一种用于测量航空发动机轴承座偏心位移的装置的制作方法

本发明涉及一种用于测量航空发动机轴承座偏心位移的装置，属于测量技术领域。

背景技术：

在航空发动机中，机匣(3)作为主要的承力部件，通常由外壁、轴承腔(4)和若干个径向承力支板(6)等组成。其中，发动机的轴承座(5)就安装在轴承腔(4)中，而轴承腔(4)则通过沿圆周对称分布的承力支板(6)与机匣(3)的外壁连接，由此构成轮辐式的框架结构。在轴承座(5)中固定着发动机转子系统的主轴轴承，因而一旦在发动机的工作过程中轴承座(5)发生偏心位移，就会破坏转子系统的同轴度，影响发动机的正常运转。

目前，针对轴承座的偏心位移，还没有有效的检测手段。这主要是由于在发动机的工作过程中，转子系统的高速旋转会使轴承产生大量的摩擦热，而且整个轴承腔都被环形的燃气通道所包围。燃气通道内的高温燃气的温度可以达到500～700℃，这些热量也会通过传导、热辐射等方式向轴承腔传递，导致轴承的环境温度较高，如此恶劣的工作环境，使许多常规的传感器和测量方法无法应用。因此，通过一定的测量手段监测发动机试车过程中的轴承座偏心位移情况，从而对其进行有效控制，已成为航空发动机测试过程中迫在眉睫的任务。

技术实现要素：

本发明正是针对上述现有技术状况而设计并提供了一种用于测量航空发动机轴承座偏心位移的装置，其目的是实现航空发动机轴承座偏心位移的大小和方向的测量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该种用于测量航空发动机轴承座偏心位移的装置，其特征在于：该装置包括：

一个圆柱形的电容位移传感器(1)，所述电容位移传感器(1)能够承受400～600℃的高温，并且在此温度范围内使用时能够对其自身轴线方向上的位移进行精确测量；

一个能够承受400～600℃高温的低膨胀杆体(2)，所述低膨胀杆体(2)为中空的圆筒形结构，低膨胀杆(2)在400～600℃环境温度下的轴向膨胀量要小于电容位移传感器(1)的分辨率；

将电容位移传感器(1)通过定位夹具(11)固定安装在低膨胀杆体(2)的一端，使电容位移传感器(1)插装在低膨胀杆体(2)中，并且保证两者的中轴线重合；在低膨胀杆(2)的另一端固定有法兰盘(7)，电容位移传感器(1)的信号线通过中空的低膨胀杆体(2)引出，所述电容位移传感器(1)、低膨胀杆体(2)、定位夹具(11)和法兰盘(7)构成一个整体组件；

在机匣(3)上处于水平方向和竖直方向上的承力支板(6)的空腔中分别安装一个所述的整体组件，安装方法是将低膨胀杆体(2)固定有电容位移传感器(1)的一端插入到机匣(3)的承力支板(6)的空腔中，使电容位移传感器(1)位于承力支板(6)的空腔的轴线上并且与该空腔的内壁不接触；低膨胀杆体(2)的另一端用螺栓通过法兰盘(7)上的通孔(8)固定在机匣(3)的外壁上；轴承座(5)与电容位移传感器(1)之间的距离应小于电容位移传感器(1)的量程。

在测量过程中，设机匣(3)的外壁轮廓为理想的圆形，圆心为O，以在水平方向安装的电容位移传感器(1)的轴线为X轴，以在竖直方向安装的电容位移传感器(1)的轴线为Y轴，建立直角坐标系XOY。位于轴承腔(4)中的轴承座(5)在未发生偏心位移时，其圆心与机匣(3)的外壁的圆心O重合。

轴承座(5)发生偏心位移时，两套电容位移传感器(1)能够分别从互相垂直的两个方向上监测轴承座(5)的偏心位移分量Δx和Δy，从而通过运算获得轴承座(5)偏心位移的大小L和方向α。其中，Δx：安装在水平方向上的电容传感器(1)的输出变化量；Δy：安装在竖直方向上的电容传感器(1)的输出变化量；L：轴承座(5)的偏心位移的大小；α：轴承座(5)的偏心位移的方向与水平方向之间的夹角。

在发动机的试车实验中，各级转子的主轴轴承就固定在轴承座(5)中，由于转子系统的重力和逆时针方向旋转(由后向前看)，根据涡轮工作受力情况分析，轴承外圈将受到向右和向下的作用力，这个作用力传递给轴承座(5)后，会导致轴承座(5)向右下方倾斜，使轴承座(5)的圆心由O变为O’。此时会使水平方向和竖直方向上的电容位移传感器的输出发生变化，变化量分别为Δx和Δy，则可以计算得到轴承座(5)偏心位移的大小L以及其余水平方向之间的夹角α，计算过程如下：

附图说明

图1为轴承座产生偏心位移前的原理示意图；

图2为轴承座产生偏心位移后的原理示意图；

图3为本发明的电容位移传感器与低膨胀杆体的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图1～3所示，该种用于测量航空发动机轴承座偏心位移的装置包括：

一个圆柱形的电容位移传感器1，所述电容位移传感器1能够承受400～600℃的高温，并且能够对其自身轴线方向上的位移进行精确测量；

一个能够承受400～600℃高温的低膨胀杆体2，所述低膨胀杆体2为中空的圆筒形结构，可由低膨胀系数的陶瓷材料或者殷钢材料制成，低膨胀杆2在400～600℃环境温度下的轴向膨胀量要小于电容位移传感器1的分辨率；

将电容位移传感器1通过定位夹具11固定安装在低膨胀杆体2的一端，使电容位移传感器1插装在低膨胀杆体2中并且保证两者的中心线重合，在低膨胀杆2的另一端固定有法兰盘7，电容位移传感器1的信号线通过中空的低膨胀杆体2引出，所述电容位移传感器1、低膨胀杆体2、定位夹具11和法兰盘7构成一个整体组件；

在机匣3上处于水平方向和竖直方向上的承力支板6的空腔中，分别安装一个所述的整体组件，安装方法是将低膨胀杆体2固定有电容位移传感器1的一端插入到机匣3的承力支板6的空腔中，使电容位移传感器1位于承力支板6的空腔的轴线上并且与该空腔的内壁不接触；低膨胀杆体2的另一端用螺栓通过法兰盘7上的通孔8固定在机匣3的外壁上；轴承座5与电容位移传感器1之间的距离应小于电容位移传感器1的量程。

在航空发动机的试车试验中，本发明所提供的测量装置可在发动机运行过程中对轴承座的偏心位移进行实时监测，从而间接实现对发动机转子系统运行状态的监测，避免发生过大的偏心位移而造成发动机的损坏。通过本发明提供的测量装置，可以最终获得航空发动机轴承座偏心位移的大小和方向，从而为试车实验提供一项测量技术支持。