涡轮间隙测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及涡轮技术领域，具体涉及一种涡轮间隙测量装置。


背景技术：

2.在传统的涡轮燃气机中，转子叶片叶尖距离发动机机匣的距离对于发动机的效率具有重要的影响，这是因为叶尖与机匣间隙过大会降低发动机效率，而叶尖与机匣接触则会对发动机造成损伤。研究表明，若叶尖间隙每增加1％，发动机的效率会相应降低3％，同时发动机的燃油消耗会增大10％，因此将叶尖间隙维持在一个较小的最佳状态对于提高发动机的工作效率具有重要的作用。现有技术已存在多种维护燃气轮机叶尖间隙的解决方案。其中一种解决方案是采用机械系统来调整转子叶片周围机匣的径向位置，以提高发动机效率。另一种解决方案是相对于发动机机匣移动转子盘的机械系统，如美国的专利公司就曾公布了一种用于控制叶尖间隙的主动控制系统，通过控制执行器保证叶片尖端与发动机机匣之间的最小设计间隙，然而以上解决叶尖间隙方法良好使用的前提是实现对叶尖间隙的精确测量，研制一种可以实现对叶尖间隙精确测量的技术也是提高发动机效率的关键所在。
3.涡轮叶片作为航空发动机内部的重要热端部件，保证叶尖间隙始终处于最佳设计状态具有重要的实际意义。由于发动机转子叶片一般工作在高温、高压、高负荷、高转速的环境下，同时测量环境现场还存在如重油污染、异物干扰等复杂情况，复杂的干扰因素对叶尖间隙的准确检测存在较大的挑战。目前主要的叶尖间隙测量方法可以分为两大类：一种是接触式测量方法，另一种是非接触式测量方法。接触式测量技术发展较为成熟，放电探针测量叶尖间距技术作为一种常用的接触式测量技术得到广泛的应用。放电探针测量技术一般用于测量金属叶片的检测，通过利用电火花放电原理，但外界环境的影响，诸如电压波动、探针与叶尖端面因污染磨损造成的形变和阻塞等因素，会改变放电的起始距离，从而导致产生测量误差，采用该方法只能测量叶尖间隙的最小值，不能实时监测每一片叶片对应的叶尖间隙。同时若发生发动机的紧急制动，探针不能及时缩回安全位置，较容易导致发生故障，甚至出现测量事故，导致叶片磨损与损坏。
4.而非接触式测量技术，拥有众多接触式测量技术所不具有的优点：不与被测物体直接接触，不会对被测物体表面的造成干扰，避免了叶片与探测器直接接触，进一步保证了测量安全，同时非接触式测量技术还具有测量灵敏度高，响应速度较快的特点。因此综合国内外技术发展情况，非接触式测量技术具有较高的应用前景，探究一种性能更高的非接触式测量技术，是未来技术的必然方向。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种涡轮间隙测量装置，本实用新型能精准模拟发动机各种真实使用工况，测量出的涡轮间隙的变化数据。
6.涡轮间隙测量装置，包括传感器、转子机匣，转子机匣上设有轴向的且与涡轮配合
的内室，转子机匣的周面上设有装配孔，传感器安装在转子机匣上后与装配孔配合，其特征在于，还包括：
7.对外部输入的气流进行整流处理的整流罩，整流罩的一端与转子机匣的一端固定以将气流输出到转子机匣的内室中并作用到涡轮上；
8.排气部件，排气部件与转子机匣的另一端固定以接收从转子机匣中输出的气体；
9.驱动机构，驱动机构穿过排气部件伸入到转子机匣的内室中与涡轮固定。
10.本实用新型的优点为：可以检测涡轮在不同转速，不同温度以及压力的条件下，与转子机匣之间的间隙实时变化，对于航空发动机的研发提供了有力的数据支撑，本实用新型涉及了转子动力学、材料学、工程力学、传感器学等诸多专业技术，本实用新型使用工况比较复杂，正常工作温度800℃，工作转速15000转，气流压力0.8mpa，涡轮采用电机直驱，在气流驱动力大于电机力时电机转化为发电机，实现启发一体，同时可以将多余能量用来发电。
附图说明
11.图1为涡轮间隙测量装置的立体结构示意图；
12.图2为涡轮间隙测量装置的剖面结构示意图；
13.图3为图2中的p部放大图；
14.图4为转子机匣的一部分的示意图；
15.图5为图4的剖面图；
16.装配孔1，第一法兰2，第一筒体3，第二法兰4，第二筒体5，中心座6，中心孔6a，第一套筒6b，第二套筒6c，肋条7，外罩8，接收管道8a，锥形管道8b，圆柱管道8c，导向器9，轴向延伸部9a，引导部件10，外壳体11，内筒体12，环形腔体13，排气管14，马达15，轴承座组件16，外支架17，传动轴18，联轴器19，供油组件20，回油组件21，涡轮a。
具体实施方式
17.下面结合图1至图5对本实用新型进行详细说明。
18.本实用新型的涡轮间隙测量装置，包括传感器(图中未示出)、转子机匣、整流罩、排气部件、驱动机构，下面对每部分以及各部分之间的关系进行详细地说明：
19.传感器用于测量涡轮a与转子机匣之间的间距，传感器为测距传感器，测距传感器可以采用超声波测距传感器、激光测距传感器、红外线测距传感器、24ghz雷达传感器，本实施例中优先采用激光测距传感器。
20.转子机匣上设有轴向的且与涡轮a配合的内室，转子机匣的周面上设有装配孔1，传感器安装在转子机匣上后与装配孔配合。转子机匣包括第一部分、第二部分，第一部分与整流罩固定；第二部分与排气部件固定，第二部分与第一部分配合。装配孔1优先设置在第二部分的周面丰。
21.第一部分包括第一法兰2，第一法兰2上设有安装整流罩一部分的第一筒体3，第一筒体3与所述第二部分配合。第二部分包括第二法兰4，第二法兰4上设有第二筒体5以及位于第二筒体内的支座，所述装配孔1位于第二筒体5上，驱动机构与支座配合。
22.支座包括中心座6、肋条7，中心座6上设有中心孔6a，驱动机构穿过中心孔6a后与
涡轮a连接，中心座6的轴向与第二法兰4和第二筒体5的轴向位于同一直线上，中心座6的轴向端面上分别延伸有第一套筒6b和第二套筒6c，第一套筒6b用于与排气部件配合，第二套筒6c用于与涡轮a的一端间隙配合。肋条7的一端连接于中心座6的周面上，肋条7的另一端与第二筒体5的内壁面固定，从而通过肋条7使整个支座获得固定。肋条7为多个，这些肋条7间隔且均匀地沿着中心座6的周向布置。
23.整流罩对外部输入的气流进行整流处理，整流罩的一端与转子机匣的一端固定以将气流输出到转子机匣的内室中并作用到涡轮上，整流罩包括外罩8、导向器9、引导部件10，外罩8与第一法兰2通过螺栓固定，优选地，外罩8与第一法兰2以及第二筒体5通过螺栓固定成一体，外罩8包括接收管道8a和与接收管道8a连接的降压管道组成，降压管道由锥形管道8b和圆柱管道8c组成，锥形管道8b的一端与接收管道8a连接，锥形管道8b的另一端与圆柱管道8c连接，接收管道8a呈圆柱状，当有气体进入到接收管道8a后，由于接收管道8a的内径小于锥形管道8b和圆柱管道8c的内径，因此，气流进入到降压管道内后其压力减小。
24.导向器9将气流导向到涡轮a上，导向器9由中心骨架、导向叶片以及外环组成，导向叶片的一端与中心骨架固定，导向叶片的另一端与外环固定，导向叶片为多个，相邻两个导向叶片之间形成供气流通过的间隔空间，外环与第一筒体3的内壁面固定，导向叶片以斜于导向器9轴向的方式布置，从而使气流按照倾角的方向输出，因此，导向器9对气流形成整流作用，以便于使气流推动涡轮a旋转。
25.引导部件10与导向器9连接以将气流全部向导向器9引导，引导部件10的至少一部分位于外罩8内。导向器9的一端设有轴向延伸部9a，该轴向延伸部9a为一筒体，轴向延伸部9a用于安装引导部件10。引导部件10为一个锥筒，该锥筒的一端封闭而另一端具有开口，引导部件10具有开口的一端套在轴向延伸部9a上并与轴向延伸部9a固定，引导部件10由于锥形的构造，对气流形成引导作用，并且由于一端封闭，使气流只能从导向器9上的导向叶片之间的间隔空间输出，使气流全部作用在涡轮上。引导部件10优先设置为空心的，以便于减轻重量。
26.排气部件与转子机匣的另一端固定以接收从转子机匣中输出的气体。本实施例中，排气部件包括外壳体11、内筒体12，外壳体11的一端设有开口，外壳体11设置开口的一端与转子机匣固定，外壳体11设置开口的一端与第二法兰4固定，外壳体11的周面上设有排气口。内筒体12的至少一部分位于外壳体11内，在内筒体12与外壳体11之间形成环形腔体13，内筒体12与外壳体11的另一端连接后使环形腔体13的一端封闭，这种结构使得热气流只能从排气口排出，内筒体12插入到第一套筒6b内并与第一套筒6b固定。
27.本实施例中的排气部件还包括排气管14，排气口与排气管14连接，本实施例中，优选采用热气流作用在涡轮a上，因此，从排气管14排走的热气流与其他部件进行热交换，以便于回收热气流中的热量。
28.驱动机构穿过排气部件伸入到转子机匣的内室中与涡轮固定。驱动机构包括马达15、轴承座组件16、带动涡轮旋转的传动机构，轴承座组件16分别与转子机匣和排气部件配合，传动机构与马达15的输出端连接，传动机构17与轴承座组件16配合。马达15优先采用电机，轴承座组件16一端与第一套筒6b配合，轴承座组件16的一端与中心座6的轴向端面形成抵顶，轴承座组件16的另一端与一个外支架17固定，通过外支架17对轴承座组件16形成支撑作用。传动机构包括传动轴18以及联轴器19，传动轴18的一端与联轴器19的一端固定，传
动轴18穿过轴承座组件16以及中心座6上的中心孔6a后，传动轴18的另一端与涡轮a固定，联轴器19的另一端与马达15固定。
29.驱动机构还包括为轴承座组件16提供润滑油的润滑组件，该润滑组件包括供油组件20和回油组件21，在轴承座组件16上设有进油道和出油道，供油组件20与进油道连接将润滑油输送到轴承座组件16的轴承处，润滑油对轴承形成润滑作用，由于气流的温度非常高，本实施例中的气流的温度为800℃，因此通过润滑油，一方面可以对轴承座组件16形成润滑作用，另一方面可以对轴承进行降温，从而降低轴承的磨损。回油组件21与出油道连接，润滑油通过出油道排入到回油组件21中。
30.还包括提供热气的气源(图中未示出)，该气源的输出端与整流罩的输入端连接。即气源与接收管道8a连接，从气源输出的气流的温度优先为800℃。通过高温的气流对涡轮a形成吹动作用，相当于使涡轮a在实际工况下运行，涡轮a受热到膨胀，以便能准确地检测出涡轮a在实际工况下与转子机匣之间的间距。本实施例中，气源由引风机和加热器组成，加热器对引风机引导的气流进行加热后输出到接收管道8a。
31.本实用新型使涡轮a处于热态下进行间隙测量，通过高温高压气源模拟发动机内部各种工况，将选定的配套涡轮和导向器安装在密闭的管路中，通过传感器来测量间隙的变化，温度和压力传感器来反馈调节系统温度压力。过高速启发一体机带动涡轮高速运转，转速通过电机控制。本实用新型能精准模拟发动机各种真实使用工况，测量出的涡轮间隙的变化数据，试验同时还可以将多余能量回收发电。
32.本实用新型也可以不提供高温的气流，即通过马达15的动力驱动涡轮a转动即可，因此也可以在常温下检测涡轮a与转子机匣之间的间隙。静态以及动态间隙变化都可以测量。本实用新型还可以用于高校教学科研，属于非标设备，目前对于这块技术属于空白。