[發明專利]一種具測扭功能的緊湊型渦輪軸結構

有效

• 申請號: 202110491445.4
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113153439B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 余索遠;包幼林;行峰濤;馮磊;段兵兵;張婷婷;李立新;成文娟
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: F01D5/06
• 分類號: F01D5/06;F01D21/00;G01L3/04
• 代理公司: 湖南正則奇美專利代理事務所(普通合伙) 43105
• 代理人: 肖琦

本發明公開了一種具測扭功能的緊湊型渦輪軸結構，涉及渦輪發動機技術領域，包括動力渦輪軸，包括動力輸入端、動力輸出端和細軸；加強筋，其均勻設于細軸外周壁；基準軸，其整體套設于動力渦輪軸上；測扭環，其適于裝配在動力輸出端上，與基準軸配合使用來測量扭矩，本發明涉及渦輪發動機技術領域。本具測扭功能的緊湊型渦輪軸結構，通過設置的細軸與其表面的加強筋，實現緊湊型渦輪軸的測扭功能的同時，也具備足夠的抗彎能力；通過設置的基準軸，將細軸和加強筋完全包括在內部，避免動力渦輪軸直接暴露在油氣環境中，減小加強筋摩擦，減弱加強筋所帶來的鼓風效應，避免鼓風損失。

技術領域

本發明屬于渦輪發動機技術領域，具體是一種具測扭功能的緊湊型渦輪軸結構。

背景技術

渦輪軸為渦輪發動機的重要零件，看起來只是簡單的一根金屬管，但實際上它是一個肩負120000至160000rpm轉動及超高溫的精密零件，其精細的加工工差、精深的材料運用和處理正是所有渦輪廠最為核心的技術。目前，航空渦軸發動機通常要在發動機內部渦輪軸上設計測扭結構來監測發動機瞬時扭矩，通常采用的測扭原理為電相位法。

電相位法的具體原理是在動力渦輪軸外側或內部設置基準軸，基準軸一端與動力渦輪軸通過銷釘來連接，保證此端處基準軸與動力渦輪軸周向位移始終保持一致，在基準軸另一端出設置一個測扭環(基準軸在此處與動力渦輪軸保持大的徑向間隙配合，保證此處基準軸可以自由轉動，不受動力渦輪軸限制)，在此處同樣通過銷釘將測扭環與動力渦輪軸連接起來，使得測扭環在此處與動力渦輪軸的周向位移始終保持一致。在發動機工作過程中，動力渦輪渦輪工作葉片將直接將氣體膨脹做的功直接傳遞給動力渦輪軸，動力渦輪軸將產生扭矩，動力渦輪軸在承受扭矩的時候，不同軸向位置將發生不同的周向位移，也就是說動力渦輪軸在基準軸的兩端所處位置將發生不同的周向位移，基準軸一端與動力渦輪軸通過銷釘連接，另一端與動力渦輪軸保持大徑向間隙配合，不受動力渦輪軸影響，使得基準軸與左端銷釘連接處所示的周向位移相同，而測扭環與右端銷釘連接處周向位移相同，發動機工作時，左端銷釘連接處與右端銷釘連接處的周向位移存在位移差，動力渦輪軸承受的扭矩越大，這個扭矩差就越大，基準軸與測扭軸的齒之間的夾角將發生變化，扭矩傳感器通過基準軸與測扭環的切割磁感線感知基準軸與測扭環的相位和頻率，隨著扭矩的不斷變大，基準軸與測扭環的夾角將發生變化，夾角的變化將由扭矩傳感器直接通過相位角的變化感知，扭矩傳感器通過相位角的變化來感知動力渦輪軸的瞬時扭矩，從而獲取發動機的瞬時功率，上述即為電相位測扭的基本原理。

能夠在動力渦輪采用電相位測扭的多為前輸出型發動機，這是因為前輸出型發動機通常長度較長，同時為考慮動力渦輪軸可以從燃氣發生器芯部穿過，軸的外徑通常不大，軸自身的抗扭剛度不大，在發動機的設計功率下通?？梢詫崿F一個較大的扭轉角，可以保證一個較好的測扭精度。但是，目前航空渦軸發動機在朝向緊湊型發展，對于功率后輸出的發動機，動力渦輪軸的跨距通常較短，同時受到發動機的結構限制，動力渦輪轉子多為懸臂轉子，為滿足動力渦輪抓著力順利通過臨界轉速，此時往往需要渦輪軸具有較大的抗彎剛度，即軸外徑足夠大，而渦輪軸外徑過大勢必會造成軸的抗扭剛度也大，從而造成扭角過小，過小的扭角通常精度較低，實際工程意義不大，因此在此種情況下，渦軸發動機就不能在發動機內部測扭。

因此，本領域技術人員提供了一種具測扭功能的緊湊型渦輪軸結構，以解決上述背景技術中提出的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具測扭功能的緊湊型渦輪軸結構，以解決上述背景技術中提出的問題和缺陷的至少一個方面。

根據本發明的一個方面，提供一種具測扭功能的緊湊型渦輪軸結構，包括：動力渦輪軸，所述動力渦輪軸一端為動力輸入端，另一端為動力輸出端，所述動力輸入端與動力輸出端之間為細軸；加強筋，所述加強筋設有若干個，且其均勻設于所述細軸外周壁；基準軸，其一端適于裝配在所述動力輸入端上，另一端適于裝配在所述動力輸出端上；測扭環，所述測扭環適于裝配在所述動力輸出端上，與基準軸配合使用來測量扭矩。