[實(shí)用新型]一種沖擊換熱下機(jī)匣熱變形的測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720356223.0
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN206638415U
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高金海;胡嘉麟;劉軍;柳光;胡春艷;王沛;杜強(qiáng);郭寶亭
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M15/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及燃?xì)廨啓C(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)的渦輪機(jī)匣傳熱與變形測量裝置。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)在不同工作狀態(tài)下，機(jī)匣與轉(zhuǎn)子葉片之間的間隙變化不同，例如巡航狀態(tài)下間隙要遠(yuǎn)大于起飛狀態(tài)，每減小0.254mm的葉尖間隙可減小0.8％-1％的耗油率、減小于10℃的排氣溫度，通過葉尖主動(dòng)間隙控制技術(shù)能夠有效地降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，從而降低排氣溫度，減小NOx、CO、CO2排放，提高熱端部件的循環(huán)壽命，提高單次飛行任務(wù)的有效載荷并拓寬高壓壓氣機(jī)的失速邊界。采用渦輪主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)，沖擊換熱下機(jī)匣的熱變形值，是控制渦輪機(jī)匣和轉(zhuǎn)子葉片葉尖間隙的重要數(shù)據(jù)支持。

關(guān)于主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，NASA在2003年提出了一種機(jī)械式主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)(Mechanical ACC,M-ACC)及其改進(jìn)型，相對于傳統(tǒng)的采用冷氣對機(jī)匣進(jìn)行沖擊冷卻的方式(Thermal ACC,T-ACC)，其采用液壓裝置、伺服電機(jī)的方式，對機(jī)匣進(jìn)行徑向可控的變形量調(diào)整并詳細(xì)設(shè)計(jì)了相關(guān)的試驗(yàn)方案，其試驗(yàn)方案考慮了溫度場與壓力場，且對作動(dòng)器的熱防護(hù)問題進(jìn)行了詳細(xì)敘述，并于2005年給出了部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)及在試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及解決方法；Mattern提出了一種電磁式作動(dòng)器，并對其效果進(jìn)行了驗(yàn)證；Justak等人設(shè)計(jì)了一種控制渦輪葉尖間隙的自適應(yīng)雙層封嚴(yán)結(jié)構(gòu)，外層為分段的密封面，作為第一級密封，內(nèi)層采用可變形金屬軟片作為第二級密封，其利用氣體在密封結(jié)構(gòu)中的壓降作為自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)力，來保證在整個(gè)飛行循環(huán)中轉(zhuǎn)靜子間隙保持在0.127-0.254mm；Knipser等人比較了基于機(jī)械式(M-ACC)與冷氣式(T-ACC)的兩種ACC系統(tǒng)，其認(rèn)為，T-ACC系統(tǒng)較為簡單，但發(fā)動(dòng)機(jī)從T-ACC系統(tǒng)中獲得的性能增長并不是線性的，使用T-ACC系統(tǒng)會增加耗油率，并且，由于熱慣性的影響，T-ACC系統(tǒng)應(yīng)用于閉環(huán)控制時(shí)響應(yīng)速度慢，會增加碰磨的可能性，而為了減小碰磨的概率只得犧牲間隙控制的范圍。而M-ACC系統(tǒng)從發(fā)動(dòng)機(jī)的出功中抽取的功率可以忽略不計(jì)，且不需要犧牲間隙控制范圍，適用于閉環(huán)、精確控制。但是，使用M-ACC系統(tǒng)后，機(jī)匣在高溫下除了溫度引起的內(nèi)應(yīng)力外會額外多一項(xiàng)來自于M-ACC系統(tǒng)的應(yīng)力，這會增加機(jī)匣的蠕變，減少循環(huán)壽命，即使用M-ACC系統(tǒng)后，提高了單次飛行任務(wù)中的燃油經(jīng)濟(jì)性，但縮短了其熱端部件的循環(huán)壽命。

對于主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)中的核心問題——沖擊換熱下機(jī)匣的溫度場及位移場的研究。在國外，最具代表性的就是NASA于1979年開展的針對JT9D-70/59的高壓渦輪ACC系統(tǒng)的研究，其在高壓渦輪機(jī)匣內(nèi)部設(shè)計(jì)安裝了封嚴(yán)支撐結(jié)構(gòu)，利用旋轉(zhuǎn)燃?xì)饧訙卦O(shè)備作為熱源來模擬主流燃?xì)猓贏CC系統(tǒng)的作用下，測量了機(jī)匣的溫度場與機(jī)匣的變形場，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)周向熱變形并不均勻，最大徑向熱變形為2.84mm，最小徑向熱變形為1.93mm。但是，旋轉(zhuǎn)燃?xì)饧訙卦O(shè)備所需費(fèi)用高昂，且在該試驗(yàn)中未考慮機(jī)匣前后兩端的約束。在國內(nèi)，徐逸鈞等設(shè)計(jì)和搭建了可控變形機(jī)匣的模型試驗(yàn)臺，利用石英加熱管作為加熱裝置模擬燃?xì)庵髁?，利用?shù)顯百分表測量了機(jī)匣的熱變形量，開展了ACC系統(tǒng)的效果驗(yàn)證，但是，其采用的加熱方案為定熱流方案，與實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)有所差別。

綜上所述，在國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行的、提出概念并設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案的ACC系統(tǒng)的技術(shù)性驗(yàn)證試驗(yàn)，均將研究重點(diǎn)放在了有、無ACC系統(tǒng)作用時(shí)機(jī)匣的溫度場、位移場的變化規(guī)律上。本試驗(yàn)方案針對機(jī)匣變形測量中的約束問題與機(jī)匣變形測量中的熱源模擬問題加以改進(jìn)，來驗(yàn)證主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)對機(jī)匣徑向變形的調(diào)節(jié)效果，為主動(dòng)間隙控制的設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)方法驗(yàn)證提供翔實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型旨在提供一種沖擊換熱下機(jī)匣熱變形測量裝置，所述裝置可以有效模擬沖擊換熱下機(jī)匣所受約束狀態(tài)，并且可以有效模擬并測量沖擊換熱下機(jī)匣的溫度場，此外還可以有效測量沖擊換熱下機(jī)匣變形場。本試驗(yàn)方案的特點(diǎn)為，考慮了試驗(yàn)機(jī)匣的上下端約束作用，在分析ACC系統(tǒng)中機(jī)匣所處熱環(huán)境的基礎(chǔ)上，采用加熱環(huán)與自動(dòng)溫控機(jī)相結(jié)合的方式，采用定溫加熱的方式模擬主流燃?xì)狻?/p>

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：

一種沖擊換熱下機(jī)匣熱變形測量裝置，包括試驗(yàn)臺、試驗(yàn)機(jī)匣、上輔助機(jī)匣和下輔助機(jī)匣，其特征在于，