一种小型涡轮发动机涡轮叶片振动非接触测量的试验器制造技术

本发明专利技术公开了一种小型涡轮发动机涡轮叶片振动非接触测量的试验器，包括高导、低导、外涵喷管、内涵喷管和激光传感器；高导的外圆周面上固定七个用于安装激光传感器的安装座，七个安装座位于在高导圆周面上划分的四个角度区域内，低导在其法兰的周向位置加工七个通孔供激光传感器穿过，开孔处填充高温密封胶密封；内涵喷管周向位置加工长条形槽，长条形槽内安装密封垫；外涵喷管上加工七个通孔后安装密封保护座，激光传感器从密封保护座中穿过，保证激光传感器在气流作用下不变形同时防止外涵气流外流。本发明专利技术能够确保非接触测量设备准确稳定的安装，同时有效测得涡轮叶片的振动响应，通过非接触测量获得涡轮叶片振动特性。通过非接触测量获得涡轮叶片振动特性。通过非接触测量获得涡轮叶片振动特性。

【技术实现步骤摘要】
一种小型涡轮发动机涡轮叶片振动非接触测量的试验器


[0001]本专利技术属于发动机涡轮叶片应力测试
，具体涉及一种小型涡轮发动机涡轮叶片振动非接触测量的试验器。

技术介绍

[0002]小型涡轮发动机是巡航弹的主动力装置，可为其提供飞行所需的推力、电力和压缩空气，是一种性能先进、结构复杂的高速旋转机械。小型涡轮发动机工作原理、主要结构与航空发动机相似，但其工作时间短，充分利用已有材料的潜在能力、采取了更为简洁轻便的结构，发动机转速高达数万r/min，进而使转子系统面临着复杂的强度与振动问题。
[0003]涡轮叶片是小型涡轮发动机的关键零件，在高温高转速强振动等恶劣环境下工作。涡轮叶片断裂故障是发动机常见故障，且断裂机理复杂。为了阐明叶片断裂故障机理，可通过开展涡轮叶片振动应力非接触动态测量，获得涡轮叶片共振转速、共振频率、振动模态等关键信息，为涡轮叶片断裂机理研究提供数据支持。涡轮叶片振动非接触测量是基于叶片到达时间原理，针对不同用途叶片，根据其自身振动特性，通过在发动机同一轴向位置不同角度上布置一定数量激光传感器，应用激光反射信号，对叶片振动进行实时测量。测量后通过最小二乘法将测得数据拟合成正弦曲线，进而分析叶片振动峰值、振动频率、振动相位、阻尼比等关键参数。
[0004]涡轮叶片振动非接触测量时，将激光发射探针安装在涡轮叶片的正上方，发动机工作过程中，测量系统会记录下叶片的到达时刻，当叶片不振动时，叶片的到达传感器的时刻每圈都是相同的，当有振动产生时，叶片的到达时刻就会有差异，从而产生到达的时间差ΔT。通过ΔT可以计算该叶片在测量方向的振动幅值为：
[0005]P＝RPM*πD*ΔT/60。
[0006]因此，就可通过叶尖计时来测量叶片的振动，多支传感器综合利用就可测量叶片振动的幅值、频率、监测裂纹和分析振型。
[0007]涡轮叶片振动非接触动态测量，须用能够模拟发动机工作条件的试验器或全台发动机来测定；通过结构设计，在保证发动机总体性能、工作环境、密封条件等，采用非接触光学测量方法，测得涡轮叶片叶尖变形，来获得叶片振动的幅值、频率、监测裂纹和分析振型的效果。
[0008]为了解决叶片断裂故障，国内在叶片振动应力非接触动测等方面开展了部分工作。目前，国内开展的振动应力测试的转速较低，一般低于30000r/min，远低于小型涡轮发动机的工作转速，且非接触动态测量多用于低温、相对洁净的前端压气机部件；对于高转速、高温、高污染的工作条件下的涡轮叶片振动应力测试开展的工作不足，与国外的测试水平仍具有一定的差距。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本专利技术提供了一种小型涡轮发动机涡轮叶片振动非接触测量的试验
器，能够保证发动机总体性能、温度环境、振动环境、密封状态的条件下，确保非接触测量设备准确稳定的安装，同时有效测得涡轮叶片的振动响应，通过非接触测量获得涡轮叶片振动特性，为解决小型涡轮发动机涡轮叶片断裂问题提供可行的技术途径。
[0010]一种小型涡轮发动机涡轮叶片振动非接触测量的试验器，该试验器包括高导、低导、外涵喷管、内涵喷管和激光传感器；
[0011]所述高导的外圆周面上固定七个用于安装激光传感器的安装座，七个安装座位于在高导圆周面上划分的四个角度区域内，四个角度区域分别是30
°
～49
°
、63
°
～117
°
、123
°
～127
°
和227
°
～330
°
；所述低导在其法兰的周向位置加工七个通孔供激光传感器穿过，开孔处填充高温密封胶密封；所述内涵喷管周向位置加工长条形槽，长条形槽内安装密封垫；所述外涵喷管上加工七个通孔后安装密封保护座，激光传感器从密封保护座中穿过，保证激光传感器在气流作用下不变形同时防止外涵气流外流。
[0012]进一步地，所述激光传感器在高导上的七个安装位置分别是：92.7
°
、110.2
°
、128.5
°
、144.8
°
、280.6
°
、304.5
°
和328.9
°
。
[0013]进一步地，所述高温密封胶的牌号为AMS240。
[0014]进一步地，所述低导在其法兰的周向位置加工七个通孔的孔径为2.41mm，通孔的轴线与发动机轴线的夹角为32
°
。
[0015]进一步地，所述外涵喷管设计成分半结构，密封保护座为对称分半结构。
[0016]有益效果：
[0017]1、本专利技术根据测量叶片的振动特性，对激光传感器在发动机上布置位置进行了规划，即在高导上预留七个激光传感器安装位置，并根据划分区域对整台发动机进行了结构设计。此结构能够保证发动机总体性能、温度环境、振动环境、密封状态的条件下，确保激光传感器准确稳定的安装，同时有效测得涡轮叶片的振动响应。可实现测量信号的稳定性及准确性，最终获得涡轮叶片振动特性，为彻底解决小型涡轮发动机涡轮叶片断裂问题提供可行的技术途径。
[0018]2、本专利技术通过对高导、外涵喷管、低导、内涵喷管结构的设计，可实现在发动机最高转速为50000r/min状态下，对涡轮叶片振动激光非接触动态测量，并保证整机性能、工作条件、密封状态。
[0019]3、本专利技术通过对涡轮叶片振动应力非接触动态测量试验器的结构设计，消除了传统贴片式接触式测量的不可靠问题，提高恶劣工作环境下，涡轮叶片振动获取的成功率，无需重新设计一套核心机试验系统，而只是通过通用核心零部件的结构改进即可实现与现有小型涡轮发动机的随意安装，极大简化了设计流程与周期。
附图说明
[0020]图1为原有小型涡轮发动机的结构示意图；
[0021]图2为小型涡轮发动机中高压涡轮处的局部结构示意图；
[0022]图3为本专利技术的激光传感器分布区域示意图；
[0023]图4为本专利技术在高导上设置安装座的结构示意图；
[0024]图5为本专利技术在低导上设置穿线孔的结构示意图；
[0025]图6为本专利技术在内涵喷管上设置条形密封槽的结构示意图；
[0026]图7为本专利技术密封垫的结构示意图；
[0027]图8为本专利技术在外涵喷管上设置密封保护座的结构示意图；
[0028]图9为本专利技术的密封保护座结构示意图；
[0029]图10为激光传感器在试验器上装配完成后的结构示意图。
[0030]其中：1
‑
风扇、2
‑
压气机、3
‑
高压涡轮、4
‑
低压涡轮、5
‑
外涵喷管、6
‑
内涵喷管、7
‑
前支撑结构、8
‑
燃烧室、9
‑
后支撑结构、10
‑
高导、11
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小型涡轮发动机涡轮叶片振动非接触测量的试验器，其特征在于，该试验器包括高导、低导、外涵喷管、内涵喷管和激光传感器；所述高导的外圆周面上固定七个用于安装激光传感器的安装座，七个安装座位于在高导圆周面上划分的四个角度区域内，四个角度区域分别是30
°
～49
°
、63
°
～117
°
、123
°
～127
°
和227
°
～330
°
；所述低导在其法兰的周向位置加工七个通孔供激光传感器穿过，开孔处填充高温密封胶密封；所述内涵喷管周向位置加工长条形槽，长条形槽内安装密封垫；所述外涵喷管上加工七个通孔后安装密封保护座，激光传感器从密封保护座中穿过，保证激光传感器在气流作用下不变形同时防止外涵气流外流。2.如权利要求1所述的小型涡轮发动机涡...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雨龙，郭昆，宋友辉，杜永恩，赵阳，徐乐，陈宝延，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：