一種高壓壓氣機試驗件結構的制作方法

本發明屬于航空發動機試驗領域，具體涉及一種高壓壓氣機試驗件結構。

背景技術：

高壓壓氣機作為航空發動機核心機三大部件之首，是發動機最為關鍵的子系統，它決定發動機性能的優劣和穩定工作的能力。開展部件試驗在航空發動機研制、改進和發展中極其重要，是發動機型號研制的基礎，幾乎每一項新設計技術都是通過相應的部件試驗得以充分驗證后，才具備應用推廣條件。

現有技術中，采用在發動機整機試車中摸索高壓壓氣機部件特性的試驗方法，該方法相應成本增高，且多部件共同工作，高壓壓氣機部件特性受其它部件如渦輪部件等的約束及影響，其可靠性和安全性也會降低，技術風險較高。

采用單獨的高壓壓氣機部件試驗方法，在滿足氣動設計的基礎上，需要開展高壓壓氣機試驗件結構設計，包括零組件連接方案設計，傳力路線方案設計，支撐方案設計，支點方案設計，測試方案設計，軸向力平衡方案等，復雜程度不亞于真實的發動機設計。因此，能否設計出高結構可靠性的高壓壓氣機試驗件，是開展高壓壓氣機部件試驗的制約因素。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明提出了采用單獨的高壓壓氣機部件試驗方法的技術方案，為此，設計了一種能夠單獨進行試驗的高壓壓氣機試驗件，在滿足氣動設計的基礎上，開展了高壓壓氣機試驗件結構設計，包括零組件連接方案設計，傳力路線方案設計，支撐方案設計，支點方案設計，測試方案設計，軸向力平衡方案等。

本發明高壓壓氣機試驗件，包括依次連接的進口機匣部件、一支點承力機匣部件、高壓壓氣機部件、二支點承力機匣部件、轉接機匣部件、三支點承力機匣部件，其中，一支點承力機匣部件、二支點承力機匣部件及三支點承力機匣部件均采用內外環結構形式，且內環與外環之間設置有連接支板，所述連接支板上設置有連通內外環的氣路及油路，所述高壓壓氣機部件能夠繞其中心長軸轉動，所述三支點承力機匣部件設置有用于外掛的吊耳，所述高壓壓氣機試驗件還包括：

一支點部件，包括轉動連接的外端與內端，其兩端分別固定在所述一支點承力機匣部件的內環上及所述中心長軸的一端；

二支點部件，包括轉動連接的外端與內端，其兩端分別固定在所述二支點承力機匣部件的內環上及所述中心長軸的另一端；

三支點部件，包括轉動連接的外端與內端，其兩端分別固定在所述三支點承力機匣部件的內環上及后轉軸上，所述后轉軸連接試驗臺驅動軸；

平衡盤部件，其一端設置成能夠在所述轉接機匣部件的內環上滑動，另一端分別向兩側延伸以連接所述后轉軸及前轉軸，所述前轉軸的另一端連接所述中心長軸，所述中心長軸與所述前轉軸、后轉軸由所述試驗臺驅動軸驅動并同軸旋轉。

優選的是，所述一支點部件的內端與外端通過滾棒軸承連接，二支點部件的內端與外端通過滾珠軸承連接，三支點部件的內端與外端通過滾棒軸承連接。

優選的是，所述進口機匣部件包括外機匣與整流罩帽，外機匣與整流罩帽形成壓氣機進口流路。

優選的是，整流罩帽為弧形結構，所述弧形結構配置成使所述進口流路自連接一支點承力機匣部件的一端向外延伸時，內徑逐漸增大。

優選的是，所述一支點部件、二支點部件以及三支點部件均包括篦齒封嚴結構，所述篦齒封嚴結構包括裝配于所述中心長軸上或后轉接部件上的封嚴篦齒及裝配在軸承座上的封嚴涂層，所述軸承座固定在所述承力機匣部件的內環上，所述封嚴篦齒與所述封嚴涂層間隙配合。

優選的是，所述轉接機匣部件上設置有連通管路及外界的旁路退喘接口。

優選的是，所述平衡盤部件上設置有可拆卸的平衡塊，用于調整轉子不平衡量。

優選的是，所述平衡盤部件與轉接機匣部件通過篦齒封嚴結構間隙配合。

本發明的關鍵點在于：

1.高壓壓氣機試驗件總體結構方案；

2.零組件連接方案；

3.轉子支撐方案；

4.轉子可拆卸式中心長軸的連接方案；

5.支點的裝配(定位)、潤滑及密封方案；

6.減振設計方案；

7.承力機匣結構方案；

8.傳力路線方案；

9.旁路退喘方案；

10.軸向力平衡方案；

11.轉子不平衡量調整方案(平衡盤結構)

本發明的優點在于：

提出了單獨的高壓壓氣機部件試驗方法，實現高的結構可靠性，同時降低了研制技術風險，節約成本。

獨特的零組件結構形式及方案，解決了零組件連接、轉子支撐、支點定位、潤滑及密封、減振、傳力路線、旁路退喘、軸向力平衡、不平衡量調整等技術難點，滿足高壓壓氣機部件試驗要求。

附圖說明

圖1為按照本發明高壓壓氣機試驗件結構的一優選實施例的高壓壓氣機試驗件結構示意圖。

圖2為本發明圖1所示實施例的進口機匣部件結構示意圖。

圖3為本發明圖1所示實施例的高壓壓氣機部件結構示意圖。

圖4為本發明圖1所示實施例的一支點部件結構示意圖。

圖5為本發明圖1所示實施例的二支點部件結構示意圖。

圖6為本發明圖1所示實施例的三支點部件結構示意圖。

圖7為本發明圖1所示實施例的一支點承力機匣部件結構示意圖。

圖8為本發明圖1所示實施例的二支點承力機匣部件結構示意圖。

圖9為本發明圖1所示實施例的三支點承力機匣部件結構示意圖。

圖10為本發明圖1所示實施例的轉接機匣部件結構示意圖。

圖11為本發明圖1所示實施例的平衡盤部件結構示意圖。

圖12為本發明圖1所示實施例的轉接軸部件結構示意圖。

其中，1-進口機匣部件、2-一支點承力機匣部件、3-高壓壓氣機部件、4-一支點部件、5-二支點部件、6-三支點部件、7-二支點承力機匣部件、8-轉接機匣部件、9-三支點承力機匣部件、10-平衡盤部件、11-前轉接軸部件，12-后轉接軸部件；

1a-外機匣、1b-整流帽罩；

2a-內環、2b-外環、2c-支板、2d-油孔、2e-氣孔、2f-轉接接口；

3a-中心長軸、3b-盤、3c-螺母、3d-螺母；

4a-軸承內環、4b-封嚴篦齒、4c-軸承座、4d-封嚴涂層、4e-螺母、4f-軸承外環、4g-螺母、4h-噴嘴、4j-氣路、4k-油路、4m-外接管路、4n-彈性支撐、4p-擠壓油膜阻尼；

5a-軸承內環、5b-封嚴篦齒、5c-軸承座、5d-封嚴涂層、5e-螺母、5f-軸承外環、5g-軸承壓環、5h-噴嘴、5j-氣路、5k-油路、5m-外接管路、5n-支點靜子封嚴環、5p-二支點軸承腔；

6a-軸承內環、6b-封嚴篦齒、6c-軸承座、6d-封嚴涂層、6e-螺母、6f-軸承外環、6g-螺母、6h-噴嘴、6j-氣路、6k-油路、6m-外接管路、6n-彈性支撐、6p-擠壓油膜阻尼、6r-三支點靜子封嚴環、6s-三支點軸承腔；

7a-內環、7b-外環、7c-支板、7d-油孔、7e-氣孔、7f-轉接接口；

8a-封嚴涂層、8b-旁路退喘接口；

9a-內環、9b-外環、9c-支板、9d-油孔、9e-氣孔、9f-轉接接口、9g-吊耳；

10a-平衡塊安裝邊、10b-平衡塊、10c-篦齒；

11a-花鍵、11b-調整墊、12a-齒輪。

具體實施方式

為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明保護范圍的限制。

本發明提出了一種高壓壓氣機試驗件結構，如圖1所示，包括依次連接的進口機匣部件1、一支點承力機匣部件2、高壓壓氣機部件3、二支點承力機匣部件7、轉接機匣部件8、三支點承力機匣部件9，其中，一支點承力機匣部件2、二支點承力機匣部件7、及三支點承力機匣部件9均采用內外環結構形式，且內環與外環之間設置有連接支板，所述連接支板上設置有連通內外環的氣路及油路，所述高壓壓氣機部件3能夠繞其中心長軸3a轉動(中心長軸3a參考圖3)，所述三支點承力機匣部件9設置有用于外掛的吊耳9a，所述高壓壓氣機試驗件還包括：

一支點部件4，包括轉動連接的外端與內端，其兩端分別固定在所述一支點承力機匣部件2的內環上及所述中心長軸3a的一端；

二支點部件5，包括轉動連接的外端與內端，其兩端分別固定在所述二支點承力機匣部件7的內環上及所述中心長軸3a的另一端；

三支點部件6，包括轉動連接的外端與內端，其兩端分別固定在所述三支點承力機匣部件9的內環上及后轉軸12上，所述后轉軸連接試驗臺驅動軸；

平衡盤部件10，其一端設置成能夠在所述轉接機匣部件8的內環上滑動，另一端分別向兩側延伸以連接所述后轉軸12及前轉軸11，所述前轉軸11的另一端連接所述中心長軸3a，所述中心長軸3a與所述前轉軸11、后轉軸12由所述試驗臺驅動軸驅動并同軸旋轉。

需要說明的是，圖1為高壓壓氣機的半剖視圖，一支點承力機匣部件2、二支點承力機匣部件7及三支點承力機匣部件9連接形成高壓壓氣機外壁，并向內延伸形成搭接段，以連接一支點部件4、二支點部件5、三支點部件6以及平衡盤部件10，上述實施例中對外壁采用內外環結構形式描述，旨在對其與一支點部件4等的連接關系描述，同時，以連接支板的結構來限制其管路連接，可以理解的是，管路包括氣路及油路，之后再具體部件中再詳細描述。圖1中，以底端的長軸為中心軸，一支點部件4、二支點部件5、三支點部件6以及平衡盤部件10繞其轉動，但一支點承力機匣部件2、二支點承力機匣部件7及三支點承力機匣部件9外壁不隨之轉動，因此，一支點部件4、二支點部件5及三支點部件6均采用轉動連接結構，采用該連接結構的另一個目的在于傳力，而平衡盤部件10不承力、不傳力，因此，其被動與轉接機匣部件8滑動連接即可。

本實施例中，試驗件通過進口機匣部件1與試驗臺進氣段連接，通過三支點承力機匣部件9與試驗臺排氣段連接，通過后轉接軸部件12與試驗臺驅動軸連接，傳輸動力扭矩。

本實施例中，試驗件轉子為三支點結構，采用滾棒-滾珠-滾棒支撐形式，滾棒軸承承受整個試驗件的重量，滾珠軸承承受壓氣機轉子全部軸向負荷，有且僅有1個滾珠軸承，布置在2個滾棒軸承之間，即一支點部件4與三支點部件6通過滾棒軸承連接，二支點部件5通過滾珠軸承連接。壓氣機轉子軸向負荷通過二支點部件5的滾珠軸承、滾珠軸承支座，并依次傳遞給二支點承力機匣部件7、轉接機匣部件8和三支點承力機匣部件9，最終傳遞到試驗臺。

下面對各部件進行詳細描述。

圖2給出了進口機匣部件1的結構示意圖。進口機匣部件包括外機匣1a和整流帽罩1b，共同構成壓氣機進口流路，外機匣1a前安裝邊與試驗臺進氣段止口配合，螺栓連接，整流帽罩1b與一支點承力機匣部件2止口配合，螺栓連接。

進口機匣部件模擬整機狀態高壓壓氣機進口流場：外機匣實現與試驗臺接口及流路轉接功能，內機匣采用特殊結構的整流帽罩，實現氣流在內流路的圓滑轉接，所述特殊結構的整流帽罩參考圖2，為弧形結構，自連接一支點承力機匣部件2向外延伸的過程中，采用圓滑過渡及開口擴張的形式，所述開口擴張是指其與外機匣1a間距變大。

圖3給出了高壓壓氣機部件3的結構示意圖，高壓壓氣機部件3前與一支點承力機匣部件2止口配合，螺栓連接，后與二支點承力機匣部件7止口配合，螺栓連接，壓氣機轉子采用可拆卸式中心長軸3a，將各級盤3b和中心長軸連接，通過螺母(3c、3d)軸向壓緊定位。

圖4給出了一支點部件4結構示意圖，圖5給出了二支點部件5的結構示意圖，圖6給出了三支點部件6的結構示意圖。一支點部件4、二支點部件5和三支點部件6均采用篦齒封嚴、噴嘴供油方式：一、二支點軸承內環(4a、5a)和封嚴篦齒(4b、5b)裝配于高壓壓氣機部件中心長軸(3a)，三支點軸承內環(6a)和封嚴篦齒(6b)裝配于后轉接軸部件12，均為圓柱面配合定心，與裝配于軸承座(4c、5c、6c)的封嚴涂層(4d、5d、6d)為間隙配合，優選小間隙配合以減小空氣泄漏，螺母(4e、5e、6e)軸向壓緊定位；軸承外環(4f、5f、6f)裝配于軸承座，圓柱面配合定心，一支點及三支點軸承外環由螺母(4g、6g)軸向壓緊定位，二支點軸承外環由軸承壓環5g軸向壓緊定位；噴嘴(4h、5h、6h)裝配于軸承座，噴射供油；支點封嚴及潤滑采用臺架供給方式，設計相應氣路(4j、5j、6j)及油路(4k、5k、6k)，采用外接管路(4m、5m、6m)和承力機匣支板開孔結構形式，與試驗臺相應氣路或油路轉接；一、三支點帶有彈性支撐(4n、6n)及擠壓油膜阻尼(4p、6p)，減小轉子振動。

圖7為一支點承力機匣部件2結構示意圖，圖8為二支點承力機匣部件7結構示意圖，圖9為三支點承力機匣部件9結構示意圖，各承力機匣為氣路、油路、測試傳感器等安裝提供接口：采用內、外環加支板的結構形式，內環構成內流路，外環構成外流路，支板將內、外環連接成一體；支板周向均布，中間開有相應油孔、氣孔；各承力機匣外表面布置轉接接口，分別與試驗臺的氣路、油路轉接，安裝測試受感部。

各承力機匣與軸承座連接，承受轉子部件的徑向力和軸向力，并將軸向力傳遞到試驗臺。

具備吊裝功能：三支點承力機匣上方布置吊耳。

參考圖7-圖9，一支點承力機匣部件2、二支點承力機匣部件7、三支點承力機匣部件9為氣路、油路、測試傳感器等安裝提供接口。采用內、外環加支板的結構形式，內環(2a、7a、9a)構成內流路，外環(2b、7b、9b)構成外流路，支板(2c、7c、9c)將內、外環連接成一體；支板周向均布，中間開有相應油孔(2d、7d、9d)、氣孔(2e、7e、9e)；各承力機匣外表面布置轉接接口(2f、7f、9f)，分別與試驗臺的氣路、油路轉接，安裝測試受感部；與軸承座(4c、5c、6c)連接，承受轉子部件的徑向力和軸向力，并將軸向力傳遞到試驗臺；三支點承力機匣上方布置吊耳9g，用于試驗件吊裝。

圖10為轉接機匣部件8的結構示意圖，轉接機匣部件8實現二支點承力機匣部件7和三支點承力機匣部件9轉接，實現轉子軸向力傳遞功能，構成發動機內外流路，提供與平衡盤部件10配合的封嚴涂層8a裝配基準。

試驗件具備退喘功能：轉接機匣開有旁路退喘接口8b，當試驗臺出口段放氣活門調節卡滯或失靈，可以通過此接口實現放氣退喘功能。

圖11為平衡盤部件10的結構示意圖，平衡盤部件10前端與前轉接軸部件11止口配合，螺栓連接，后端與后轉接軸部件12止口配合，螺栓連接，布置于在二、三支點間；右側帶有平衡塊安裝邊10a，依據轉子不平衡量大小及方位裝配平衡塊10b，調整轉子不平衡量；采用篦齒結構10c，與轉接機匣部件封嚴涂層8a配合，減小空氣泄漏。

圖12為轉接軸部件結構示意圖，所述轉接軸包括前述后轉軸12及前轉軸11，前轉接軸部件11通過花鍵11a與高壓壓氣機轉子連接，圓柱面定心，連接處設有調整墊11b，依據零組件實際生產加工及裝配情況，調整轉子部件間的軸向尺寸，用以滿足設計圖紙及文件要求；與二支點靜子封嚴環5n構成二支點軸承腔5p；后轉接軸部件12通過齒輪12a與試驗臺動力驅動軸連接，傳遞動力扭矩；后轉接軸部件為三支點封嚴篦齒6b提供裝配基準，與三支點靜子封嚴環6r配合構成三支點軸承腔6s。

最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。