[发明专利]避免航空发动机盘腔积液失稳转子的设计及监测运行方法有效

专利信息
申请号: 201910088984.6 申请日: 2019-01-30
公开(公告)号: CN109813540B 公开(公告)日: 2021-05-18
发明(设计)人: 王俨剀;秦坤;王嘉昱;陈康 申请(专利权)人: 西北工业大学
主分类号: G01M13/00 分类号: G01M13/00
代理公司: 西北工业大学专利中心 61204 代理人: 慕安荣
地址: 710072 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 避免 航空发动机 积液 失稳 转子 设计 监测 运行 方法
【说明书】:

一种避免航空发动机盘腔积液失稳转子的设计及监测运行方法,通过对航空发动机转子的空腔结构进行优化设计并引入校核准则,将航空发动机转子的失稳门槛转速推知失稳门槛积液量体积并与转子空腔体积做比较,通过对转子的组合参数与临界组合参数的对比分析转子的积液失稳风险,设计出没有盘腔积液风险的航空发动机转子。并在转子运行过程中引入监测方法,通过监测转子振动总量幅值增加量、次谐波幅值和转子振动时域波形峰峰值,并将这些值和正常工作转子的对应值比较以判断转子是否发生积液失稳,能够有效避免大多数盘腔积液的转子失稳,或者使有失稳风险的转子在失稳前能及时监测到积液故障,保证有失稳风险转子的正常运行。

技术领域

发明涉及航空发动机动力学设计领域,是一种航空发动机转子结构动力学的设计及监测运行方法。

技术背景

盘腔积液现象在航空发动机工作过程中时有发生,是引起航空发动机振动超标的因素之一。航空发动机工作在高温高压的条件之下,支承处轴承腔内的滑油会发生汽化,当封严装置在工作过程中出现密封不严的情况时,汽化的滑油及气流中的水蒸气经过封严装置流出,油气流动到航空发动机的盘鼓结构内腔中随着温度的降低会凝结为液态,从而形成盘腔积液现象。该现象达到一定条件会造成转子系统自激振动,该振动幅值一般较大,会给发动机带来很大的负荷,甚至会损坏发动机结构,产生极大的危害。因此需要寻找一种能够避免盘腔积液失稳的转子设计方法,或者转子运行过程中的监测方法,以提高转子的可靠性。

公告号为CN107025348A的发明提出了一种可用于识别转子早期积液故障的方法。通过绘制待识别转子和健康转子的幅频特性曲线,对曲线分区面积积分来区分待识别转子的不平衡故障与积液故障,从而完成对航空发动机转子早期积液故障的识别。但是该发明仅对一阶临界转速前后振动一阶量面积积分,并未考虑到转子失稳振动前后的振动情况。

许涛在《单盘积油转子系统动力学特性研究》一文中,发现积液转子运转时出现聚合现象、未发生失稳,但该试验过程中并未涉及到转子的积液失稳,转子设计也与真实的航空发动机转子匹配度不高。

在公开号为CN201410146849.X的发明中,提出了一种航空发动机转子结构动力学的设计方法,从优化转子和支承的参数着手,使得转子系统的热模态避开支承绝对刚性时转子的模态,使转子系统在热模态下满足振动标准的要求。其核心是保证转子在发动机整个工作转速范围内,均可平稳工作。但在工作转速内,仍存在积液引起失稳振动风险,设计过程并未考虑。

可见目前在转子设计和运行时没有有效措施避免由于转子盘腔积液引起的失稳振动,因此本发明提出一种可避免航空发动机盘腔积液失稳的转子设计及监测方法,给出了转子避免盘腔积液引起失稳振动的设计方法及积液转子运行振动监测方法,通过对转子参数的优化设计,避免大多数转子发生积液失稳,或者在少数转子有失稳迹象时能及时发现并排除故障。

发明内容

为克服现有技术中存在的仍存在积液引起失稳振动风险的不足,本发明提出了一种避免航空发动机盘腔积液失稳转子的设计及监测运行方法。

本发明提出的避免航空发动机盘腔积液失稳转子的设计过程是:

步骤1:确定航空发动机转子的初始结构特征:

所述的初始结构特征包括该航空发动机转子初始结构和性能参数;其中:

所述航空发动机转子的初始结构为夹层的圆盘,在该转子两端面的中心均有贯通的轴孔。确定的结构参数为该航空发动机转子的轴向长度H,转子外径d,转子内径R,轴孔的孔径Ri。该转子夹层两个内表面之间的间距为L。

所述航空发动机转子的性能参数为转子密度ρi、转子阻尼系数D和转子的刚度系数K。

步骤2:判断转子是否会发生失稳

根据转子的失稳准则来判断航空发动机转子是否有失稳风险;

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