可压缩式排气温度传感器的制作方法

1.本发明涉及航空发动机领域，特别涉及一种可压缩式排气温度传感器。


背景技术：

2.航空发动机的排气温度传感器多安装于发动机机匣上，部分部件机匣为双层机匣设计，中通冷却气，排气温度传感器需要穿过双层机匣伸入流道，双层机匣内的冷却气不得进入流道内，对传感器与机匣接口的密封提出了严格要求。排气温度传感器应尽可能多的测量不同径向高度的温度场以表征该截面的真实温度。
3.现有的一部分航空发动机采用双层机匣内部设计套管结构，排气温度传感器无需进行内层机匣密封设计，只需进行外层机匣密封设计、径直插入流道内即可。在这个方案中，传感器的测温探头为单余度设计，仅可测量单一径向高度流场，测温探头与套管在发动机运转过程中极易发生碰磨，影响传感器可靠性及发动机安全，且由于发动机流道内的热气直接接触传感器外层机匣安装座。因此对外层机匣安装座的耐温能力提出了较高需求，导致选材受限。
4.现有的一类排气温度传感器设计思路为采用传感器测温探头与外侧套管分离式设计，外侧套管增加锁定机构设计，通过传感器位于内外层机匣之间的柱塞结构设计，借助锁定机构与内层机匣接触，使得传感器测温探头可在外侧套管内进行滑动，实现双层机匣密封效果。在这个方案中，通过传感器测温探头与外侧套管为分离式滑动设计达到锁定机构与内层机匣紧密接触密封的目的，但该种方案导致传感器安装、拆卸过程中测温探头反复滑动，测温探头的可靠性大大降低，在传感器设计过程中应尽可能避免。
5.当一台航空发动机的某一部件机匣为双层时且内部通冷却气时，如低压涡轮进口处的双层机匣，此处的排气温度传感器需要考虑双层机匣密封，避免机匣内的冷却气进入热态流道内影响发动机安全。而且，由于双层机匣为不同部件的拼接处，导致连接处的同心度较难精准把控，传感器既需要考虑同心度偏心产生的安装失效，亦需要避免双层机匣连接处的振动导致的传感器测温探头与机匣碰磨问题。除此之外，仍需保证传感器在使用过程中的测温可靠性。
6.航空发动机的温度流场由排气温度传感器测量体现，因此传感器需要尽可能多的测量到不同径向高度的高度以更好的表征真实温度场。
7.现有的排气温度传感器存在的以下诸多缺陷：
8.一、无法兼顾传感器双层机匣密封能力与测温探头可靠性；
9.二、无法进行不同径向高度的多余度测量；
10.三、无法兼顾径向多余度与滞止腔设计；
11.四、无法避免传感器测温探头与机匣的碰磨；
12.五、无法避免安装孔同心度差时传感器碰到的盲安装问题。
13.有鉴于此，本领域技术人员设计了一种可压缩式排气温度传感器，以期克服上述技术问题。


技术实现要素：

14.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中排气温度传感器无法兼顾传感器双层机匣密封能力与测温探头可靠性，且无法进行不同径向高度的多余度测量的缺陷，提供一种可压缩式排气温度传感器。
15.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
16.一种可压缩式排气温度传感器，用于发动机的双层机匣，其特点在于，所述可压缩式排气温度传感器包括传感器套管、测温探头、中空式弹簧和固定堵头，所述测温探头的一端安装在所述传感器套管内，所述中空式弹簧位于所述传感器套管内，所述中空式弹簧的一端与所述测温探头连接，另一端与传感器套管的上端部连接；
17.所述固定堵头固定在所述测温探头的外部，位于所述传感器套管的下方，用于与所述双层机匣的内层机匣紧密接触密封。
18.根据本发明的一个实施例，所述测温探头内包括外套管、内套管和至少两根测温线缆，所述测温线缆布置在所述内套管内，所述外套管套设在所述内套管的外部，所述外套管和所述内套管之间通过第一衬套固定，所述固定堵头固定在所述外套管的外部。
19.根据本发明的一个实施例，所述外套管和所述内套管之间还设置一第二衬套，所述第二衬套位于所述测温探头的下端部。
20.根据本发明的一个实施例，所述外套管的外表面上设置有多个连续的进气孔和至少一个出气孔，所述进气孔和所述出气孔之间在所述测温探头内形成滞止腔。
21.根据本发明的一个实施例，至少一所述测温线缆的端部位于所述内套管与所述滞止腔对应的区域内；
22.所述内套管的下端部延伸至所述外套管的外部，且所述内套管的下端部呈阶梯型分段结构，至少一所述测温线缆的端部位于所述内套管的下端部内。
23.根据本发明的一个实施例，所述外套管的外表面上设置有三个连续相同的进气孔和一个出气孔，所述进气孔的半径、所述进气孔之间的间距，以及所述出气孔的半径之比为1.75:1:1.25。
24.根据本发明的一个实施例，所述中空式弹簧的一端与所述测温线缆套接，固定在所述测温探头上。
25.根据本发明的一个实施例，所述固定堵头与所述外套管为一体成型，所述固定堵头的外表面为球面。
26.根据本发明的一个实施例，所述传感器套管的下部设置有法兰盘，所述测温探头通过一凸盘与所述法兰盘连接，所述凸盘与所述法兰盘为分体式结构。
27.根据本发明的一个实施例，所述传感器套管的上端部设置有固定板，所述中空式弹簧的另一端与所述固定板连接。
28.本发明的积极进步效果在于：
29.本发明可压缩式排气温度传感器具有如下诸多优点：
30.一、传感器解决了安装孔同心度差时传感器碰到的盲安装问题。
31.二、传感器具备不同安装角度、发动机不同方向振动时的双层机匣密封能力。
32.三、传感器的测温探头可靠性高。
33.四、传感器实现了不同径向高度的多余度总温测量。
34.五、传感器测量精度高。
附图说明
35.本发明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的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
36.图1为本发明可压缩式排气温度传感器的外部结构示意图。
37.图2为本发明可压缩式排气温度传感器的进气示意图。
38.图3为本发明可压缩式排气温度传感器的内部结构示意图。
39.【附图标记】
40.传感器套管
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10
41.测温探头
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20
42.中空式弹簧
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30
43.固定堵头
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40
44.外套管
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21
45.内套管
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22
46.测温线缆
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23
47.第一衬套
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50
48.第二衬套
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51
49.进气孔
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211
50.出气孔
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212
51.凸盘
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60
52.法兰盘
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11
53.固定板
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12
具体实施方式
54.为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
55.现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
56.此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
57.此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
58.图1为本发明可压缩式排气温度传感器的外部结构示意图。图2为本发明可压缩式排气温度传感器的进气示意图。图3为本发明可压缩式排气温度传感器的内部结构示意图。
59.如图1至图3所示，本发明公开了一种可压缩式排气温度传感器，用于发动机的双层机匣，其包括传感器套管10、测温探头20、中空式弹簧30和固定堵头40，将测温探头20的
一端安装在传感器套管10内，中空式弹簧30位于传感器套管10内，中空式弹簧30的一端与测温探头20连接，另一端与传感器套管10的上端部连接。固定堵头40固定在测温探头20的外部，位于传感器套管10的下方，用于与所述双层机匣的内层机匣紧密接触密封。
60.优选地，测温探头20内包括外套管21、内套管22和至少两根测温线缆23，测温线缆23布置在内套管22内，外套管21套设在内套管22的外部，外套管21和内套管22之间通过第一衬套50固定，固定堵头40固定在外套管21的外部。外套管21和内套管22之间还设置一第二衬套51，第二衬套51位于测温探头的下端部。第二衬套51一方面可以进一步固定外套管21和内套管22，另一方面可以将外套管21和内套管22之间密封起来，从而测温探头20的内部结合为一个密闭整体，结合方式可选用钎焊。
61.进一步地，在外套管21的外表面上设置有多个连续的进气孔211和至少一个出气孔212，进气孔211和出气孔212之间在测温探头20内形成滞止腔。当被测气流流入进气孔后，会在滞止腔内将滞止式余度测试结果恢复为总温，滞止式余度更靠近机匣内壁。
62.优选地，至少一测温线缆23的端部位于内套管22与所述滞止腔对应的区域内，形成滞止式余度设计。所述滞止式余度是指针对一个多余度测量的传感器，其中一个余度位于滞止环境下。理想的滞止环境中，气流速度为零。在航空发动机领域，滞止环境通常意味着气流进入该环境中时气流速度急剧下降。内套管22的下端部延伸至外套管21的外部，且内套管22的下端部呈阶梯型分段结构，至少一测温线缆23的端部位于内套管22的下端部内，形成旋锻式余度设计。所述旋锻式余度是指针对一个多余度测量的传感器，其中一个余度所处的外壳结构使用旋锻工艺进行加工。
63.更优选地，本实施例中外套管21的外表面上设置有三个连续相同的进气孔211和一个出气孔212，其中基于良好的滞止效应目的及总温恢复率测试结果，进气孔211的半径、进气孔211之间的间距，以及出气孔212的半径之比优选为1.75:1:1.25。
64.这种结构设计不影响测温探头的可靠性且实现了不同径向高度的总温测量，可以兼顾流道测试环境的快速响应及总温测试需求。特别的，可选用合适的信号表决逻辑，当流场温度急剧变化时，裸偶旋锻设计的余度可在最终的信号表决中占据较高权重，使得表决后信号能够更好的反映快速变化的流场环境。当流场温度较为稳定时，滞止设计的余度可在最终的信号表决中占据较高权重，使得表决后信号能够更接近当前环境的总温。传感器的测温结果可以更好地表征发动机流道的温度场，使得测温精度大大提高。
65.另外，中空式弹簧30的一端与测温线缆23套接，固定在测温探头20上。固定堵头40与外套管21为一体成型，固定堵头40的外表面设置为球面。
66.在传感器套管10的下部设置有法兰盘11，测温探头20通过一凸盘60与法兰盘11连接，且凸盘60与法兰盘11为分体式结构。传感器套管10的上端部设置有固定板12，中空式弹簧30的另一端与固定板12连接。
67.当固定堵头40接触内机匣安装座时，通过按压法兰盘11与外层机匣连接，可实现固定堵头40与内层机匣安装座紧密结合，实现传感器可压缩、双层机匣机匣密封能力。此处固定堵头40可设计为球面形式，内层机匣安装座可设计为锥面形式，内层机匣密封可实现线密封。
68.传感器的可压缩设计通过中空式弹簧30实现。传感器的双余度测温线缆23穿过中空式弹簧30内部，向上穿过固定板12接向传感器输出端。其中固定板12、中空式弹簧30、法
兰盘11为一体式设计。
69.当传感器安装、拆卸时，法兰盘11向下压缩/向上释放时，中空式弹簧30向下压缩/向上释放，固定堵头40与测温探头20为一体式设计，故压缩/释放量仅产生在中空式弹簧30处，测温探头20在整个过程中始终保持静止状态。测温探头20是传感器测温的关键所在，该设计保证了测温探头的可靠性。
70.另外，传感器的凸盘60与测温探头20、固定堵头40为一体式设计，凸盘60与法兰盘11为分体式设计，使得传感器的测温探头20能够具备移动能力，且对测温探头20具有一定的限位作用。由于双层机匣为部件拼接处，同心度保证较差，传感器的分体式设计和一体式设计使得测温探头20与固定堵头40可以在外层机匣的法兰盘套孔内进行一定幅度的移动，可使测温探头20处于不同安装角度，规避了双层机匣拼接引发的同心度盲安装问题。
71.特别地，基于固定堵头的球面设计，无论传感器测温探头处于何种安装角度，发动机产生何种方向的振动，内层机匣均可通过测温探头上固定的球面堵头实现线密封，外层机匣均通过中空式弹簧30的压缩实现外层机匣法兰盘垫片密封。内层机匣的线密封使得发动机运转的各种工况下均能保证双层机匣内的冷却气与热态流道隔离。
72.根据上述结构描述，本发明所述可压缩式排气温度传感器具有如下诸多创新之处：
73.一、所述传感器测温探头外部焊接一固定堵头，在外层机匣以上的传感器套管内进行中空弹簧设计。当堵头与发动机内层机匣接触时，通过套管内的铠装弹簧实现传感器堵头以上部分向下运动实现堵头与内层机匣紧密接触密封的效果，同时传感器测温探头在使用过程中始终保持静止状态，最大程度的保证了测温探头的可靠性。
74.二、所述可压缩式排气温度传感器采用中空式弹簧设计，将中空式弹簧置放于外层机匣以外的传感器套管内，测温线缆外套中空式弹簧固定在传感器套管上，实现了线缆的绝缘保护。在传感器安装、拆卸的作动过程中，测温线缆借助于中空式弹簧，逐层向下施加压力，缓冲了传感器向下运动时对测温探头及测温线缆施加的强度，提高了传感器测温探头的可靠性。其使得传感器具备了一定的压缩量，可以灵活适配不同构型的发动机，减重效果好。
75.三、所述可压缩式排气温度传感器采用测温探头与固定堵头一体化设计，固定堵头被固定在测温探头上，实现了双层机匣密封效果，保证了传感器安装、拆卸过程中测温探头始终处于静止状态，保证了测温探头的可靠性。固定堵头采用球面设计，保证了发动机在不同方向振动时，固定堵头与内层机匣安装座始终处于线密封方式，提高了密封效果。测温探头感温点直接暴露在流道内，在发动机运转时不会与机匣发生碰磨。在外层机匣的法兰盘套孔处，测温探头进行凸盘设计。
76.四、所述可压缩式排气温度传感器采用双余度、不同径向高度的滞止腔总温测量设计，更靠近流道内侧的测温探头采用裸偶旋锻式设计，响应较快。另一余度测温探头更靠近机匣内壁，该处测点采用滞止腔设计，保证总温恢复率。基于一个实例，两处测点在中空式弹簧出口处进行并联输出为单余度，亦可依据需求实现双余度输出。
77.五、所述可压缩式排气温度传感器解决了安装孔同心度差时传感器碰到的盲安装问题。由于双层机匣为不同部件拼接结合而成，拼接处同心度把控无法精准，传感器安装时处于盲安装状态。基于所使用的中空式弹簧、一体化测温探头与固定堵头、测温探头的凸盘
设计，使得测温探头与固定堵头可以在外层机匣的法兰盘套孔内进行一定幅度的移动，可使测温探头处于不同安装角度，规避了双层机匣拼接引发的同心度盲安装问题。
78.综上所述，本发明所述可压缩式排气温度传感器是一种具备双层机匣密封、测温探头可靠性高的、在安装拆卸过程中不会移动的、能够测量不同径向高度的排气温度传感器。
79.本发明可压缩式排气温度传感器具有如下诸多优点：
80.一、传感器解决了安装孔同心度差时传感器碰到的盲安装问题。
81.基于所使用的中空式弹簧、一体化测温探头与密封堵头、测温探头的凸盘设计，使得测温探头与密封堵头可以在外层机匣的法兰盘套孔内进行一定幅度的移动，可使测温探头处于不同安装角度，规避了双层机匣拼接引发的同心度盲安装问题。
82.二、传感器具备不同安装角度、发动机不同方向振动时的双层机匣密封能力。
83.传感器测温探头上固定有密封球面堵头，无论传感器测温探头处于何种安装角度，发动机产生何种方向的振动，内层机匣均可通过测温探头上固定的球面堵头实现线密封，外层机匣均通过中空式弹簧的压缩实现外层机匣法兰盘垫片密封。内层机匣的线密封使得发动机运转的各种工况下均能保证双层机匣内的冷却气与热态流道隔离。
84.三、传感器的测温探头可靠性高。
85.传感器采用中空式弹簧设计，测温探头与堵头一体化设计。在传感器压缩的过程中，借助中空式弹簧，逐层向下施加压力，缓冲了传感器向下运动时对测温探头及测温线缆施加的强度。堵头与内层机匣接触，测温探头与堵头为一体化设计，传感器的测温探头在中空式弹簧压缩作动过程中始终处于静止状态，提高了测温探头的可靠性，降低了测温探头的失效率。
86.四、传感器实现了不同径向高度的多余度总温测量。
87.传感器为不同径向高度双余度设计，一余度更靠近流道内侧，一余度更靠近机匣内壁，更好的表征了发动机流道温度场。
88.五、传感器测量精度高。
89.传感器的多余度设计可以兼顾快速响应及总温恢复率高的要求，传感器一余度进行裸偶旋锻式设计，直接裸露在流道内，对温度变化的响应较快，一余度位于测温探头的滞止腔内，被测气体通过在腔内滞止恢复成总温。基于一个实例，当流场温度急剧变化时，裸偶设计的余度可在最终的信号表决中占据较高权重，使得表决后信号能够更好的反映快速变化的流场环境。当流场温度较为稳定时，滞止设计的余度可在最终的信号表决中占据较高权重，使得表决后信号能够更接近当前环境的总温。
90.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。