[发明专利]一种新型立式燃机主轴静力和疲劳试验装置

说明书

本申请属于航空领域，特别涉及一种新型立式燃机主轴静力和疲劳试验装置，设计一种新型立式燃机轴静力及疲劳试验装置，该试验装置可以模拟燃机轴的约束条件，并对桨轴同时施加轴向力、扭矩(包括稳态扭矩及振动扭矩)、弯矩(包括旋转弯矩)，满足各类型燃机轴的强度考核需求，且该技术还可以应用于其他主轴类的强度试验，具有通用性。

技术领域

本申请属于燃机领域，特别涉及一种新型立式燃机主轴静力和疲劳试验装置。

背景技术

燃气轮机中主轴起着非常重要的作用，它既起传递动力的作用，同时也起着支撑作用。作为燃气轮机主要的承力构件和特殊的转动部件，主轴的工作环境是高转速、高温、高压并且充满润滑剂并具有一定的腐蚀性。主轴所承受的载荷非常复杂，包括离心载荷、工作扭矩(和振动扭矩)、陀螺力矩、惯性力矩和温度载荷以及它们之间的复合载荷。此外，由于主轴上安装着高速旋转部件，主轴也承受振动应力。其中，工作扭矩和轴向力使主轴产生低周循环疲劳损伤，陀螺力矩、惯性力矩和振动扭矩使主轴产生高周循环疲劳损伤，温度载荷对主轴产生热应力。

为了提高燃气轮机的可靠性，需要对燃气轮机主轴静强度和疲劳寿命进行试验。主轴静力和疲劳试验的主要载荷有：轴向力、扭矩和某一个或多个弯矩考核截面的弯矩。其中，疲劳试验中扭矩还分为稳态工作扭矩和振动扭矩，且在同一个高周循环周期内，考核截面的弯矩需绕轴旋转360°，且旋向相同。

现有的立式主轴静力和疲劳试验装置(此试验装置适应航空发动机主轴强度试验，未进行过燃机主轴强度试验)。

轴向力载荷通过轴向力加载测量组件(作用筒、测力计和转接工装)通过轴线作用在风扇轴和低压涡轮轴后轴颈处，主轴为空心的结构形式，载荷大小由轴向力加载测量组件上的测力计反馈。

扭矩载荷(疲劳试验中扭矩还分为稳态工作扭矩和振动扭矩)通过扭矩加载测量组件(作用筒、测力计和转接工装)和承扭矩组件(作用筒和转接工装)分别作用在风扇轴和低压涡轮轴后轴颈处，载荷大小由扭矩加载测量组件上的扭矩计测量。

弯矩是通过弯矩加载测量组件，其包括：作动筒、测力计、转接工装，以横向力的形式作用在低压涡轮轴后轴颈处。静力试验中由一套弯矩加载测量组件对低压涡轮轴施加载荷，载荷值由考核截面上的弯矩值、加弯矩横向力的作用中心与No.5支点的轴向距离；疲劳试验中，由两套在加弯矩横向力作用截面上互为90°的弯矩加载测量组件来施加载荷，两套弯矩加载测量组件的载荷波形是相位差为90°的正弦波曲线，均值为0，来实现疲劳试验中加弯矩横向力也绕轴旋转的作用效果。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种新型立式燃机主轴静力和疲劳试验装置，如图一所示的示意图，其包括：

待试验的主轴，其具有前端的风扇轴与后端的低压涡轮轴；

与所述风扇轴外表面连接的扭矩加载测量组件；

与扭矩加载测量组件同轴连接的轴向力加载测量组件；

固定端组件，其整体呈圆盘状，具有沿周向阵列分布的外圈安装孔与内圈安装孔，所述外圈安装孔及其相邻的内圈安装孔位于同一半径线上，相邻的所述半径线之间的夹角度数是120度的公约数；

固定端组件的一端面圆心处连接轴向力加载测量组件，同端面的所述内圈安装孔安装有筒状的连接器，所述连接器与所述低压涡轮轴连接；固定端组件的另一端面通过所述外圈安装孔及其相邻的内圈安装孔安装有单耳座组件，每个所述单耳座组件连接有弯矩加载测量组件，不同弯矩加载测量组件通过提供不同方向的轴向力使固定端组件倾斜，从而使固定端组件通过连接器为所述低压涡轮轴提供弯矩。

优选的是，固定端组件安装的单耳座组件包括第一连接方式与第二连接方式，第一连接方式包括：固定端组件安装间隔180度的两个单耳座组件，每个单耳座组件连接一个弯矩加载测量组件；第二连接方式：包括固定端组件安装间隔120度的三个单耳座组件，每个单耳座组件连接一个弯矩加载测量组件。