[发明专利]一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构

说明书

本发明公开了一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，涉及涡轮发动机技术领域，包括动力涡轮轴，包括动力输入端、动力输出端和细轴；加强筋，其均匀设于细轴外周壁；基准轴，其整体套设于动力涡轮轴上；测扭环，其适于装配在动力输出端上，与基准轴配合使用来测量扭矩，本发明涉及涡轮发动机技术领域。本具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，通过设置的细轴与其表面的加强筋，实现紧凑型涡轮轴的测扭功能的同时，也具备足够的抗弯能力；通过设置的基准轴，将细轴和加强筋完全包括在内部，避免动力涡轮轴直接暴露在油气环境中，减小加强筋摩擦，减弱加强筋所带来的鼓风效应，避免鼓风损失。

技术领域

本发明属于涡轮发动机技术领域，具体是一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构。

背景技术

涡轮轴为涡轮发动机的重要零件，看起来只是简单的一根金属管，但实际上它是一个肩负120000至160000rpm转动及超高温的精密零件，其精细的加工工差、精深的材料运用和处理正是所有涡轮厂最为核心的技术。目前，航空涡轴发动机通常要在发动机内部涡轮轴上设计测扭结构来监测发动机瞬时扭矩，通常采用的测扭原理为电相位法。

电相位法的具体原理是在动力涡轮轴外侧或内部设置基准轴，基准轴一端与动力涡轮轴通过销钉来连接，保证此端处基准轴与动力涡轮轴周向位移始终保持一致，在基准轴另一端出设置一个测扭环(基准轴在此处与动力涡轮轴保持大的径向间隙配合，保证此处基准轴可以自由转动，不受动力涡轮轴限制)，在此处同样通过销钉将测扭环与动力涡轮轴连接起来，使得测扭环在此处与动力涡轮轴的周向位移始终保持一致。在发动机工作过程中，动力涡轮涡轮工作叶片将直接将气体膨胀做的功直接传递给动力涡轮轴，动力涡轮轴将产生扭矩，动力涡轮轴在承受扭矩的时候，不同轴向位置将发生不同的周向位移，也就是说动力涡轮轴在基准轴的两端所处位置将发生不同的周向位移，基准轴一端与动力涡轮轴通过销钉连接，另一端与动力涡轮轴保持大径向间隙配合，不受动力涡轮轴影响，使得基准轴与左端销钉连接处所示的周向位移相同，而测扭环与右端销钉连接处周向位移相同，发动机工作时，左端销钉连接处与右端销钉连接处的周向位移存在位移差，动力涡轮轴承受的扭矩越大，这个扭矩差就越大，基准轴与测扭轴的齿之间的夹角将发生变化，扭矩传感器通过基准轴与测扭环的切割磁感线感知基准轴与测扭环的相位和频率，随着扭矩的不断变大，基准轴与测扭环的夹角将发生变化，夹角的变化将由扭矩传感器直接通过相位角的变化感知，扭矩传感器通过相位角的变化来感知动力涡轮轴的瞬时扭矩，从而获取发动机的瞬时功率，上述即为电相位测扭的基本原理。

能够在动力涡轮采用电相位测扭的多为前输出型发动机，这是因为前输出型发动机通常长度较长，同时为考虑动力涡轮轴可以从燃气发生器芯部穿过，轴的外径通常不大，轴自身的抗扭刚度不大，在发动机的设计功率下通常可以实现一个较大的扭转角，可以保证一个较好的测扭精度。但是，目前航空涡轴发动机在朝向紧凑型发展，对于功率后输出的发动机，动力涡轮轴的跨距通常较短，同时受到发动机的结构限制，动力涡轮转子多为悬臂转子，为满足动力涡轮抓着力顺利通过临界转速，此时往往需要涡轮轴具有较大的抗弯刚度，即轴外径足够大，而涡轮轴外径过大势必会造成轴的抗扭刚度也大，从而造成扭角过小，过小的扭角通常精度较低，实际工程意义不大，因此在此种情况下，涡轴发动机就不能在发动机内部测扭。

因此，本领域技术人员提供了一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提供一种具测扭功能的紧凑型涡轮轴结构，包括：动力涡轮轴，所述动力涡轮轴一端为动力输入端，另一端为动力输出端，所述动力输入端与动力输出端之间为细轴；加强筋，所述加强筋设有若干个，且其均匀设于所述细轴外周壁；基准轴，其一端适于装配在所述动力输入端上，另一端适于装配在所述动力输出端上；测扭环，所述测扭环适于装配在所述动力输出端上，与基准轴配合使用来测量扭矩。