一种随动杆热态试验系统及试验方法与流程

1.本发明属于航空发动机试验技术领域，具体涉及一种随动杆热态试验系统及试验方法。


背景技术：

2.航空燃气涡轮发动机在低转速范围内工作时，进入压气机各级叶片的气流方向与叶片的安装角不相适应，会造成压气机前几级失速，后几级堵塞，严重时会导致压气机喘振。现有技术中，放气活门机构是防止发动机喘振的有效控制措施，一般在压气机出口处安装有放气活门，在规定的转速范围内，放气活门随动杆通过防喘作动筒提供的动力带动放气活门启闭，放出轴流压气机后部分压缩空气，防止压气机喘振，增加发动机工作的稳定性。
3.近年来发生了多起航空发动机放气活门随动杆断裂故障，导致防喘系统失效，直接影响发动机的使用安全。由于随动杆所处放气机构结构、受力复杂，理论计算难以准确得出随动杆工作时的受力情况，而在航空发动机的实际运行中测试放气活门随动杆，存在测试难度大，对航空发动机本身和测试人员的人生安全有一定的威胁；且已有的试验单元和试验系统均在常温的情况下对随动杆进行测试，测试结果不能满足随动杆实际应用的高温场景，测量结果对实际的应用场景和随动杆的加工工艺不具有参考意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种随动杆热态试验系统及试验方法，以解决现有技术中的问题；
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种随动杆热态试验系统，包括随动杆、加热单元和密封的试验单元，其中，所述加热单元通过管道与所述试验单元相连接，所述随动杆设置于所述加热单元上，在所述固定设置有应变计，所述随动杆的一端与所述试验单元中的放气活门相连接，另一端与试验单元中的防喘作动筒相连接的连杆固定连接。
7.进一步地，所述试验单元包括高压机匣、中介机匣、低压机匣，其中，
8.所述高压机匣固定设置于所述中介机匣的上部，在所述高压机匣的上部固定设置有第一输出管道和第二输出管道，所述第一输出管道和所述第二输出管道汇集形成高压机匣输出总管；
9.所述中介机匣的底部固定连接于所述低压机匣的上部；
10.所述高压机匣上固定设置放气总管和放气活门，所述放气活门上固定设置有随动杆，并与所述随动杆的一端固定连接，并在所述随动杆的另一端与连杆的一端固定连接；
11.所述低压机匣上固定设置有防喘作动筒，所述防喘作动筒的输出端固定连接于所述连杆的另一端。
12.进一步地，所述加热单元包括空压机、储气罐、加热器和气动调节阀，其中，所述空
压机固定连接于所述储气罐的一端，所述加热器与所述气动调节阀并列连接，所述并列连接的两端管道分别形成输入总管和输出总管，所述输入总管与所述储气罐的另一端相连接，所述输出总管连接于所述试验单元中高压机匣的顶部。
13.进一步地，所述输入总管的管道末端设置有第一支路管道和第二支路管道，所述输入总管上设置有充气阀，所述第一支路管道和所述第二支路管道的末端分别与高压机匣的顶部固定连接，在所述第一支路管道上设置有进气阀，在所述第二支路管道上设置有液动伺服阀；在所述输出总管上还设置有输出支路管道，所述输出支路管道的末端与消音器的第一输入端相连接，在所述输出支路管道上设置有排空阀；所述消音器的第二输入端与高压机匣输出总管相连接。
14.进一步地，所述试验单元上设置有压力变送器和热电偶，所述压力变送器和所述热电偶分别与所述高压机匣相连接。
15.进一步地，所述应变计设置于随动杆上u形拨叉与转轴的转接r处。
16.进一步地，所述应变计为中温电阻应变计。
17.进一步地，所述防喘作动筒的输入端上连接有液压伺服控制器。
18.一种随动杆热态试验系统的试验方法，包括在所述随动杆上固定设置应变计，并将所述随动杆设置于密封的试验单元上，将所述随动杆的一端与所述试验单元的放气活门固定连接，另一端与试验单元中的防喘作动筒相连接的连杆固定连接，通过管道在所述密封的试验单元上连接加热单元，加热单元加热后通过管道传输至密封的试验单元。带动随动杆运动，完成随动杆的热态试验。
19.进一步地，在进行随动杆测试时，包括，
20.搭建密封的试验单元，并进行试验单元的加载调试；
21.对加载调试的试验单元进行密封性测试；
22.在所述试验单元上设置加热单元，并进行加热单元的加热调试；
23.加热调试完成后进行试验系统的综合调试及随动杆的试验；
24.卸载试验系统，完成随动杆的测试。
25.相较于现有技术，本发明的优点在于：
26.本发明的一种随动杆热态试验系统，通过加热单元对密封的试验单元进行加热，并在试验单元上设置随动杆，在随动杆上设置应变计，使得能够通过加热单元对密封的试验单元进行温度调节，模拟随动杆的真实工作场景，同时通过观测随动杆上应变计的数值，得出随动杆准确的受力情况，并根据试验时随动杆上不同位置断裂的数值对随动杆的应用场景和加工工艺针对性的改进，对实际的工作有一定的参考意义，保障了发动机的使用安全和测试人员的安全。
27.进一步地，加热单元通过空压机、储气罐和加热器及调节阀的结构，使得在进行空气加热时，环境空气经空压机压缩后，进入储气罐进行稳压，减小气流脉动对试验的影响，随后进入加热器加热后，与气动调节阀打开后的常温高压气体进行掺混，形成高温高压气体经过充气阀后进入试验单元进行试验，有效的对试验温度进行调节，保障了随动杆的有效试验。
28.进一步地，通过在密封的试验单元上设置热电偶和压力变送器的结构，使得热电偶和压力变送器能够对密封的试验单元进行压力和温度的检测，一方面能够便于作业人员
对试验单元试验条件的监测，另一方面通过压力和温度的监测，保障了试验单元的安全试验。
29.进一步地，通过将应变计设置于随动杆上u形拨叉与转轴的转接r处，能够更好地模拟随动杆在实际应用中的断裂位置的应力水平，为试验人员提供更好的参考依据。
30.进一步地，将防喘作动筒的输入端与液压伺服控制器相连接，能够将防喘作动筒和随动杆的实际运行状态有效模拟，使得随动杆的运行状态更加稳定、真实。
31.本发明的一种随动杆热态试验系统的试验方法，通过在密封的试验单元上设置随动杆和加热单元，实现在试验室环境下真实模拟随动杆工作过程中运动和受力情况，根据工作和受力情况开展不同装配工艺下随动杆断裂部位应力测试，分析故障原因，对找出随动杆断裂受力的主要影响因素及其影响规律，为随动杆断裂故障定位、装配工艺改进等提供重要依据的同时，保障了发动机的使用安全和测试人员的安全。
附图说明
32.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
33.图1为本发明一种随动杆热态试验系统的整体结构示意图；
34.图2为本发明一种随动杆热态试验系统中试验单元的密封结构示意图；
35.图3为本发明一种随动杆热态试验系统中在随动杆上某一位置设置应变计的结构示意图。
36.图4为本发明一种随动杆热态试验系统中随动杆在使用过程中某一位置断裂的结构示意图。
37.其中：1空压机，2储气罐，3加热器，4充气阀，5排空阀，6消音器，7进气阀，8进口液动伺服阀，9出口液动伺服阀，10排气阀，11压力变送器，12热电偶，13高压机匣，14放气总管，15放气活门，16随动杆，17中介机匣，18连杆，19低压机匣，20防喘作动筒，21液压伺服控制器，22气动调节阀，23上密封盖板，24上密封垫，25下密封垫，26下密封盖板，27密封圈，37应变计。
具体实施方式
38.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对
重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.本发明的一种随动杆热态试验系统和试验方法，通过密封的试验单元，随动杆16和加热单元的结构，对随动杆16在发动机工作过程中运动和受力情况进行试验，验证不同装配工艺下随动杆16断裂部位的应力水平，以及对随动杆16工作和受力情况开展不同装配工艺下随动杆16断裂部位应力测试，根据测试结果分析故障原因，对找出随动杆16断裂受力的主要影响因素及其影响规律，为随动杆16断裂故障定位、装配工艺改进等提供重要依据的同时，保障了发动机的使用安全和测试人员的安全。
42.具体地，结合图4和图3所示，图4为随动杆的主视图，图中所示的e位置为随动杆的断裂位置，图3为随动杆的左视图；放气活门随动杆的一端为转轴，另一端为u型拨叉，转轴通过外花键与防喘调节系统的放气活门控制杆相连，u型拨叉与放气活门相连。转轴在防喘调节系统的带动下转动，使u型拨叉摆动，从而带动放气活门运动，以达到开、关放气活门的目的。
43.具体地，加热单元通过管道与试验单元相连接，随动杆16设置于加热单元上，在固定设置有应变计37，随动杆16的一端与试验单元中的放气活门15相连接，另一端与试验单元中的防喘作动筒20相连接的连杆18固定连接。
44.优选地，应变计37设置于随动杆16上u形拨叉与转轴的转接r处；优选地，应变计37为中温电阻应变计。
45.具体地，空压机1固定连接于储气罐2的一端，加热器3与气动调节阀22并列连接，并列连接的两端管道分别形成输入总管和输出总管，输入总管与储气罐2的另一端相连接，输出总管连接于试验单元中高压机匣的顶部。具体地，输入总管的管道末端设置有第一支路管道和第二支路管道，输入总管上设置有充气阀4，第一支路管道和第二支路管道的末端分别与高压机匣的顶部固定连接，在第一支路管道上设置有进气阀7，在第二支路管道上设置有进口液动伺服阀8；在输出总管上还设置有输出支路管道，输出支路管道的末端与消音器6的第一输入端相连接，在输出支路管道上设置有排空阀5；消音器6的第二输入端与高压机匣输出总管相连接。环境空气经空压机1压缩后，进入储气罐2进行稳压，减小气流脉动对试验的影响，随后进入加热器3加热后，与气动调节阀22打开后的常温高压气体进行掺混，形成高温高压气体经过充气阀4后进入密封的试验单元。密封的试验单元包括上密封盖板23，上密封垫24，高压机匣13，中介机匣17，下密封垫25，下密封盖板26，密封圈27。具体地，高压机匣固定设置于中介机匣的上部，在高压机匣的上部固定设置有第一输出管道和第二输出管道，第一输出管道和第二输出管道的一端与高压机匣的上部固定连接，第一输出管道和第二输出管道的另一端汇集形成高压机匣输出总管，并在第一输出管道上设置有出口液动伺服阀9，在第二输出管道上设置有排气阀10；中介机匣的底部固定连接于低压机匣19的上部；高压机匣上固定设置放气总管14和放气活门15，放气活门15上固定设置有随动杆
16，并与随动杆16的一端固定连接，并在随动杆16的另一端与连杆18的一端固定连接；低压机匣19上固定设置有防喘作动筒20，防喘作动筒20的输出端固定连接于连杆18的另一端。密封的试验单元内热态气体的压力、温度由压力变送器11和热电偶12进行监测，由进气阀7，进口液动伺服阀8，出口液动伺服阀9，排气阀10进行调节。当系统需紧急排气时，可打开排空阀5，将高温高压气体通过消音器6后排入大气。防喘作动筒20的动作执行由液压伺服控制器21进行控制。
46.具体地，试验单元上设置有压力变送器11和热电偶12，压力变送器11和热电偶12分别与高压机匣相连接。具体地，防喘作动筒20的输入端上连接有液压伺服控制器21
47.具体地，密封的试验单元包括上密封盖板23，上密封垫24，高压机匣13，中介机匣17，下密封垫25，下密封盖板26，密封圈27。上密封盖板23与上密封垫24用螺栓固定在a高压机匣13后安装边上，b高压机匣13前安装边与c中介机匣17分隔环用螺栓连接，将密封圈27安装在下密封盖板26上，将下密封盖板26与下密封垫25用螺栓固定在d中介机匣17内机匣后端面上，此时在上密封盖板23与下密封盖板26之间形成了密闭的腔体。当随动杆16通过防喘作动筒20提供的动力带动放气活门15打开时，机匣腔内的高温高压气体通过放气总管14上的放气窗口，排放到发动机外涵道，此时随动杆16除承受周向扭转应力、轴向弯曲应力之外，还承受着放气活门15打开瞬间高温高压气体的冲击应力，能够真实模拟随动杆16的受力状态。
48.实施例2
49.一种随动杆热态试验系统的试验方法，包括在随动杆16上固定设置应变计37，并将随动杆16设置于密封的试验单元上，将随动杆16的一端与试验单元的放气活门15固定连接，另一端与试验单元中的防喘作动筒20相连接的连杆18固定连接，通过管道在密封的试验单元上连接加热单元，加热单元加热后通过管道传输至密封的试验单元。带动随动杆16运动，完成随动杆16的热态试验。
50.具体地，在进行随动杆16测试时，包括，搭建密封的试验单元，并进行试验单元的加载调试；对加载调试的试验单元进行密封性测试；在试验单元上设置加热单元，并进行加热单元的加热调试；加热调试完成后进行试验系统的综合调试及随动杆16的试验；卸载试验系统，完成随动杆16的测试。
51.其中，本实施例中的随动杆16为试验元件，试验元件为按照实际应用的随动杆16按原比例制造而成，在进行试验时，包括以下步骤：
52.步骤1.制作随动杆试验件28。如附图4所示，随动杆裂纹起始位置位于随动杆内侧转接r处，由于结构及装配情况限制，此处无法粘贴电阻应变计，选择与断裂部位同截面的外侧为应力测量点，在测量点处粘贴中温电阻应变计，并放入烘箱内加温固化，保证应变计粘贴牢固。
53.步骤2.试验组件及密封装置安装29。按照航空发动机装配要求，低压机匣19与中介机匣17通过螺栓连接，将安装有密封圈27的下密封盖板26，与下密封垫25用螺栓固定在中介机匣17d内机匣后端面上,中介机匣17另一端c分隔环与高压机匣13b前安装边连接，其另一端a高压机匣后安装边与上密封垫24、上密封盖板23通过螺栓连接。将制作完成的随动杆16试验件一端与放气活门15连接，另一端与中介机匣17、连杆18连接，放气活门15与放气总管14装配后与高压机匣13相连，连杆18另一端与防喘作动筒20相连。随动杆16通过防喘
作动筒20提供的动力控制放气活门15的打开和关闭。
54.步骤3.热态试验系统搭建30。按照附图1所示搭建热态试验系统，包括空压机1，储气罐2，加热器3，充气阀4，排空阀5，消音器6，进气阀7，进口液动伺服阀8，出口液动伺服阀9，排气阀10，压力变送器11，热电偶12，液压伺服控制器21，气动调节阀22。
55.步骤4.液压加载调试31。即在无气压载荷条件下，进行液压执行机构、放气机构的运行调试。启动液压伺服控制器21，在低压1.5mpa油压下进行试运行，观察防喘作动筒20、随动杆16运行正常，放气活门15打开、关闭动作正常，无卡滞现象；调节液压子站出口压力至试验要求供油压力，观察放气活门15打开、关闭动作正常，无卡滞现象，液压加载试验调试完成。
56.步骤5.密封性测试32。即在冷态下对试验密封装置的有效性进行测试。开启空压机1，储气罐2，充气阀4，设定试验压力(不超过试验压力的30％)，保载10min～20min，检查试验组件密封性是否良好，气压加载允许有不影响试验准确性的少量漏气。
57.步骤6.加温调试33。即对试验组件施加热空气进行加温调试。对于热态下进行空气施加内压的薄壁件类试验，需通过热空气对试验组件进行预热。开启空压机1，储气罐2，加热器3，充气阀4，设定一定开度的进气阀7，排气阀10，通过预热管道的大流量低压(20％的试验压力以下)热空气进行加热，当机匣密封腔内的温度达到试验要求温度时，减小预热空气流量，进行保温预热。若密封腔内温度达不到试验要求温度，则应进行加热器功率或伴热管道的调整，达到试验要求的温度后则加温调试完成。
58.步骤7.综合调试34。按照步骤6方法对试验组件进行加温，机匣密封腔内的温度达到试验温度后，开启进口液动伺服阀8，出口液动伺服阀9，施加80％的内压载荷，当压力、温度稳定后，调节液压子站出口压力至试验要求供油压力，启动液压伺服控制器21，观察放气活门15打开、关闭动作应运行正常，综合调试完成。
59.步骤8.正式试验35。在上述调试工作完成后，进入正式试验。
60.按照步骤7方法对试验组件加温、加内压，当密封腔内温度、压力达到试验要求并稳定后，调节液压子站出口压力至试验要求供油压力，启动液压伺服控制器21，控制防喘作动筒20活塞杆伸出、缩回，从而通过随动杆16带动放气活门15打开、关闭，测量随动杆16断裂部位在运动过程中的应力水平。应用以上测试方法分别对不同装配工艺下随动杆断裂部位的应力水平进行测试，每种状态下重复测量3次，并记录试验数据。
61.步骤9.试验卸载36。试验完成后，关闭加热器3，打开排空阀5，待加热器3出口温度降至150℃以下时，关闭空压机1,储气罐2。分解放气活门、随动杆试验组件，进行试验数据整理、分析，给出试验结论，试验结束。
62.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
63.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。