[發明專利]適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置及其方法

在審

• 申請號: 202111199746.6
• 申請日: 2021-10-14
• 公開（公告）號: CN113916424A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 由儒全;李海旺;施錦程;陶智
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01L3/24
• 分類號: G01L3/24;G01M15/02
• 代理公司: 北京君有知識產權代理事務所(普通合伙) 11630
• 代理人: 焦麗雅

1.一種適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置，其特征在于：包括渦輪試驗段（1）、齒式聯軸器（2）、測扭器（3）、增速箱（4）、碟片聯軸器（5）、水力測功機（6）和支撐座（7）；所述渦輪試驗段（1）與測扭器（3）通過齒式聯軸器（2）連接；增速箱（4）輸入軸、輸出軸均配置有法蘭盤結構，輸入法蘭盤與測扭器（3）直接相連；碟片聯軸器（5）用于增速箱（4）與水力測功機（6）之間的功率、轉速傳遞；水力測功機（6）、增速箱（4）、渦輪試驗段設置在支撐座（7）。

2.根據權利要求1所述的一種適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置，其特征在于：增速箱（4）和測扭器（3）采用集成設計，懸掛結構，形成一個整體；所述測扭器（3）直接懸掛在增速箱（4）的輸入軸端。

3.根據權利要求1所述的一種適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置，其特征在于：所述增速箱（4）為單輸入雙輸出結構形式。

4.根據權利要求1所述的一種適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置，其特征在于：增速箱（4）輸入軸、輸出軸水平安裝布置；輸出軸與輸入軸平行，水平偏心，中心距355mm。

5.根據權利要求1所述的一種適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置，其特征在于：由于所述增速箱（4）需承受3500N·m的超大扭矩，所述增速箱（4）采用人字齒輪。

6.根據權利要求1所述的一種適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置，其特征在于：增速箱（4）的輸出軸I傳動比：6.8；增速箱的輸出軸II傳動比：2.4；為了保證高轉速下的密封效果，所述增速箱殼體采用夾層結構，增速箱的傳動軸采用階梯設計。

7.根據權利要求1所述的一種適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置，其特征在于：所述增速箱（4）輸入軸、輸出軸均配置有法蘭盤結構，增速箱輸入軸的輸入法蘭盤與測扭器（3）直接相連；所述法蘭盤與軸均采用一體式設計制造。

8.根據權利要求1所述的一種適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置，其特征在于：支撐座（7）采用了熱定心支架，并且設置有滑軌，方便移動和安裝，且通過渦輪試驗段與排氣渦殼定心止口的定心，可保證試驗件旋轉中心、水力測功機的旋轉中心、增速箱的輸入軸旋轉中心偏差不大。

9.一種水力測功負載測試方法，包括權利要求1-8任一所述的適用于大功率高轉速渦輪臺的水力測功負載裝置，其特征為：包括如下步驟：

步驟1：打開水力測功機，保證測功機設定在轉速控制模式，并預先設定一個較低的控制轉速；

步驟2：渦輪試驗段在氣流作用下開始旋轉，并不斷提升轉速，直至達到測功機預設定控制轉速時，在低轉速時，測功機開始用輸出軸I接管渦輪試驗段轉速；

步驟3：在氣流溫度、壓力繼續增長的情況下，測功機在轉速控制模式下，自動調節水量加載，使試驗件轉速保持不變，扭矩持續增長；

步驟4：當扭矩積累到足夠跳轉至更高轉速時，將測功機切換至手動模式，迅速釋放水量，減小負載，調節設備轉速至新的設定轉速目標值；當轉速超過10000rpm時，平移增速箱，讓測功機開始用輸出軸Ⅱ接管渦輪試驗段轉速；

步驟5：設定轉速目標值時，應選擇穩定的工作轉速，避開振動較大的轉速點。同時還要參考測功機的工作包線，使試驗過程在測功機可控的能力包線內；

步驟6：重復上述過程，直至渦輪試驗件達到試驗工況點要求的轉速；然后，通過測扭器測量扭矩和轉速；

步驟7：計算渦輪試驗段的輸出功率；公式為：

P=F·V=(T/R)·（nπR/30）=nπT/30，P=功率單位W, T=轉矩單位N·m, n=每分鐘轉速單位轉/分鐘，如果將P的單位換成KW，那么就是如下公式：P*1000= nπT/30=T*n，P= T*n *3.1415926/30000

即功率=扭距*轉速/9550。

10.將權利要求9所述水力測功負載測試方法應用于航空發動機性能測試中。