一种核心机机匣密封试验系统及试验方法与流程

    技术2024-11-09  51


    本技术属于航空发动机试验领域,特别涉及一种核心机机匣密封试验系统及试验方法。


    背景技术:

    1、航空发动机核心机试车普遍存在非设计性漏气现象,其中部分位置受功能限制泄漏间隙无法避免;另一部分泄漏是由于密封结构设计缺陷导致,这部分泄漏量可通过结构改进得以减小或消除。在核心机试车过程中,无法准确判断具体的泄漏位置,更无法获得各泄漏位置的泄漏量,所以需要通过地面台架试验对泄漏位置和泄漏量进行识别,为核心机性能分析提供数据支撑,并指导密封结构的改进。

    2、现有的机匣密封试验以单一机匣单元体为研究对象,如先期开展过某型号压气机机匣密封特性试验。如图1所示的现有试验方案,压气机机匣101的前后安装边采用盖板封堵102,进气端采用气源103供气,压气机机匣101与气源103之间布置流量、压力和温度传感器,通过调节进气阀门控制进气参数达到预定状态。

    3、然而现有的机匣密封试验方案存在如下问题:

    4、1)现有方案无法准确识别泄漏位置,且无法获取各典型泄漏位置单独泄漏量;

    5、2)现有方案以各机匣单元体为研究对象,结果仅代表各机匣单元体的泄漏特性,无法获取各机匣间安装边的泄漏情况,而大量研究证明,机匣间安装边存在泄漏现象,且随着内压的变化而变化;

    6、3)现有方案对部分易发生泄漏部位进行封堵,所以试验结果仅代表压气机纵向安装边的泄漏情况,泄漏量与发动机实际运行状态有所偏差,其结果对发动机性能分析贡献不大,且封堵部位为可预见的常见泄漏位置,无法为密封措施改进提供指导意见;

    7、4)现有方案的控制参数为气源压力、温度,机匣温度载荷不符合试验要求,泄漏位置温度较高。而由于温差导致的变形不协调是泄漏产生的重要因素,由其产生的泄漏无法通过试验准确获得;

    8、5)现有试验方案的密封结构,无法准确模拟发动机运行状态下安装边承受的轴向载荷。


    技术实现思路

    1、本技术的目的是提供了一种核心机机匣密封试验系统及试验方法,以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

    2、第一方面,本技术的技术方案是:一种核心机机匣密封试验系统,包括:

    3、排气端堵盖、进气端堵盖及中心连接鼓筒构成的密封组件,所述密封组件与压气机机匣、燃烧室机匣和涡轮机匣构成的机匣组合件配合构成机匣内腔;

    4、高压气源、进气调节阀、进气流量计、电加热器及进气集气腔构成进气组件,通过所述进气组件向所述机匣内腔中通入气体;

    5、排气集气腔、冷却水箱、排气流量计及排气调节阀构成的排气组件,通过所述排气组件将机匣内腔中通入的气体排出;

    6、烟雾装置电磁阀、烟雾发生装置和空压机构成烟雾通入组件,所述烟雾通入组件连通至进气集气腔,用于向机匣内腔中通入烟雾;

    7、敷设在压气机机匣、燃烧室机匣和涡轮机匣上的壁温电偶;以及

    8、用于对机匣组合件进行红外测量的红外热像仪。

    9、在本技术优选实施方式中,所述排气端堵盖与进气端堵盖分别设置在机匣组合件的排气端与进气端,所述中心连接鼓筒穿过机匣组合件而分别与排气端堵盖与进气端堵盖连接,从而在机匣组合件与密封组件之间形成封闭的机匣内腔。

    10、在本技术优选实施方式中,所述进气集气腔末端设有多个径向排气管,用于使高压气源提供的压缩空气经进气调节阀、进气流量计、电加热器加热后沿径向通入机匣内腔中。

    11、在本技术优选实施方式中,所述空压机产生的压力大于机匣内腔压力,从而使烟雾发生装置产生的烟雾能够通过烟雾装置电磁阀而进入机匣内腔中。

    12、在本技术优选实施方式中,所述烟雾发生装置为能够产生三原子分子烟雾的发生装置。

    13、在另一方面,本技术提供的技术方案是:一种采用如上任一所述的核心机机匣密封试验系统进行核心机机匣密封试验的方法,包括:

    14、一、泄漏位置显像识别

    15、试验开始后,烟雾装置电磁阀保持关闭状态,当机匣腔内的压力、温度参数达到预设状态点后,打开烟雾装置电磁阀,并保证烟雾发生装置后侧的空压机出口压力高于机匣内腔压力,从而使烟雾发生装置产生的烟雾进入机匣内腔,并从各泄漏位置流出,通过观察烟雾流出部位,从而直观判断泄漏位置,并通过烟雾浓度的大小间接判断各泄漏位置的泄漏程度;

    16、二、典型泄漏位置泄漏量评估

    17、试验中,压气机机匣上可调静子叶片转轴泄漏处存在泄漏量g1、引气管处存在泄漏量g2、压气机机匣纵向安装边处存在泄漏量g3;

    18、保持通气压力保持一致,封堵机匣组合件外部的引气管前后端接口,排除外部的引气管处的泄漏;

    19、在压气机机匣纵向安装边处涂敷耐压密封胶,排除压气机机匣纵向安装边的泄漏,此时进行通气试验测得泄漏量则为压气机机匣上可调静子叶片转轴处的泄漏量g1;

    20、保持机匣组合件外部的引气管前后端接口封堵,清除压气机机匣纵向安装边密封胶,进行通气试验测得泄漏量g4,则引气管处的泄漏量g2=gtotal-g4;

    21、因此,压气机机匣纵向安装边处的泄漏量g3=gtotal-g1-g2,式中,gtotal为机匣组合件的总体泄漏量,通过计算进、排气流量计的差值获得。

    22、在本技术优选实施方式中,所述泄漏位置显像识别还包括:红外热成像法识别泄漏位置,即当泄漏量过小,烟雾浓度过低时红外热成像仪对泄漏的烟雾进行红外测量。

    23、在本技术优选实施方式中,还包括:三、机匣组合件泄漏形式的模拟,过程为:

    24、将压气机机匣、燃烧室机匣和涡轮机匣组合件作为研究对象,各机匣间装配关系与整机一致,以考核机匣间法兰安装边和各结构间的泄漏特性;通过不同的封堵,能够实现不同部位单独的泄漏量数据。

    25、在本技术优选实施方式中,还包括:四、机匣温差的实现,过程为:

    26、通过进气集气腔径向进气的方式,按照实际需求对局部高温区或局部低温区提供高温空气或常温空气,能够模拟不同机匣的温度载荷;通过在机匣外壁面沿轴向布置电偶,监测各处壁温,从而实现机匣温差控制。

    27、在本技术优选实施方式中,还包括:五、机匣间安装边螺栓轴向载荷的模拟,过程为:

    28、通过进气端堵盖与排气端堵盖的面积和机匣内腔的压力计算出安装边螺栓的轴向载荷,通过控制进气端堵盖和排气端堵盖的面积即保证螺栓载荷与核心机试车状态相一致。

    29、本技术提供的机匣密封试验方法与现有技术相比,具备以下优点:

    30、1)可显像地识别泄漏位置,并可单独获取典型泄漏部位的泄漏量;

    31、2)可考核机匣间安装边、各结构结合处等易泄漏部位的泄漏量;

    32、3)通过构造机匣壁面温差,可考核由变形不协调带来的泄漏情况;

    33、4)通过控制堵盖面积,准确模拟机匣间安装边螺栓承受的轴向载荷。

    34、5)本技术获取的机匣泄漏量,更接近核心机真实状态,为性能分析提供真实有效的数据支撑。


    技术特征:

    1.一种核心机机匣密封试验系统,其特征在于,包括:

    2.如权利要求1所述的核心机机匣密封试验系统,其特征在于,所述排气端堵盖与进气端堵盖分别设置在机匣组合件的排气端与进气端,所述中心连接鼓筒穿过机匣组合件而分别与排气端堵盖与进气端堵盖连接,从而在机匣组合件与密封组件之间形成封闭的机匣内腔。

    3.如权利要求1所述的核心机机匣密封试验系统,其特征在于,所述进气集气腔末端设有多个径向排气管,用于使高压气源提供的压缩空气经进气调节阀、进气流量计、电加热器加热后沿径向通入机匣内腔中。

    4.如权利要求1所述的核心机机匣密封试验系统,其特征在于,所述空压机产生的压力大于机匣内腔压力,从而使烟雾发生装置产生的烟雾能够通过烟雾装置电磁阀而进入机匣内腔中。

    5.如权利要求4所述的核心机机匣密封试验系统,其特征在于,所述烟雾发生装置为能够产生三原子分子烟雾的发生装置。

    6.一种采用如权利要求1至5任一所述的核心机机匣密封试验系统进行核心机机匣密封试验的方法,其特征在于,包括:

    7.如权利要求6所述的核心机机匣密封试验的方法,其特征在于,所述泄漏位置显像识别还包括:红外热成像法识别泄漏位置,即当泄漏量过小,烟雾浓度过低时红外热成像仪对泄漏的烟雾进行红外测量。

    8.如权利要求6所述的核心机机匣密封试验的方法,其特征在于,还包括:三、机匣组合件泄漏形式的模拟,过程为:

    9.如权利要求6所述的核心机机匣密封试验的方法,其特征在于,还包括:四、机匣温差的实现,过程为:

    10.如权利要求6所述的核心机机匣密封试验的方法,其特征在于,还包括:五、机匣间安装边螺栓轴向载荷的模拟,过程为:


    技术总结
    本申请提供了一种核心机机匣密封试验系统及试验方法,该试验系统包括:排气端堵盖、进气端堵盖及中心连接鼓筒构成的密封组件,密封组件与压气机机匣、燃烧室机匣和涡轮机匣构成的机匣组合件配合构成机匣内腔;高压气源、进气调节阀、进气流量计、电加热器及进气集气腔构成进气组件,通过进气组件向机匣内腔中通入气体;排气集气腔、冷却水箱、排气流量计及排气调节阀构成的排气组件,通过排气组件将机匣内腔中通入的气体排出;烟雾装置电磁阀、烟雾发生装置和空压机构成烟雾通入组件,烟雾通入组件连通至进气集气腔,用于向机匣内腔中通入烟雾;敷设在压气机机匣、燃烧室机匣和涡轮机匣上的壁温电偶;用于对机匣组合件进行红外测量的红外热像仪。

    技术研发人员:周澎录,梁彩云,谢建文,林山,吴法勇,杨帆,麻丽春,郑大鹏,杨博,刘旭,佟天浩,王泽宇,刘伟茁
    受保护的技术使用者:中国航发沈阳发动机研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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