一种压气机静子叶片扇形段快拆机匣装置的制作方法

本发明涉及压气机台架试验件机匣结构设计方案，尤其涉及一种快速更换静子叶片的扇形段机匣结构，属于叶轮机技术领域的试验装置设计技术。

背景技术

航空发动机在进行研制时，需要进行大量的基础性试验，对多组叶片进行性能测量试验，例如变安装角叶片、弯掠造型叶片、非轴对称端壁造型叶片等。目前，平面叶栅试验中可以快速更换一组叶片，但是平面叶栅试验不能准确模拟压气机多级环境下的复杂流动状态。压气机台架上可以对多级压气机的性能进行详细测量，但是加工及更换整环叶片时则需要耗费大量的时间，大大增加试验的周期，进而延长了压气机的设计周期。

压气机台架上，传统的叶片更换方法是将整台压气机分解开，而压气机各级之间通常有两种连接形式：其一是通过纵向安装边连接的分半机匣，分解时要把分半机匣与前后段机匣的横向安装边的全部螺栓连接脱开，然后把纵向安装边螺栓脱开，取下分半机匣，接着更换某一排或者多排转子/静子叶片，最后把分半机匣纵向连接后与前后段机匣横向连接；其二是每级通过横向安装边连接，更换叶片时需要将欲更换静子叶片的那一级与前后级的横向螺栓全部脱开，更换完一排转子/静子叶片后再与前后级通过横向安装边用螺栓连接。无论是哪种连接方式，在拆卸和组装压气机的过程中均要考虑前后级之间的装配关系，避免转子叶排与静子叶排之间的剐蹭，以及转子传动轴的前后受力点要保持稳定。

将整级外机匣拆卸及组装会造成试验准备周期长，更换整排叶片会造成加工周期长、试验成本高等问题，因而在压气机台架试验中，有必要针对快速换装叶片装置进行研究。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种压气机静子叶片扇形段快拆机匣装置，能够在不打开整环静子机匣的情况下，只更换扇形段内有限数目的静子叶片，即可进行压气机改型叶片流场测量试验，便于开展不同叶片造型设计相对于原型静子的流场变化情况的试验研究，缩短静子叶片改型设计周期。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种压气机静子叶片扇形段快拆机匣装置，包括静子机匣、扇形段机匣、测量槽堵盖、常规轴颈静子叶片、加长轴颈静子叶片；

其中，所述呈环形布局的静子机匣上设置有扇形开口段及环绕扇形开口段布置的扇形段机匣安装座，且扇形段机匣内侧设置有与扇形开口段相适配的扇形段机匣内板；所述扇形段机匣与扇形段机匣安装座通过螺栓实现拆卸连接，且连接时扇形段机匣内板与静子机匣内壁光滑过渡，形成一个完整的机匣环面；

所述常规轴颈静子叶片及加长轴颈静子叶片分别沿圆周均布于静子机匣及扇形段机匣内侧，两者构成完整的单排静子叶片；所述扇形段机匣外侧设置有位移机构安装座，且位移机构安装座上开设有连通扇形段机匣内板的测量槽，在静子叶片流场测量试验中，通过螺栓连接将位移机构(在某些领域也叫坐标架)安装在位移机构安装座上，位移机构带动探针穿过测量槽移动到静子叶片进、出口截面上一个个坐标点，探针测量静子叶片进、出口截面的详细流场数据，在不加装位移机构时测量槽堵盖与测量槽配合连接，测量槽堵盖底端与扇形段机匣内板光滑过渡。

本发明中，所述加长轴颈静子叶片的轴颈比常规静子叶片的轴颈长度更大，是因为扇形段机匣及其安装座增加了机匣厚度，常规叶片的轴颈长度已经不满足装配关系，所以设计了加长轴颈静子叶片。

其中，所述加长轴颈静子叶片的叶身与常规静子叶片的叶身可以相同，也可以不同。当进行基础型压气机试验时，加长轴颈静子叶片的叶身与常规静子叶片的叶身相同，当进行改型静子叶片试验时，加长轴颈静子叶片的叶身与常规静子叶片的叶身不同。而且扇形段两侧与常规静子叶片相邻的静子叶片叶身可以与常规叶片相同，也可以与常规叶片不同，视试验所研究的具体内容而定。

进一步的，所述静子机匣、扇形段机匣外侧开设有同一圆周上的定位槽(包括扇形段机匣定位槽、静子机匣定位槽)，定位槽内均布有径向贯通的静子安装孔(包括扇形段机匣静子安装孔、静子机匣静子安装孔)，且静子安装孔的径向内端设置有静子定位孔；

所述常规轴颈静子叶片的径向外端依次一体成型有常规静子叶片定位环、常规静子叶片轴颈及常规静子叶片安装轴，其径向内端连接有常规静子叶片底板；所述加长轴颈静子叶片的径向外端依次一体成型有加长轴颈静子叶片定位环、加长轴颈静子叶片轴颈及加长轴颈静子叶片安装轴，其径向内端连接有加长轴颈静子叶片底板；

所述常规轴颈静子叶片通过常规静子叶片定位环与静子定位孔的配合实现常规轴颈静子叶片与静子机匣的径向及周向定位，加长轴颈静子叶片通过加长轴颈静子叶片定位环与静子定位孔的配合实现加长轴颈静子叶片与扇形段机匣内板的径向及周向定位；

所述常规静子叶片轴颈及加长轴颈静子叶片轴颈贯穿静子安装孔的顶部分别设置有常规静子叶片定位面及加长轴颈静子叶片定位面，常规静子叶片定位面及加长轴颈静子叶片定位面外侧套接有与定位槽相适配的定位块，通过定位块内壁面与常规静子叶片定位面/加长轴颈静子叶片定位面的配合实现常规静子叶片及加长轴颈静子叶片的角向定位，进而通过螺母与常规静子叶片安装轴/加长轴颈静子叶片安装轴的螺纹连接实现常规静子叶片及加长轴颈静子叶片的紧固安装；

当常规静子叶片及加长轴颈静子叶片完成安装且扇形段机匣安装于静子机匣上时，同一圆周上的所有加长轴颈静子叶片底板和常规静子叶片底板拼接成一个完整的内轮毂环面。

进一步的，所述扇形段机匣及扇形段机匣安装座两端的定位槽处分别设置有扇形段机匣豁口和扇形段机匣安装座豁口，且安装于扇形段机匣豁口处的常规静子叶片轴颈改用与定位槽相适配的静子叶片偏心定位块实现该处常规静子叶片轴颈的角向定位。

进一步的，所述位移机构安装座布置于扇形段机匣上定位槽两侧(其短边与压气机轴线平行安装即可)，不加装位移机构时测量槽堵盖通过螺栓实现与位移机构安装座的安装连接。

进一步的，所述扇形段机匣上安装的加长轴颈静子叶片数目一般不超过该圆周上单排静子叶片数目的20％。

有益效果：本发明提供的一种压气机静子叶片扇形段快拆机匣装置，相对于现有技术，具有以下优点：1、能够实现静子叶片快速换装到试验台上并测得其气动性能，保证扇形段静子叶排在换装前后的进口条件近似相同；2、显著降低了叶片三维气动性能测试的试验周期，减小了叶片加工数目和周期，更换叶片方法更为方便简单，对于变安装角叶片、端弯叶片、非轴对称端壁造型叶片等压气机静子叶片设计和三维流场具有显著意义。

附图说明

图1为本发明实施例中扇形段机匣的结构示意图；

图2为本发明实施例中静子叶片及其安装附件的结构示意图；

图3为本发明实施例中扇形段机匣与加长轴颈静子叶片的组装示意图；

图4为本发明实施例中上扇形段机匣安装座的结构示意图；

图5为本发明实施例中扇形段机匣和静子机匣内侧的结构示意图；

图6为本发明实施例中扇形段机匣和静子机匣的组装示意图；

图中包括：1、扇形段机匣(上板)，2、扇形段机匣静子安装孔，3、扇形段机匣螺纹孔(通孔)，4、扇形段机匣定位槽，5、扇形段机匣定位面，6、位移机构安装座，7、位移机构安装座螺纹孔(盲孔)，8、测量槽，9、扇形段机匣豁口，10、扇形段机匣内板，11、螺栓，12、测量槽堵盖，13、加长轴颈静子叶片(叶身)，14、加长轴颈静子叶片定位环，15、加长轴颈静子叶片定位面，16、加长轴颈静子叶片安装轴，17、加长轴颈静子叶片轴颈，18、加长轴颈静子叶片底板，19、常规静子叶片定位面，20、常规静子叶片安装轴，21、常规静子叶片轴颈，22、常规静子叶片定位环，23、常规轴颈静子叶片(叶身)，24、常规静子叶片底板，25、六角螺母，26、偏心定位块内定位面，27、偏心定位块，28、偏心定位块外定位面，29、定位块内定位面，30、定位块，31、定位块外定位面，32、静子机匣，33、静子机匣静子安装孔，34、静子机匣定位槽，35、静子机匣定位面，36、扇形段机匣安装座，37、扇形段机匣安装座豁口，38、扇形段机匣安装座螺纹孔(盲孔)，39、扇形段机匣定位孔平面，40、扇形段机匣定位孔侧面，41、静子机匣定位孔平面，42、静子机匣定位孔侧面。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

为了方便理解，本实施例以等内外径轴流压气机为例进行说明，但本发明不限于等内外径轴流压气机。

如图1所示，一种压气机静子叶片扇形段快拆机匣装置包括扇形段机匣1、测量槽堵盖12、加长轴颈静子叶片13和扇形段机匣安装座36、静子机匣32和常规轴颈静子叶片23，其中静子机匣32与常规整环布局的静子机匣仅在扇形开口段处有差异，常规轴颈静子叶片23即为安装在常规整环布局的静子机匣上的静子叶片。

如图1、5所示，所述扇形段机匣组件包括扇形段机匣(上板)1、扇形段机匣静子安装孔2、扇形段机匣螺纹孔3、扇形段机匣定位槽4、扇形段机匣定位面5、位移机构安装座6、位移机构安装座螺纹孔7、测量槽8、豁口9、扇形段机匣内板10、螺栓11、测量槽堵盖12、扇形段机匣定位孔平面39、扇形段机匣定位孔侧面40。其中扇形段机匣螺纹孔3为带有内螺纹的通孔，位移机构安装座螺纹孔7为带有内螺纹的盲孔。

所述位移机构安装座6上设置有静子进、出口截面测量槽8，在静子叶片流场测量试验中，通过螺栓连接将位移机构(在某些领域也叫坐标架)安装在位移机构安装座6上，位移机构带动探针穿过测量槽8移动到静子叶片进、出口截面上一个个坐标点，探针测量静子叶片进、出口截面的详细流场数据，在不加装位移机构时，需要安装测量槽堵盖12，测量槽堵盖12的底端与扇形段机匣的内板10刚好拼成了一个完整的机匣环面。

如图2所示，所述加长轴颈静子叶片包括加长轴颈静子叶片叶身13、加长轴颈静子叶片底板18、加长轴颈静子叶片定位环14、加长轴颈静子叶片轴颈17、加长轴颈静子叶片定位面15和带有螺纹的加长轴颈静子叶片安装轴16。

其中，加长轴颈静子叶片的轴颈17比常规静子叶片的轴颈21长度更大，是因为扇形段机匣1及其安装座36增加了机匣厚度，常规叶片的轴颈长度已经不满足装配关系，所以设计了加长轴颈静子叶片。

如图3所示，加长轴颈静子叶片13穿过扇形段机匣静子安装孔2，静子叶片的定位环14顶部与扇形段机匣定位孔平面39压紧，保证静子叶片的径向定位，静子叶片的定位环14侧面与扇形段机匣定位孔侧面40压紧，保证静子叶片的周向定位。静子轴颈上的定位面15与定位块内侧的定位面26形成小间隙配合，同时定位块外侧的定位面28与扇形段机匣定位面5之间形成小间隙配合，保证静子叶片沿着安装轴16的角向定位。通过六角螺母25压紧定位块27与扇形段机匣定位面4，并保证加长轴颈静子定位环14与扇形段机匣定位孔平面39压紧。常规轴颈静子叶片23与静子机匣32之间也是采用同样的安装方式。

如图4所示，扇形段机匣安装座36是焊接在整环静子机匣32上的，此处为了放大机匣上安装座结构的组成细节，特将机匣只截取了包含扇形段机匣安装座的一部分机匣来展示，实际结构是整环结构。如图3所示的扇形段机匣组件通过螺栓11、扇形段机匣螺纹孔3、扇形段机匣安装座螺纹孔38、与扇形段安装座36固定在一起，如图6所示，扇形段机匣的内板10与静子机匣32拼成完整的机匣环面，保证了压气机流道的完整光滑过渡。

如图6所示，加长轴颈静子叶片13装配到扇形段机匣1后组成扇形段机匣组件，将扇形段机匣组件通过螺栓11连接到扇形段机匣安装座36后，周向所有静子叶片的底板(包括扇形段内的加长轴颈静子叶片底板18和常规静子叶片底板24)拼成一个完整的内轮毂环面。

其中，所述扇形段机匣组件两侧的相邻常规静子叶片，为了其安装时六角螺母与周边不干涉，特地设计了扇形段机匣豁口9和扇形段机匣安装座豁口37，而且此处由于扇形段机匣安装座的的干涉，并不能使用常规的静子定位块30，而改用了偏心定位块27。

其中，扇形段包含的加长轴颈静子叶片数目一般不超过单排静子叶片数的20％，本实施例周向整环包含84个静子，而扇形段机匣包含8个加长轴颈静子叶片，占比9.52％。

本实施例为原型压气机静子件试验，其中加长轴颈静子叶片的叶身13与常规静子叶片的叶身23相同。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，所不同之处在于本实施例的8个加长轴颈静子叶片的叶身为端弯叶片。将实施例1中的扇形段机匣组件从扇形段机匣安装座36上拆下，接着旋出六角螺母25，从上方取出定位块30，从下方取出加长轴颈静子叶片13，换上本实施例中的新的加长轴颈端弯静子叶片，即完成了本实施例中的扇形段机匣组件的安装。扇形段机匣组件与静子机匣32的连接方式同实施例1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。