航空高速轴承径向环下润滑收油特性实验台及测试方法技术

本申请涉及一种航空高速轴承径向环下润滑收油特性实验台及测试方法，实验台包括供油系统、实验系统、回油系统、测试系统和拍摄系统；本申请针对航空发动机轴承腔内部结构复杂，测点难于布置，无法准确测量收油量和收油效率的难题。通过在实验腔中加装楔形非接触式挡油隔板，将进入轴承的滑油与径向收油环未收集的滑油完全隔开，有效解决了由于窜油而导致收油量和收油效率测量不准的问题，能够为航空发动机高速滚动轴承径向环下润滑收油性能分析和结构优化设计提供数据支撑。析和结构优化设计提供数据支撑。析和结构优化设计提供数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
航空高速轴承径向环下润滑收油特性实验台及测试方法


[0001]本申请涉及滚动轴承环下供油润滑
，具体地，涉及一种航空高速轴承径向环下润滑收油特性实验台及测试方法。

技术介绍

[0002]航空燃气涡轮发动机是高速旋转的热力机械，其主轴高速滚动轴承在高转速、高负荷条件下工作的同时需要面对高温的工作环境。为保证轴承在近乎苛刻的工作环境下稳定运行，要求滑油系统提供适量清洁滑油对其进行良好的润滑并及时带走轴承内部摩擦产生的热量。
[0003]对于DN值较小的主轴轴承，多采用结构较为简单且易于调节的直接喷射供油润滑方式，但是当主轴轴承在高速状态下运行时，滑油射流雾化导致滑油难以进入轴承内部，进而造成接触区的润滑冷却效果欠佳。然而一味盲目增加滑油供油量一方面将使轴承内部的搅油生热量迅速增加，可能会适得其反；另一方面导致滑油系统循环量随之增加，各部件的重量增大，这也阻碍了滑油系统向高效、紧凑方向的发展。而环下供油润滑是解决高性能航空发动机高速滚动轴承高效润滑和冷却极具潜力的一种方式，其工作过程包括喷油、收油、输油和甩油四个阶段，受结构设计及空间位置的限制，环下润滑结构中收油环也难以将供油喷嘴喷出的滑油全部收入轴承内部，但是在输油通道流通能力足够的前提下，进入收油环的滑油可以全部被甩入轴承内部。采用环下供油润滑方式的高速滚动轴承没有明显的转速限制，可以有效解决高性能航空发动机高速滚动轴承润滑冷却不足的问题。然而，环下润滑系统结构复杂，尤其是径向环下润滑结构，其收油特性受多个参数的影响，因此需要对其进行精细化设计以保证尽可能高的收油效率。
[0004]环下润滑收油实验是准确、高效获得径向收油环收油性能变化规律的重要方法，开展收油实验不仅可以定量获得收油环的收油量和收油效率，同时还可通过可视化技术定性认识径向收油环与滑油射流相互作用的复杂流动现象。然而，由于环下润滑系统存在结构复杂、参数难以准确调控等问题，目前，针对航空发动机高速滚动轴承径向环下润滑结构难以开展准确的收油实验。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请提供一种航空高速轴承径向环下润滑收油特性实验台及测试方法。
[0006]第一方面，提供一种航空高速轴承径向环下润滑收油特性实验台，包括供油系统、实验系统、回油系统、测试系统和拍摄系统；
[0007]供油系统用于将滑油输送至实验系统；
[0008]实验系统用于进行滑油收油实验，实验系统包括径向收油环；
[0009]测试系统用于获取回油质量和供油质量流量，回油质量和供油质量流量用于确定径向收油环的收油效率；
[0010]拍摄系统用于获取实验系统内滑油射流的破碎飞溅图像；
[0011]回油系统用于在滑油收油实验结束后，将实验系统中的滑油输送回供油系统。
[0012]在一个实施例中，供油系统包括滑油箱和与滑油箱密封连通的供油管路，供油管路上设置有供油泵、滑油滤、溢流阀、气动阀和供油喷嘴，供油喷嘴深入实验系统，将滑油喷射进实验系统内。
[0013]在一个实施例中，实验系统包括：实验腔、高速电机，实验腔内设置有径向收油环和轴承内环，高速电机、径向收油环和轴承内环同轴布设，高速电机通过联轴器与主轴连接，高速电机能够通过主轴带动所述径向收油环和轴承内环同步高速旋转；所述实验腔的底部设置有回油口，用于所述实验腔内的回油流出。
[0014]在一个实施例中，实验系统还包括V型块和调节杆，供油系统的供油喷嘴通过顶丝顶紧在V型块内，供油喷嘴能够沿自身轴线方向移动以调节供油喷嘴与径向收油环的距离；V型块和调节杆固定连接，当调节调节杆时，能够通过V型块调节供油喷嘴的喷射角度。
[0015]在一个实施例中，径向收油环外圆设置有挡油凸台，实验腔的外罩内壁上设置有挡油隔板，挡油凸台和挡油隔板靠近但不接触，二者之间形成径向微小间隙；挡油凸台和挡油隔板将实验腔分为前腔和后腔，径向收油环收集的滑油通过输油管道进入后腔，未被径向收油环收集的滑油进入前腔。
[0016]在一个实施例中，回油口包括前侧回油口和后侧回油口，二者分别设置在前腔底部和后腔底部。
[0017]在一个实施例中，挡油隔板为楔形结构，挡油隔板的内宽度w1不大于挡油凸台的宽度w2，挡油隔板楔边的外宽度w3不小于挡油凸台的宽度，楔边的内楔角α为30
°
～35
°
，楔边的外楔角β为135
°
～155
°
。
[0018]在一个实施例中，实验腔的外罩上开设有条形槽，供油系统的供油喷嘴通过条形槽深入实验腔。
[0019]在一个实施例中，测试系统包括：电子秤和质量流量计，电子秤设置在实验系统的实验腔的下方，用于获取回油质量，质量流量计设置在供油系统的供油管路上，用于获取供油质量流量。
[0020]在一个实施例中，测试系统还包括：第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一压力传感器和第二压力传感器，第一温度传感器设置在供油系统的滑油箱内，第二温度传感器设置在供油系统的溢流阀前，第三温度传感器设置在供油系统的供油喷嘴前，第一压力传感器设置在供油系统的溢流阀前，第二压力传感器设置在供油系统的供油喷嘴前。
[0021]在一个实施例中，回油系统包括：收油量杯、回油泵、滑油滤、油气分离器和散热器，收油量杯设置在实验系统的实验腔的下方，滑油在重力作用下由实验腔的回油口流至收油量杯；回油泵通过伸入收油量杯内的管道抽取滑油并依次经过滑油滤、油气分离器和散热器将滑油泵送至供油系统的滑油箱。
[0022]第二方面，提供一种航空高速轴承径向环下润滑收油特征测试方法，基于上述的实验台，包括：
[0023]设置实验中所需的滑油温度，供油压力和供油温度，关闭供油系统的气动阀，启动供油泵使滑油均匀加热到设置温度；将供油喷嘴调调整至实验工况所需角度；采用纳米胶
带密封实验腔的条型槽的开口部分；根据所需实验转速设置变频器频率后启动高速电机，使高速电机加速到设置转速后稳定运行；
[0024]开启供油系统的气动阀，使滑油经供油喷嘴进入实验腔；
[0025]待实验系统的实验腔流入收油量杯的滑油流量稳定后，连续采集记录不小于30s时间内的供油质量流量和回油质量，同时按照实验需求拍摄滑油射流的破碎飞溅图像并保存；
[0026]停止高速电机，关闭供油系统的气动阀，使供油系统开始内循环；开启回油泵，管道伸入收油量杯将滑油抽回至滑油箱，抽完后关闭回油泵，并将电子秤清零；
[0027]改变所需实验转速、供油压力和供油温度，重复以上步骤，完成其他实验工况的参数测量；
[0028]对不同实验工况下采集到的回油质量进行时间平均，计算得到回油质量的时间平均值；对回油质量的时间平均值应用最小二乘法计算回油质量流量，并将回油质量流量与供油质量流量进行比较，若两者差异大于0.5％，则检查实验系统是否存在漏油或测试仪器是否存在故障，若两者差异小于0.5％，计算第二电子秤的回油质量流量与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空高速轴承径向环下润滑收油特性实验台，其特征在于，包括供油系统(1)、实验系统(2)、回油系统(3)、测试系统(4)和拍摄系统(5)；所述供油系统(1)用于将滑油输送至所述实验系统(2)；所述实验系统(2)用于进行滑油收油实验，所述实验系统(2)包括径向收油环(21)；所述测试系统(4)用于获取回油质量和供油质量流量，所述回油质量和所述供油质量流量用于确定所述径向收油环(21)的收油效率；所述拍摄系统(5)用于获取所述实验系统(2)内滑油射流的破碎飞溅图像；所述回油系统(3)用于在滑油收油实验结束后，将所述实验系统(2)中的滑油输送回所述供油系统(1)。2.如权利要求1所述的实验台，其特征在于，所述供油系统(1)包括滑油箱(11)和与所述滑油箱(11)密封连通的供油管路(12)，所述供油管路(12)上设置有供油泵(13)、滑油滤(14)、溢流阀(15)、气动阀(16)和供油喷嘴(17)，所述供油喷嘴(17)深入所述实验系统(2)，将滑油喷射进所述实验系统(2)内。3.如权利要求1所述的实验台，其特征在于，所述实验系统(2)包括：实验腔(22)、高速电机(23)，所述实验腔(22)内设置有径向收油环(21)和轴承内环(24)，所述高速电机(23)、径向收油环(21)和轴承内环(24)同轴布设，所述高速电机(23)通过联轴器与主轴(25)连接，所述高速电机(23)能够通过主轴(25)带动所述径向收油环(21)和轴承内环(24)同步高速旋转；所述实验腔(22)的底部设置有回油口(26)，用于所述实验腔(22)内的回油流出。4.如权利要求3所述的实验台，其特征在于，所述实验系统(2)还包括V型块(210)和调节杆(211)，所述供油系统(1)的供油喷嘴(17)通过顶丝顶紧在所述V型块(210)内，所述供油喷嘴(17)能够沿自身轴线方向移动以调节所述供油喷嘴(17)与所述径向收油环(21)的距离；所述V型块(210)和所述调节杆(211)固定连接，当调节所述调节杆(211)时，能够通过所述V型块(210)调节所述供油喷嘴(17)的喷射角度。5.如权利要求3所述的实验台，其特征在于，所述径向收油环(21)外圆设置有挡油凸台(212)，所述实验腔(22)的外罩(22
‑
1)内壁上设置有挡油隔板(213)，所述挡油凸台(212)和所述挡油隔板(213)靠近但不接触，二者之间形成径向微小间隙；所述挡油凸台(212)和所述挡油隔板(213)将所述实验腔(22)分为前腔(22
‑
4)和后腔(22
‑
5)，所述径向收油环(21)收集的滑油通过输油管道进入后腔(22
‑
5)，未被所述径向收油环(21)收集的滑油进入前腔(22
‑
4)。6.如权利要求5所述的实验台，其特征在于，所述回油口(26)包括前侧回油口(26
‑
1)和后侧回油口(26
‑
2)，二者分别设置在所述前腔(22
‑
4)底部和所述后腔(22
‑
5)底部。7.如权利要求5所述的实验台，其特征在于，所述挡油隔板(213)为楔形结构，所述挡油隔板(213)的内宽度w1不大于所述挡油凸台(212)的宽度w2，所述挡油隔板(213)楔边的外宽度w3不小于挡油凸台(212)的宽度，所述楔边的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕亚国，姜乐，曹逸韬，刘振侠，胡剑平，朱鹏飞，刘振刚，高文君，张丽芬，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：