一种转子叶片与机匣的叶尖间隙结构和控制方法技术

本公开提供了一种转子叶片与机匣的叶尖间隙结构和控制方法，其中叶尖间隙结构包括转子、机匣和控制部件。转子包括多个叶片，多个叶片沿转子的周向均匀分布。机匣包括刚性支撑体和柔性壁；刚性支撑体围绕在多个叶片的周围，柔性壁设置在刚性支撑体的内侧，柔性壁与多个叶片的叶尖之间具有叶尖间隙。控制部件与柔性壁连接，用于控制柔性壁的变形量，以调整叶尖间隙的大小。本公开能够使叶尖间隙结构工作在最佳叶尖间隙大小附近，还可以通过主动控制来削弱失速先兆波的影响，扩大稳定裕度。

Tip clearance structure and control method of rotor blade and gearbox

【技术实现步骤摘要】
一种转子叶片与机匣的叶尖间隙结构和控制方法
本公开涉及叶轮机领域，例如压气机、风机等，尤其涉及一种转子叶片与机匣的叶尖间隙结构和控制方法。
技术介绍
叶轮机械是一种以连续旋转叶片为本体，使能量在流体介质与轴动力之间相互转换的动力机械。按照功能可以分为原动机械，例如汽轮机、燃气透平等(输出功)；工作机械，如水泵、风机、压气机、螺旋桨等(耗功)。压气机(compressor)是燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。压气机叶轮叶片的前端部分呈弯曲状，称为导轮，其作用是将气体无冲击的导入工作叶轮，减小气流冲击损失。小型增压器的压气机叶轮一般将导轮与工作叶轮制成一体。压气机的叶轮出口有扩压器，使气体在叶轮中获得的动能尽可能多地转化为压力。扩压器分为叶片式和缝隙式两种。压气机的机匣有气流的进口和出口。进口一般呈轴向布置，流道略呈渐缩，以减小进气阻力。出口一般设计成流道沿圆周渐扩的蜗壳状，使高速气流在那里继续扩压，提高增压器的总效率。压气机由涡轮驱动，其主要性能参数有：转速、流量、空气流量、增压比和效率等。高速旋转的转子叶片在机匣、轮毂组合形成的气流通道里工作，为避免摩擦发热或者磕碰而损坏转子叶片，一般会在转子叶尖与机匣壁面之间留有一定的间隙，即叶尖间隙。研究表明，叶尖间隙大小对叶轮机的稳定工作范围有一定的影响。当然，叶尖间隙不是越小越好，也不是越大越好，对每一台特定的压气机来说，都存在一个最佳的叶尖间隙。当压气机在这个最佳叶尖间隙状态下运行时，能有最大的稳定工作范围。但是，由于加工误差、装配误差以及工作条件，叶轮机往往并不是处在最佳的叶尖间隙状态，或者只在使用初期保持最佳叶尖间隙，随后叶尖间隙便会变化偏离最佳的状态。具体来说，由于机匣一般为纯金属或者其他合金铸造或者锻造而成，由于加工精度而带来几何上的误差，导致叶尖间隙过大或者过小。机匣截面一般为圆形截面，在装配过程中可能会导致机匣与转子转轴的不同轴，从而带来叶尖间隙周向不均匀的问题。即使叶尖间隙在压气机投入使用初期处于最佳状态，随着工作时间的加长，由于叶片顶部磨损，机匣壁面磨损等，叶尖间隙必然会偏离最佳的状态。
技术实现思路
为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种转子叶片与机匣的叶尖间隙结构和控制方法。根据本公开的一个方面，一种转子叶片与机匣的叶尖间隙结构，包括：转子，能够围绕一轴线转动；所述转子包括多个叶片，所述多个叶片沿所述转子的周向均匀分布；机匣，包括刚性支撑体和柔性壁；所述刚性支撑体围绕在所述多个叶片的周围，所述柔性壁设置在所述刚性支撑体的内侧，所述柔性壁与所述多个叶片的叶尖之间具有叶尖间隙；以及控制部件，与所述柔性壁连接，用于控制所述柔性壁的变形量，以调整所述叶尖间隙的大小。根据本公开的至少一个实施方式，所述控制部件包括控制器和多个执行单元，每个执行单元用于控制所述柔性壁的部分区域的变形量；每个执行单元设置在所述柔性壁的外侧并将所述柔性壁与所述刚性支撑体连接；所述控制器连接所述多个执行单元，用于控制所述多个执行单元的动作。根据本公开的至少一个实施方式，所述柔性壁包括多个紧密排列的柔性壁单元，每个柔性壁单元的外侧设置与其对应的一个所述执行单元。根据本公开的至少一个实施方式，每个所述执行单元包括：作动部件，连接在与其对应的所述柔性壁单元的外侧，用于带动所述柔性壁单元产生移动；驱动器，与所述刚性支撑体固定连接，所述驱动器的输出端与所述作动部件连接，用于驱动所述作动部件沿垂直于所述柔性壁单元壁面的方向移动；所述驱动器的控制端与所述控制器连接；以及间隙测量传感器，设置在所述柔性壁单元并与所述控制器连接，用于检测所述叶尖间隙的大小。根据本公开的至少一个实施方式，所述控制部件还包括动态压力传感器，所述动态压力传感器与所述控制器连接，用于检测流经所述叶尖间隙的气流的流场压力信号。根据本公开的至少一个实施方式，所述柔性壁采用紧致多孔材料制成。根据本公开的另一个方面，一种转子叶片与机匣的叶尖间隙控制方法，采用上述任一项的叶尖间隙结构，所述控制方法包括：获取检测到的所述叶尖间隙大小的数值；将获取到的所述叶尖间隙大小的数值与预设值进行比较；以及如果获取到的所述叶尖间隙大小的数值与预设值之间的差值超过预设范围，则调整所述柔性壁的变形量，使所述叶尖间隙的值趋向于所述预设值。根据本公开的至少一个实施方式，还包括：如果获取到的所述叶尖间隙大小的数值与预设值之间的差值在所述预设范围内，则保持所述柔性壁的变形量。根据本公开的至少一个实施方式，还包括：获取检测到的流经所述叶尖间隙的气流的流场压力信号；获取失速先兆波信号的幅值信息和相位信息；以及根据获取的所述流场压力信号、所述幅值信息和所述相位信息生成波动控制信号；通过所述波动控制信号控制所述柔性壁的振动，以削弱失速先兆波。根据本公开的至少一个实施方式，所述波动控制信号的幅值信息与所述失速先兆波信号的幅值信息相同；所述波动控制信号的相位信息与所述失速先兆波信号的相位信息相反。附图说明附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。图1是本公开转子叶片与机匣的叶尖间隙结构的示例性剖面结构图。图2是本公开转子叶片与机匣的叶尖间隙结构的示例性立体结构图。图3是本公开执行单元的示例性立体结构图。图4是本公开叶尖间隙结构的控制方法的第一示例性流程图。图5是本公开叶尖间隙结构的控制方法的第二示例性流程图。附图标记说明：10-机匣；21-刚性支撑体；22-柔性壁；221-柔性壁单元；30-叶片；40-叶尖间隙；50-转子；60-控制部件；61-执行单元；611-作动部件；612-驱动器；613-间隙测量传感器。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。目前在带有机匣和转子叶片30结构的叶轮机领域中，机匣一般为纯金属或者其他合金铸造或者锻造而成，在转子叶尖与机匣壁面之间留有一定的间隙，即叶尖间隙。叶尖间隙大小对叶轮机的稳定工作范围有一定的影响，存在一个最佳的间隙大小。但是，由于加工误差、装配误差以及工作条件，叶轮机往往并不是处在最佳的叶尖间隙状态，或者只在使用初期保持最佳叶尖间隙，随后叶尖间隙便会变化偏离最佳的状态。故此本公开针对叶轮机中的机匣和转子叶片30结构，力图解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，揭示了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转子叶片与机匣的叶尖间隙结构，其特征在于，包括：/n转子，能够围绕一轴线转动；所述转子包括多个叶片，所述多个叶片沿所述转子的周向均匀分布；/n机匣，包括刚性支撑体和柔性壁；所述刚性支撑体围绕在所述多个叶片的周围，所述柔性壁设置在所述刚性支撑体的内侧，所述柔性壁与所述多个叶片的叶尖之间具有叶尖间隙；以及/n控制部件，与所述柔性壁连接，用于控制所述柔性壁的变形量，以调整所述叶尖间隙的大小。/n

【技术特征摘要】
1.一种转子叶片与机匣的叶尖间隙结构，其特征在于，包括：
转子，能够围绕一轴线转动；所述转子包括多个叶片，所述多个叶片沿所述转子的周向均匀分布；
机匣，包括刚性支撑体和柔性壁；所述刚性支撑体围绕在所述多个叶片的周围，所述柔性壁设置在所述刚性支撑体的内侧，所述柔性壁与所述多个叶片的叶尖之间具有叶尖间隙；以及
控制部件，与所述柔性壁连接，用于控制所述柔性壁的变形量，以调整所述叶尖间隙的大小。


2.如权利要求1所述的叶尖间隙结构，其特征在于，所述控制部件包括控制器和多个执行单元，每个执行单元用于控制所述柔性壁的部分区域的变形量；每个执行单元设置在所述柔性壁的外侧并将所述柔性壁与所述刚性支撑体连接；所述控制器连接所述多个执行单元，用于控制所述多个执行单元的动作。


3.如权利要求2所述的叶尖间隙结构，其特征在于，所述柔性壁包括多个紧密排列的柔性壁单元，每个柔性壁单元的外侧设置与其对应的一个所述执行单元。


4.如权利要求3所述的叶尖间隙结构，其特征在于，每个所述执行单元包括：
作动部件，连接在与其对应的所述柔性壁单元的外侧，用于带动所述柔性壁单元产生移动；
驱动器，与所述刚性支撑体固定连接，所述驱动器的输出端与所述作动部件连接，用于驱动所述作动部件沿垂直于所述柔性壁单元壁面的方向移动；所述驱动器的控制端与所述控制器连接；以及
间隙测量传感器，设置在所述柔性壁单元并与所述控制器连接，用于检测所述叶尖间隙的大小。


5.如权利要求2至4任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙大坤，李佳，徐瑞泽，孙晓峰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11