[發明專利]燃氣輪機轉子軸斷裂模擬裝置和燃氣輪機轉子實驗系統

在審

• 申請號: 202110361034.3
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN115183993A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 翁依柳;龔煦;唐振南
• 申請（專利權）人: 中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 許柱山

本公開涉及一種燃氣輪機轉子軸斷裂模擬裝置和燃氣輪機轉子實驗系統，其中，燃氣輪機轉子軸斷裂模擬裝置包括：包括：轉子軸，其外周壁的預設位置形成有周向凹槽；加熱部件，設置在周向凹槽內；和控制部件，被配置為在轉子軸達到預設轉速時打開加熱部件，以使轉子軸在預設位置斷裂。通過在轉子軸的預設位置設置周向凹槽，該位置結構強度被弱化，加熱部件設置在周向凹槽內，控制部件在轉子軸的轉速達到預設值時打開加熱部件，加熱部件使軸上預設位置的溫度升高，該位置在溫度載荷和離心載荷的雙重作用下，強度受到局部弱化，在軸向力作用下，弱化的位置發生斷裂，易于實現轉子軸在指定位置下和指定轉速下的斷裂模擬。

技術領域

本公開涉及一種燃氣輪機轉子軸斷裂模擬裝置和燃氣輪機轉子實驗系統。

背景技術

這里的陳述僅提供與本公開有關的背景信息，而不必然地構成現有技術。

航空發動機的主軸在實際運行中，可能由于超扭、共振、疲勞、腐蝕、材料缺陷和制造誤差或者其他間接事件導致斷裂事故的發生。雖然斷軸事故發生的概率很小，但是一旦發生，就有可能導致危害性的后果。一般的燃氣渦輪發動機中，主軸的一端連接渦輪轉子作為驅動，另一端連接壓氣機作為負載。斷軸事故發生時，渦輪和壓氣機瞬間解耦，此時渦輪仍持續受到燃燒室排出的高能氣體，在負載缺失的情況下，渦輪轉子轉速會迅速上升。當轉速超過輪盤的破裂轉速時，渦輪盤就有破裂的危險，而這在發動機的設計要求及適航審定要求中都是不允許發生的。為了保證飛行安全，在發動機設計和審定中，需要確定在軸斷裂情況下，發動機轉子的最大可能轉速，并確保該轉速不會超過輪盤的破裂轉速。

發動機主軸斷裂后，渦輪、壓氣機及燃燒室的特性將在瞬間發生極大的變化，原有的平衡態被打破，發動機狀態將遠遠地偏離設計點，基于正常工作狀態和平衡方程的轉速預測模型將無法預測軸斷裂后的渦輪轉子轉速。因此，需要建立軸斷裂后的瞬態預測模型，同時開展相應的試驗來進行驗證模型。

航空發動機由于轉子轉速高，工作條件惡劣，對模擬其主軸斷裂事件的試驗難度極大，因此需要對試驗方法進行廣泛而深入的研究。斷軸試驗能揭示軸斷裂后，渦輪和壓氣機等部件的特性變化、轉子轉速上升規律和超轉保護裝置的有效性。

現有的發動機斷軸模擬方式中，比較普遍的是采用切割方式，用硬質材料制成的刀具切割發動機轉軸實現斷軸。這種方式往往需要對發動機結構進行改造，以便安裝切割機構及其控制機構，增加了試驗的成本和復雜度。同時，改造后的發動機結構會與原構型產生差異，用該種方式模擬的斷軸無法準確地再現真實發動機斷軸的狀態。

發明內容

本公開所要解決的一個技術問題是：提供一種燃氣輪機轉子軸斷裂模擬裝置和燃氣輪機轉子實驗系統，能夠易于實現轉子軸在指定位置下和指定轉速下的斷裂模擬。

根據本公開的一些實施例提供的一種燃氣輪機轉子軸斷裂模擬裝置，包括：轉子軸，其外周壁的預設位置形成有周向凹槽；加熱部件，設置在周向凹槽內；和控制部件，被配置為在轉子軸達到預設轉速時打開加熱部件，以使轉子軸在預設位置斷裂。

在一些實施例中，加熱部件包括加熱電阻絲，加熱電阻絲纏繞在周向凹槽內。

在一些實施例中，周向凹槽設有與轉子軸的內徑相通的電阻絲孔，加熱電阻絲被配置為從轉子軸的內徑穿入并通過電阻絲孔纏繞在周向凹槽內，繼而從轉子軸的內徑穿出。

在一些實施例中，電阻絲孔包括第一電阻絲孔和第二電阻絲孔，加熱電阻絲被配置為從第一電阻絲孔穿出并纏繞在周向凹槽內，繼而從第二電阻絲孔穿入轉子軸的內徑。

在一些實施例中，加熱電阻絲的與轉子軸接觸的引線部分由絕熱材料包裹，并固定在轉子軸的內徑上。

在一些實施例中，還包括電滑環，控制部件通過電滑環與加熱部件的引線電連接。

根據本公開的一些實施例提供的一種燃氣輪機轉子實驗系統，包括前述燃氣輪機轉子軸斷裂模擬裝置。