一种测量装置及燃烧室性能试验结构的制作方法

1.本实用新型涉及航空发动机试验领域，尤其涉及一种测量装置及燃烧室性能试验结构。


背景技术：

2.目前航空发动机的燃烧室部件研制过程中全环燃烧室性能试验对燃烧室部件方案的验证和优化起到至关重要的作用。燃烧室性能试验主要包括出口温度分布试验、污染排放试验、燃烧效率试验等等。燃烧室的性能试验与一般的流动换热试验不同，无法采用相似准则进行低温低压或者中温中压的试验来替代，因此，燃烧室的性能试验均为高温高压试验，且出口试验参数需尽量与部件设计参数相同或者接近。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种测量装置。
4.本实用新型的另一目的是提供一种燃烧室性能试验结构。
5.根据本实用新型一方面的一种测量装置，用于燃烧室性能试验，包括：转动部；测量部，用于测量所述燃烧室出口燃气特性，所述测量部位于所述转动部，以被所述转动部驱动旋转；冷却部，包括第一冷却结构和第二冷却结构，所述第一冷却结构围绕所述转动部，所述第二冷却结构围绕所述测量部以及至少部分的围绕所述第一冷却结构。
6.本技术的技术方案通过设置转动部带动测量部旋转，在试验过程中，可旋转测量，实现对全环燃烧室每个头部进行出口温度分布和污染排放等性能指标的测量，无需针对每个头部布置测量耙，也能达到准确测量的效果，结构简单，安装维护便捷，同时通过设置第一冷却结构、第二冷却结构，形成双层冷却结构，对会受到高温燃气作用的测量装置进行良好的防护，保证测量装置在高温的试验环境下的正常工作，避免出现超温现象，造成测量装置损坏。
7.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述转动部包括：第一转动结构，包括第一齿轮和第一转轴，所述测量部位于所述第一转轴的轴向上游侧，所述第一齿轮位于所述第一转轴的轴向下游侧；第二转动结构，包括第二齿轮和第二转轴，所述第二齿轮位于所述第二转轴的一侧，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，以传递扭矩。其中，所述第一齿轮的直径大于所述第二齿轮的直径。
8.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述第一齿轮、所述第二齿轮为锥齿轮。
9.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述测量部包括测量盘和测量耙，多个所述测量耙沿周向安装于所述测量盘的径向外缘，所述测量盘的径向外缘开设有孔，所述孔位于所述测量耙的安装位置，用于穿过所述测量耙的管线。
10.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述测量盘还包括多个安装座，用于安装所述测量耙，多个所述安装座由所述测量盘的径向外侧向径向内凹构成。
11.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述测量耙包括燃气耙和/或温度耙和/或压力耙。
12.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述第一冷却结构包括第一壳体，所述第一壳体围绕所述转动部；所述第二冷却结构包括第二壳体，所述第二壳体围绕所述测量部以及至少部分的围绕所述第一壳体；所述第一壳体、所述第二壳体包括冷却通道，以供冷却流体通过。
13.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述第一壳体包括轴向段和径向段，所述径向段由所述轴向段沿径向向外延伸，所述轴向段围绕所述第一转轴，所述径向段围绕所述第二转轴。
14.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述第二壳体包括前段、中段和后段，所述前段、所述中段、所述后段在轴向上依次固定连接；所述前段包括法兰结构，用于将所述测量装置安装于燃烧室出口；所述中段被所述第一壳体的径向段穿过；所述后段包括转接结构，用于与后测量段装配转接。
15.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述第一壳体还包括弧形段，所述弧形段位于所述轴向段的下游侧。
16.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述测量装置还包括承压支板，所述承压支板位于所述径向段的径向外侧，用于承受燃气压力。
17.在所述的测量装置的一个或多个实施例中，所述转动部还包括驱动件，所述驱动件位于所述第二转轴的另一侧，以驱动所述测量部旋转。
18.根据本实用新型另一方面的一种燃烧室性能试验结构，包括如上所述的测量装置以及待测试的燃烧室，所述测量装置安装于所述待测试的燃烧室的出口。
附图说明
19.本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制，其中：
20.图1为一实施例的测量装置的结构示意图；
21.图2为一实施例的转动部和测量部的结构示意图；
22.图3为一实施例的测量装置安有燃气耙的结构示意图；
23.图4为一实施例的测量装置安有温度耙/压力耙的结构示意图。
24.附图标记：
25.100-测量装置；
26.1-转动部，11-第一转动结构，111-第一齿轮，112-第一转轴，12-第二转动结构，121-第二齿轮，1211-滚动轴承，1212-挡圈，1213-圆螺母，1214-止动垫圈，122-第二转轴，13-驱动件，131-电机支架，132-伺服电机，133-联轴器；
27.2-测量部，21-测量盘，211-径向外缘，212-孔，213-挡板，214-冷却流道，22-安装座，23-测量耙，231-燃气吧，232-温度耙，233-压力耙；
28.3-冷却部，30-冷却流道，31-第一冷却结构，301-第一壳体，311-轴向段，312-径向
段，313-弧形段，32-第二冷却结构，302-第二壳体，321-前段，322-中段，323-后段；
29.4-法兰结构，5-转接结构，6-承压支板。
具体实施方式
30.现在将详细地参考本实用新型的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本实用新型将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本实用新型限制为那些示例性实施方案。相反，本实用新型旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。
31.在随后的描述中，“轴向”、“径向”、“周向”、“上游”、“下游”、“内”、“外”或者其他方位术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。另外，“上游”、“下游”以燃气流动方向为基准进行区分，具体的例如，燃气由上游流向下游。
32.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”和/或“一实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
33.随着发动机推重比不断提升，燃烧室温升不断提高，在进行全环燃烧室点火试验时，为得到准确的出口温度分布和污染排放，需要对出口测量装置做进一步改善。
34.本技术的发明人经过深入研究发现，在全环燃烧室试验过程中，为精确检测出口温度和污染排放等性能参数，现有测量装置主要通过两种方式进行测量，一种是按照头部数量相应的布置尽量多的测试耙，以监测燃烧室出口性能参数，但该种方式设计复杂、结构笨重、测试数据多、局部出现问题后该头部性能参数容易缺失。另外一种是按照头部数量均匀布置少量的测试耙，以监测燃烧室出口性能参数，该种方式设计简单，但无法直接测量部分未布置测试耙的头部的性能参数，仅能够通过类比方式进行估算。
35.基于以上考虑，发明人经过深入研究，设计了一种测量装置，通过设置转动部带动测量部旋转，在试验过程中，可旋转测量，实现对全环燃烧室每个头部进行出口温度分布和污染排放等性能指标的测量，无需针对每个头部布置测量耙，也能达到准确测量的效果，结构简单，安装维护便捷，同时通过设置第一冷却结构、第二冷却结构，形成双层冷却结构，对会受到高温燃气作用的测量装置进行良好的防护，保证测量装置在高温的试验环境下的正常工作，避免出现超温现象，造成测量装置损坏。
36.虽然本技术实施例公开的测量装置适用于航空发动机燃烧室性能试验以实现旋转准确测量全环多头部，但不以此为限，也可以适用于其他的内燃机，只要是可以应用本技术实施例公开的测量装置的构思即可。
37.参考图1所示，在一个实施例中，用于燃烧室性能试验的测量装置100的具体结构可以是，包括转动部1、测量部2、冷却部3。测量部2用于测量燃烧室出口燃气特性，测量部2位于转动部1，以被转动部1驱动旋转。冷却部3包括第一冷却结构31和第二冷却结构32，第
一冷却结构31围绕转动部1，第二冷却结构32围绕测量部2以及至少部分的围绕第一冷却结构31。
38.此处的“转动部1”的含义是指可绕自身轴线旋转并向外传递转动运动的组件，例如可以是齿轮与轴的组合。
39.此处的“测量部2”的含义是指可对燃烧室出口燃气进行采样检测的组件，能够得到每个燃烧室头部出口温度分布和污染排放等性能参数。
40.此处的“冷却部3”的含义是指通过与被其包围的转动部、测量部进行热交换，以降低转动部、测量部的温度，对转动部、测量部进行防护，防止高温燃气作用导致损坏。
41.此处的“第二冷却结构32围绕测量部2以及至少部分的围绕第一冷却结构31”的含义是指至少测量装置的上游侧为双层冷却结构，原理在于，测量装置的上游侧为迎气侧，受到高温燃气的冲击要强于下游侧，因此上游侧需要更强的冷却交换，保证防护效果。
42.本实施例的有益效果在于，通过设置转动部带动测量部旋转，在试验过程中，可旋转测量，实现对全环燃烧室每个头部进行出口温度分布和污染排放等性能指标的测量，无需针对每个头部布置测量耙，也能达到准确测量的效果，结构简单，安装维护便捷，同时通过设置第一冷却结构、第二冷却结构，形成双层冷却结构，对会受到高温燃气作用的测量装置进行良好的防护，保证测量装置在高温的试验环境下的正常工作，避免出现超温现象，造成测量装置损坏。
43.参考图1结合图2所示，在一些实施例中，转动部1的具体结构可以是，包括第一转动结构11、第二转动结构12。第一转动结构11包括第一齿轮111和第一转轴112，测量部2位于第一转轴112的轴向上游侧，第一齿轮111位于第一转轴112的轴向下游侧。第二转动结构12包括第二齿轮121和第二转轴122，第二齿轮121位于第二转轴122的一侧，第二齿轮121与第一齿轮111啮合，以传递扭矩。其中，第一齿轮111的直径大于第二齿轮121的直径。具体的，第二齿轮121转动带动第一齿轮111转动，进而通过第一转轴112驱动测量部2转动。如此设置的有益效果在于，通过小齿轮与大齿轮的组合传递，既节省空间又可以较小的力传递出较大的力矩驱动测量盘，并可灵活调节输出转速，便于试验结构装配，节约试验成本。
44.在一些实施例中，如图2所示，第二齿轮121的径向外侧在第二轴122上还装配有滚动轴承1211、挡圈1212、圆螺母1213、止动垫圈1214等零件，以保证第二转动结构的结构可靠性，以及第二齿轮能够稳定的向第一齿轮传递扭矩。
45.参考图2所示，在一些实施例中，转动部1的具体结构可以是，第一齿轮111、第二齿轮121为锥齿轮。如此设置的有益效果在于，锥齿轮的设置可改变力的传递路径，使第一转轴与第二转轴相交，令部件的空间布置更加灵活，结构更加紧凑。
46.继续参考图2结合图3、图4所示，在一些实施例中，测量部2的具体结构可以是，包括测量盘21和测量耙23，多个测量耙23沿周向分布于测量盘21的径向外缘，测量盘21的径向外缘开设有孔212，孔221位于测量耙23的安装位置，用于穿过测量耙23的管线。此处的“测量盘21”的含义是指在试验时，带动安装在其上的测量耙转动的圆盘状部件，在轴向上具有一定厚度，以便于测量耙稳固安装。此处的“测量耙23”的含义是指采集检测燃烧室出口燃气的组件，包括用于采集的受感部、用于传输的管线等，种类可以包括燃气耙、温度耙、压力耙等。如此设置的有益效果在于，结构简单，安装快捷，即可实现测量耙旋转测量全环各头部的燃气性能参数，无需针对每个头部布置测量耙，也能准确测量。
47.在一些实施例中，如图1所示，测量盘21的轴向前侧为挡板213，将高温热气与测量耙23隔开，挡板213内部布置有周向蜿蜒冷却流道214，用于通过冷却流体，一般采用水冷进行冷却，保证整个测量装置的工作安全，起到良好防护作用，提高试验装填可靠性。冷却流道214上设置水管接头，采用金属软管与水管接头连接，保证在高压例如4mpa水压下不会漏水。
48.参考图2所示，在一些实施例中，测量盘21的具体结构可以是，还包括多个安装座22，用于安装测量耙23，安装座22由测量盘21的径向外侧向径向内凹构成。如此设置的有益效果在于，内凹的结构可以有效防止测量耙在测量盘带动旋转过程中由于惯性作用甩脱测量盘，在周向上对测量耙进行限位保护，使整个结构更加可靠。
49.在一些实施例中，如图2所示，测量部2包括四个安装座22，四个安装座22沿周向均匀分布于测量盘21的径向外缘，如此设置结构简单，检测效果好。
50.参考图2结合图3、图4所示，在一些实施例中，测量耙23的具体结构可以是，测量耙23包括燃气耙231和/或温度耙232和/或压力耙233。在试验过程中，在安装座22位置上，将燃气耙231或者温度耙232/压力耙233同时或分别固定在测量盘21上，对上游的高温燃气进行性能监测。如此设置的有益效果在于，既可以满足对燃烧室出口燃气单一性能参数的检测，也可以满足出口燃气多种性能参数如出口温度分布和污染排放等性能指标同时刻测量的检测方案。
51.在一些实施例中，如图3所示，是测量装置100安装有燃气耙231的一种实施例，通过燃烧室的高温燃气a进入到测量装置100中进行试验检测，首先燃气耙231直接接触来自上游的高温燃气a，通过与燃气耙231连接的燃气管道2311将燃烧室的高温燃气a传递到相应的燃气检测装置(图中未示出)，进行污染排放成分分析，以完成污染排放性能指标检测。
52.在一些实施例中，如图4所示，是测量装置100安装有温度耙232/压力耙233的一种实施例，通过燃烧室的高温燃气a进入到测量装置100中进行试验检测，首先温度耙232/压力耙233直接接触来自上游的高温燃气a，通过与温度耙232/压力耙233连接的热电偶线2321/压力管线2331将燃烧室的高温燃气a传递到相应的检测装置(图中未示出)，进行温度和压力测量，以完成出口温度或压力性能指标检测。
53.参考图1所示，在一些实施例中，冷却部3的具体结构可以是，第一冷却结构31包括第一壳体301，第一壳体301围绕转动部1；第二冷却结构32包括第二壳体302，第二壳体302围绕测量部2以及至少部分的围绕第一壳体301；第一壳体301、第二壳体302包括冷却通道30，以供冷却流体通过。此处的“冷却通道30”一般通过的冷却流体为冷却水，在一些实施例中，冷却通道都呈“往返”的流动形式，在周向、轴向上往返流动。如此设置的有益效果在于，结构简单，冷却效果好
54.继续参考图1所示，在一些实施例中，第一壳体301的具体结构可以是，包括轴向段311和径向段312，径向段312由轴向段311沿径向向外延伸，轴向段311围绕第一转轴112，径向段312围绕第二转轴122。如此设置的有益效果在于，结构简单，可以对整个转动部进行良好的防护，防止受到高温燃气的直冲，降低测量装置的可靠性。
55.继续参考图1所示，在一些实施例中，第二壳体302的具体结构可以是，包括前段321、中段322和后段323，前段321、中段322、后段323在轴向上依次固定连接；前段321包括法兰结构4，用于将测量装置100安装于燃烧室出口，与燃烧室固定连接；中段322被第一壳
体301的径向段312穿过；后段323包括转接结构5，用于与后测量段装配转接。通过设置前段、中段、后段，使加工装配更加容易，且结构更加可靠，并且通过设置法兰结构与转接结构，使测量装置可以很好的起到转接作用。
56.在一些实施例中，第一冷却结构31、第二冷却结构32均设置两路冷却水对称流动。第一冷却结构31的每一路冷却水路都从径向段312的位于径向外侧的迎气侧入水口流入，可加强迎气侧冷却效果，之后沿周向、轴向往返流动，最后再从径向段312的径向外侧出水口流出。第一二冷却结构32的每一路冷却水路都从法兰结构4的轴向下游侧入水口流入，之后沿周向、轴向往返流动，最后再从法兰结构4的上游侧的出水口流出。为了避免明显的流动死区，在拐角处增加u型导流板流出，使水流加速增强冷却效果。
57.继续参考图1所示，在一些实施例中，第一壳体301的具体结构可以是，还包括弧形段313，弧形段313位于轴向段311的下游侧。如此设置的有益效果在于，弧形段与后段共同形成整体流道，后段转接结构装配转接后测量段，弧形段对来流燃气进行整流，使燃气继续膨胀流向下游后测量段，为后测量段提供试验条件。
58.继续参考图1所示，在一些实施例中，测量装置100的具体结构可以是，还包括承压支板6，承压支板6位于径向段312的径向外侧，用于承受燃气压力。通过设置承压支板，可以有效避免试验过程检测的出口燃气的高压损坏测量装置，保证整体结构的可靠性。承压支板还包括导流板，以起到导流作用，导流板开设有孔，孔径根据不同位置的燃气流量大小进行确定。
59.继续参考图1所示，在一些实施例中，转动部1的具体结构可以是，还包括驱动件13，驱动件13位于第二转轴122的另一侧，以驱动测量部2旋转。
60.在一些实施例中，如图2所示，驱动件13为电机组件，包括电机支架131、伺服电机132、联轴器133，电机支架131支承伺服电机132，伺服电机132通过联轴器133驱动连接第二轴122驱动第二齿轮带动第一齿轮转动，进而驱动第一转轴带动测量部旋转，实现全环各头部的出口燃气性能参数检测。
61.在一个实施例中，燃烧室性能试验结构的具体结构可以是，包括如上所述的测量装置100以及待测试的燃烧室(图中未示出)，测量装置100安装于待测试的燃烧室的出口。采用上述测量装置的试验结构，可实现对全环燃烧室每个头部进行出口温度分布和污染排放等性能指标的测量，无需针对每个头部布置测量耙，也能达到准确测量的效果，结构简单，安装维护便捷，且通过双层冷却结构作为针对高温燃气的防护手段，保证试验结构的可靠性。
62.综上所述，以上实施例介绍的一种测量装置及燃烧室性能试验结构的有益效果包括但不限于以下之一或组合：
63.1.本技术的测量装置通过设置转动部带动测量部旋转，在试验过程中，可旋转测量，实现对全环燃烧室每个头部进行出口温度分布和污染排放等性能指标的测量，无需针对每个头部布置测量耙，也能达到准确测量的效果，结构简单，安装维护便捷，同时通过设置第一冷却结构、第二冷却结构，形成双层冷却结构，对会受到高温燃气作用的测量装置进行良好的防护，保证测量装置在高温的试验环境下的正常工作，避免出现超温现象，造成测量装置损坏。
64.2.采用上述测量装置的试验结构，可实现对全环燃烧室每个头部进行出口温度分
布和污染排放等性能指标的测量，无需针对每个头部布置测量耙，也能达到准确测量的效果，结构简单，安装维护便捷，且通过双层冷却结构作为针对高温燃气的防护手段，保证试验结构的可靠性。
65.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。