氣道排入大氣；高速膜盤聯(lián)軸器具有良好的補(bǔ)償能力，以滿足軸系的要求。轉(zhuǎn)子由軸承系統(tǒng)支撐并由潤滑系統(tǒng)潤滑冷卻；為了得到跨音速流動過程中的試驗(yàn)樣機(jī)參數(shù)，測量系統(tǒng)合理布置。
【專利說明】1 5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高轉(zhuǎn)速的跨音速軸流壓氣機(jī)的試驗(yàn)機(jī)，特別是1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]壓氣機(jī)是燃機(jī)的重要組成部件之一，對燃機(jī)的性能具有重要的影響。壓氣機(jī)的跨音級設(shè)計(jì)主要用于民航發(fā)動機(jī)的第一級或者用于軍用發(fā)動機(jī)的前幾級。壓氣機(jī)跨音級的滯止壓比一般在1.2 — 2.2左右，其中民用接近1.2，軍用接近2.2。而壓氣機(jī)跨音級的設(shè)計(jì)水平又很大程度地影響了壓氣機(jī)的性能，所以研究壓氣機(jī)跨音速級，無論對于設(shè)計(jì)新一代壓氣機(jī)，還是改進(jìn)現(xiàn)有壓氣機(jī)都是非常必要的。
[0003]現(xiàn)今，國內(nèi)為了對引進(jìn)的F級燃機(jī)進(jìn)行消化吸收，需要通過實(shí)驗(yàn)來提供跨音壓氣機(jī)流場的詳細(xì)數(shù)據(jù)，而國內(nèi)在此之前還沒有這方面的試驗(yàn)臺。
[0004]為了突破先進(jìn)壓氣機(jī)核心技術(shù)的壁壘，在國家973項(xiàng)目的支持下建立該1.5級跨音速壓氣機(jī)試驗(yàn)臺，對壓氣機(jī)跨音級性能及內(nèi)部流場進(jìn)行深入研究，為F級燃機(jī)的消化吸收提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0005]現(xiàn)有壓氣機(jī)試驗(yàn)臺主要用于低馬赫數(shù)，低轉(zhuǎn)速的民用壓氣機(jī)的內(nèi)部流場的觀測。對于高馬赫數(shù)、高轉(zhuǎn)速的跨音速壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，不論從結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、材料、氣動、振動及轉(zhuǎn)子動力學(xué)等方面都比一般的低馬赫數(shù)、低轉(zhuǎn)速方案有更高的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種為填補(bǔ)對高轉(zhuǎn)速軸流壓氣機(jī)跨音速級的試驗(yàn)研究空白，可以很好的解決對壓氣機(jī)跨音級性能及內(nèi)部流場進(jìn)行深入研究，為F級燃機(jī)的消化吸收提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，包括壓氣機(jī)、高速膜盤聯(lián)軸器、齒輪箱、低速端聯(lián)軸器、電機(jī)和公共底盤，其特征是所述的電機(jī)通過低速端聯(lián)軸器與齒輪箱傳動連接，齒輪箱再通過高速膜盤聯(lián)軸器與壓氣機(jī)傳動連接，所述的壓氣機(jī)由按空氣的流向依次設(shè)有進(jìn)氣道、轉(zhuǎn)子、通流部分、出氣道，所述的出氣道是設(shè)有可開閉的圓孔，在轉(zhuǎn)子設(shè)有潤滑系統(tǒng)，且轉(zhuǎn)子通過軸承系統(tǒng)支撐。壓氣機(jī)工作時，空氣從進(jìn)氣道進(jìn)入通流部分，再通過出氣道排入大氣；高速膜盤聯(lián)軸器具有良好的補(bǔ)償能力，以滿足軸系的要求。轉(zhuǎn)子由軸承系統(tǒng)支撐并由潤滑系統(tǒng)潤滑冷卻；為了得到跨音速流動過程中的試驗(yàn)樣機(jī)參數(shù)，測量系統(tǒng)合理布置；電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能通過軸系由動葉傳遞給空氣，并進(jìn)而轉(zhuǎn)換成空氣的壓力能以滿足不同的需要。
[0008]通流部分按空氣的流向依次包括進(jìn)口導(dǎo)葉、動葉和靜葉，且前后通過兩組支撐筋支撐，所述的轉(zhuǎn)子與動葉傳動連接，所述的動葉為燕尾型葉根。所述的支撐筋為一組八片，并且為NACA葉型結(jié)構(gòu)。
[0009]所述的潤滑系統(tǒng)與齒輪箱共用一套油路系統(tǒng)。[0010]所述的密封系統(tǒng)由多重齒式密封環(huán)組成，多重齒式密封環(huán)主要包括油封環(huán)、氣封環(huán)一和氣封環(huán)二。
[0011]所述轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣側(cè)開有動平衡的配重螺孔。
[0012]所述的軸承系統(tǒng)由兩個支撐軸承和一個推力軸承組成，其中支持軸承采用大剛度、大阻尼軸承。
[0013]所述的測量系統(tǒng)包括靜壓、總壓、溫度、以及動葉葉頂壓力分布和動葉葉頂PIV測量裝置，其中所述的測孔設(shè)置在以下位置:前支撐前、后支撐后、前支撐與進(jìn)口導(dǎo)葉之間、靜葉與出口導(dǎo)葉之間、出口導(dǎo)葉與后支撐之間、動葉之后、動葉葉頂及動葉頂部的Piv測孔。測量孔暫不使用時采用測孔堵頭進(jìn)行封閉。
[0014]本發(fā)明提供的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，其有益效果是:壓氣機(jī)單級壓比達(dá)1.3意味著葉片氣流流動速度大大加快,葉頂氣流速度達(dá)到音速以上,馬赫數(shù)在1.2左右。而葉片根部的氣流在亞音速區(qū)，這使得軸流壓氣機(jī)的通流設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造難度大大增加。動葉采用的燕尾型葉根，材料采用10705BY以滿足氣動和強(qiáng)度的要求。因?yàn)榧げǖ拇嬖冢沟脷饬鲗Y(jié)構(gòu)的敏感性提高，在一定的動葉葉頂線速度下該樣機(jī)轉(zhuǎn)子使用了高轉(zhuǎn)速方案，所以樣機(jī)的結(jié)構(gòu)相對非常緊湊。
[0015]上述的軸承系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及膜盤聯(lián)軸器的有效設(shè)計(jì)同樣使得該機(jī)在跨音速運(yùn)行中保持穩(wěn)定。
[0016]圓孔用作防止壓氣機(jī)喘振，喘振發(fā)生時迅速打開圓孔，接通大氣以增加壓氣機(jī)流量。
[0017]測量系統(tǒng)中的級前后及中間的總壓、總溫、靜壓、葉片表面表面載荷、動葉葉頂壓力分布和動葉葉頂Piv測孔的布置。結(jié)合CFD的數(shù)值模擬能相互校核試驗(yàn)壓氣機(jī)的測量數(shù)據(jù)。以更準(zhǔn)確的測量出跨音速級的整體性能和內(nèi)部流場流動情況。
[0018]從工廠試車及現(xiàn)場運(yùn)行的情況看，該發(fā)明的各項(xiàng)設(shè)計(jì)能滿足測量跨音速壓氣機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)的要求。
[0019]本發(fā)明提供的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，單級壓比達(dá)到1.3，較之日前常規(guī)使用的單級軸流壓氣機(jī)(在1.15左右)提高很大。提高單級軸流壓氣機(jī)的壓比和整機(jī)壓比有非常重要的意義，一直是工業(yè)領(lǐng)域追求的目標(biāo)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明壓氣機(jī)通流部分子午流道圖；
[0021]圖2是本發(fā)明壓氣機(jī)試驗(yàn)機(jī)組主要結(jié)構(gòu)布置圖(不含變頻器)；
[0022]圖3是圖2中的壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0023]圖4是壓氣機(jī)動葉俯視圖；
[0024]圖5是數(shù)值模擬出的壓氣機(jī)動葉頂部激波25 ；
[0025]圖6是壓氣機(jī)葉柵中間截面的展開圖；
[0026]圖7是壓氣機(jī)密封封系統(tǒng)不意圖；
[0027]圖8是壓氣機(jī)測量系統(tǒng)堵頭結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖9是支撐軸承剖面圖；
[0029]圖10是推力軸承剖面圖。[0030]其中:壓氣機(jī)1、高速膜盤聯(lián)軸器2、齒輪箱3、低速端聯(lián)軸器4、電機(jī)5、公共底盤6、進(jìn)氣道7、測量系統(tǒng)8、進(jìn)口導(dǎo)葉9、動葉10、靜葉11、支撐筋12、出氣道13、潤滑系統(tǒng)14、軸承系統(tǒng)15、支撐軸承15-1、推力軸承15-2、密封系統(tǒng)17、轉(zhuǎn)子18、圓孔19、油封環(huán)20、氣封環(huán)
一21、氣封環(huán)二 22、堵頭23、測量探頭套管24、激波25。
[0031]所有圖中，A方向均表不氣流流動方向，B方向均表不葉輪旋轉(zhuǎn)方向。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0033]實(shí)施例1:
[0034]本實(shí)施例描述的如圖1-8所示，本實(shí)施例提供的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，主要包括壓氣機(jī)1、高速膜盤聯(lián)軸器2、齒輪箱3、低速端聯(lián)軸器4、電機(jī)5、公共底盤6，電機(jī)5通過低速端聯(lián)軸器4帶動齒輪箱3旋轉(zhuǎn)；齒輪箱3增速后通過高速膜盤聯(lián)軸器2帶動壓氣機(jī)I。
[0035]其中壓氣機(jī)I是最為復(fù)雜最為核心的部件，壓氣機(jī)I主要包括通流部分、進(jìn)氣道7、出氣道13、轉(zhuǎn)子18、潤滑系統(tǒng)14、軸承系統(tǒng)15、密封系統(tǒng)17及測量系統(tǒng)8，壓氣機(jī)I工作時，空氣從進(jìn)氣道7進(jìn)入通流部分，再通過出氣道13排入大氣；轉(zhuǎn)子18由軸承系統(tǒng)15支撐并由潤滑系統(tǒng)14潤滑冷卻；為了得到跨音速流動過程中的試驗(yàn)樣機(jī)參數(shù)，測量系統(tǒng)8的合理布置和實(shí)施很重要；所述通流部分主要包括進(jìn)口導(dǎo)葉9，動葉10和靜葉11，進(jìn)口導(dǎo)葉9，動葉10和靜葉11是壓氣機(jī)I的核心部件；電機(jī)5將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能通過軸系由動葉10傳遞給空氣，并進(jìn)而轉(zhuǎn)換成空氣的壓力能以滿足不同的需要。
[0036]空氣通過壓氣機(jī)進(jìn)氣道7進(jìn)入壓氣機(jī)1，在進(jìn)入壓氣機(jī)前設(shè)置了過濾網(wǎng)以防止雜質(zhì)進(jìn)入破壞壓氣機(jī)I相關(guān)的葉片。空氣在進(jìn)氣道7中聚集并改變流向，經(jīng)前支撐筋分流后進(jìn)入進(jìn)口導(dǎo)葉9進(jìn)一步改變方向以滿足動葉10對氣流的預(yù)旋要求，動葉10在軸系的帶動下將電機(jī)5的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能傳遞給空氣。在動葉10處，空氣被帶動加速。在額定工作狀態(tài)，由于結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速的原因，動葉10的葉頂部分的空氣隨動葉10超過音速，葉根部位空氣仍然處于亞音速區(qū)?？諝獾膭幽芤徊糠衷陟o葉11中得到回收轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋Ｍㄟ^出口導(dǎo)葉和后支撐筋進(jìn)入擴(kuò)壓器進(jìn)一步提升空氣壓力，回收動能。出氣道13為空氣在壓氣機(jī)I中的最終出口，空氣在此進(jìn)入管網(wǎng)或者排向大氣。出氣道13上的圓孔19在正常運(yùn)行情況下為關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)空氣流量減小壓氣機(jī)I出現(xiàn)喘振的時候迅速開啟圓孔19以防止對壓氣機(jī)I產(chǎn)生破壞性影響。
[0037]所述的通流部分由前后兩組支撐筋12支撐，支撐筋一組八片，有NACA葉型加工而成，以滿足氣動和強(qiáng)度需要。
[0038]所述的潤滑系統(tǒng)14于齒輪箱3潤滑系統(tǒng)共用一套油系統(tǒng)。
[0039]所述轉(zhuǎn)子18的進(jìn)氣側(cè)開有動平衡的配重螺孔。
[0040]所述的軸承系統(tǒng)15由兩個支持軸承和一個推力軸承組成，其中支持軸承采用大剛度、大阻尼設(shè)計(jì)。
[0041]為了測量不同工況下的壓氣機(jī)I性能并描繪出壓氣機(jī)的性能曲線，軸系的轉(zhuǎn)速需要可以調(diào)整。因此，在電機(jī)側(cè)配置了變頻器以便平順的開啟壓氣機(jī)I并在不同電機(jī)轉(zhuǎn)速0-3000rpm間調(diào)整以得到不同的工況。與此同時，進(jìn)口導(dǎo)葉9的角度也需要調(diào)整以滿足流動需要。
[0042]為了避免空氣在動靜結(jié)合部的泄漏，所述的密封系統(tǒng)17由多重齒式密封環(huán)組成，也就是在適當(dāng)?shù)牡胤讲捎昧擞头猸h(huán)20、氣封環(huán)一 21和氣封環(huán)二 22的密封系統(tǒng)17。這種措施可以盡可能減少空氣的泄漏，盡管空氣的泄漏對機(jī)組不會產(chǎn)生重大的影響及對人員產(chǎn)生安全隱患。在軸承潤滑系統(tǒng)14中設(shè)置了油封環(huán)20。由于軸系的高轉(zhuǎn)速，最高可達(dá)24840rpm，設(shè)置了大剛度、大阻尼的軸承系統(tǒng)15以滿足轉(zhuǎn)子動力學(xué)的要求。同時軸承的潤滑也需要非常高效以防止軸承溫度過高破壞軸瓦。
[0043]為了有效的測量試驗(yàn)壓氣機(jī)的性能，測量系統(tǒng)8的設(shè)置也是一個關(guān)鍵因素。該壓氣機(jī)I分別在以下位置設(shè)置了測量孔:前支撐前、后支撐后、前支撐與進(jìn)口導(dǎo)葉9之前、靜葉11與出口導(dǎo)葉之間、出口導(dǎo)葉與后支撐之間、動葉10之后、動葉10葉頂及動葉10頂部的PIV測口。這些測孔要求很高，最小的孔徑達(dá)0.5毫米。不論對壓氣機(jī)I結(jié)構(gòu)和加工的設(shè)備的要求都是挑戰(zhàn)。這些測孔對于研究該壓氣機(jī)I的整體性能和詳細(xì)的內(nèi)部流動是不可或缺的。另外需要指出的是，該測量系統(tǒng)8的測孔在某些時候是不需要全部用到的，比如試車或者探測探頭損壞的情況。本發(fā)明中對每一個測孔均配備了不同規(guī)格的堵頭23以滿足上述需求。
[0044]本實(shí)施例提供的如圖1所示，該跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，單級壓比達(dá)到1.3，較之日前常規(guī)使用的單級軸流壓氣機(jī)(在1.15左右)提高很大。提高單級軸流壓氣機(jī)的壓比和整機(jī)壓比有非常重要的意義，一直是工業(yè)領(lǐng)域追求的目標(biāo)。
【權(quán)利要求】
1.一種1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，包括壓氣機(jī)、高速膜盤聯(lián)軸器、齒輪箱、低速端聯(lián)軸器、電機(jī)和公共底盤，其特征是所述的電機(jī)通過低速端聯(lián)軸器與齒輪箱傳動連接，齒輪箱再通過高速膜盤聯(lián)軸器與壓氣機(jī)傳動連接，所述的壓氣機(jī)由按空氣的流向依次設(shè)有進(jìn)氣道、轉(zhuǎn)子、通流部分、出氣道，所述的出氣道是設(shè)有可開閉的圓孔，在轉(zhuǎn)子設(shè)有潤滑系統(tǒng)，且轉(zhuǎn)子通過軸承系統(tǒng)支撐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征是通流部分按空氣的流向依次包括進(jìn)口導(dǎo)葉、動葉和靜葉，且前后通過兩組支撐筋支撐，所述的轉(zhuǎn)子與動葉傳動連接，所述的動葉為燕尾型葉根。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征是所述的支撐筋為一組八片，并且為NACA葉型結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征是所述的潤滑系統(tǒng)與齒輪箱共用一套油路系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征是其特征是所述的密封系統(tǒng)由多重齒式密封環(huán)組成，多重齒式密封環(huán)主要包括油封環(huán)、氣封環(huán)一和氣封環(huán)二。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征是所述轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣側(cè)開有動平衡的配重螺孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征是所述的軸承系統(tǒng)由兩個支撐軸承和一個推力軸承組成，其中支持軸承采用大剛度、大阻尼軸承。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的1.5級跨音速軸流壓氣機(jī)試驗(yàn)裝置，其特征是所述的測量系統(tǒng)包括靜壓、總壓、溫度、以及動葉葉頂壓力分布和動葉葉頂PIV測量裝置，其中所述的測孔設(shè)置在以下位置:前支撐前、后支撐后、前支撐與進(jìn)口導(dǎo)葉之間、靜葉與出口導(dǎo)葉之間、出口導(dǎo)葉與后支撐之間、動葉之后、動葉葉頂及動葉頂部的PIV測孔。
【文檔編號】G01M15/14GK103969053SQ201410130064
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】徐志明, 顧春偉, 周一飛, 葉鐘, 黃慶春 申請人:杭州汽輪動力集團(tuán)有限公司, 杭州汽輪機(jī)械設(shè)備有限公司