叶尖间隙控制组件、燃气涡轮发动机以及飞机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种叶尖间隙控制组件、燃气涡轮发动机以及飞机。其中，叶片包括所述叶尖，所述叶片设置于静子限定的空间内，包所述叶尖间隙控制组件包括多个可调封严单元，每个可调封严单元包括：作动筒；封严层，所述封严层的内侧面为封严面，在所述内侧面布置有高温刷丝，所述封严层的外侧面与所述作动筒连接；所述作动筒调节所述封严面从第一位置至第二位置移动；在所述第一位置，所述封严面与叶尖的间距最小；在所述第二位置，所述封严面与叶尖的间距最大。的间距最大。的间距最大。

【技术实现步骤摘要】
叶尖间隙控制组件、燃气涡轮发动机以及飞机


[0001]本技术涉及燃气涡轮发动机领域，尤其涉及一种叶尖间隙控制组件、燃气涡轮发动机以及飞机。

技术介绍

[0002]涡轮的间隙增加1％会导致涡轮的效率下降1.5％。高压涡轮的间隙每减少0.254mm可以使得燃油消耗率降低1％，且发动机排气温度降低10K,显著提高发动机寿命，此外对排放氮氧化合物,一氧化碳以及二氧化碳的排放也大大降低。如图1所示，传统的航空发动机的涡轮系统大致可分为1A冷却管路、1B涡轮机匣、1C悬挂、1D外环、1E高压涡轮叶片，O1方向为航空发动机的轴向。而高压涡轮间隙为发动机高压涡轮机匣1D外环(如果有封严层，就是封严层底端)与1E高压涡轮导叶之间的空隙，如图2所示的，其中CL表示间隙的大小，O1方向为航空发动机的轴向。对于间隙系统来说，希望针对以下两个不同的飞行状态间隙能够合理的调节，在巡航阶段希望减小间隙，从而尽可能的减小泄漏流带来的损失；而在起飞阶段希望留有足够间隙，避免涡轮叶片由于离心力而突然形变伸长发生碰摩。
[0003]所以技术的关键在于如何在不发生碰摩的前提下，尽可能控制减小间隙。如表1所示改变间隙的基本方式是通过位移、形变的方式，大致分为机械式、热力式、液压式、膨胀式。目前的间隙控制主要分三类(被动控制、半主动控制、主动控制)。其中的被动控制主要分为封严层设计法和根据转速开环控制空气流路阀门开度的方法，其中如蜂窝封严已被广泛使用，其作用在于涡轮叶片可通过刮磨封严层的方法防止叶尖的燃气流泄漏。对于半主动控制来说，关键点在于通过建立一个准确的间隙模型计算出间隙的大小并通过开环控制空气流路阀门开度从而间接控制间隙，其难点在于准确计算间隙。那么主动间隙控制相对半主动间隙控制的主要区别在于引入了闭环反馈控制，在主动间隙控制领域内认可度比较高的方式是热力式控制，具体来说就是通过设置引气管路来控制冷却气流对机匣进行换热，通过改变温度从而改变涡轮机匣的膨胀量进一步调节间隙大小。
[0004]表1叶顶间隙变化的实现方法
[0005][0006]叶尖间隙的控制技术的关键技术难点在于三个方面。首先间隙实时测量和监控的难度很大且费用昂贵；其次由于缺乏基础数据(如空气系统)，很难建立数据驱动的间隙预估模型，所以基于模型的主动间隙控制难度大。
[0007]因此，本领域需要一种叶尖间隙控制组件、燃气涡轮发动机以及飞机，以有效控制叶尖间隙，提升燃气涡轮发动机以及飞机的燃油经济性。

技术实现思路

[0008]本技术的目的在于提供一种叶尖间隙控制组件。
[0009]本技术的目的还在于提供一种燃气涡轮发动机。
[0010]本技术的目的还在于提供一种飞机。
[0011]根据本技术一方面的叶尖间隙控制组件，叶片包括所述叶尖，所述叶片设置于静子限定的空间内，所述叶尖间隙控制组件包括多个可调封严单元，每个可调封严单元包括：作动筒；封严层，所述封严层的内侧面为封严面，在所述内侧面布置有高温刷丝，所述封严层的外侧面与所述作动筒连接；所述作动筒调节所述封严面从第一位置至第二位置移动；在所述第一位置，所述封严面与叶尖的间距最小；在所述第二位置，所述封严面与叶尖的间距最大。
[0012]在所述叶尖间隙控制组件的一个或多个实施例中，在轴向以及周向均排列有多个封严层，在周向排列的多个封严层形成环形封严曲面，相邻的所述封严层之间具有第一间隙。
[0013]在所述叶尖间隙控制组件的一个或多个实施例中，所述封严层设置于静子内，所述作动筒穿过所述静子的连接孔连接于所述封严层，所述作动筒与所述连接孔之间具有第二间隙，所述第二间隙设置有密封圈。
[0014]在所述叶尖间隙控制组件的一个或多个实施例中，所述作动筒包括第一筒体以及第二筒体，所述第一筒体被套设于所述第二筒体内，所述第一筒体穿过所述连接孔连接于所述封严层，所述第一筒体与所述连接孔之间具有第二间隙。
[0015]在所述叶尖间隙控制组件的一个或多个实施例中，所述第一筒体内套设弹簧，所述第一筒体的一端连接所述封严层，另一端连接外层静子固定。
[0016]在所述叶尖间隙控制组件的一个或多个实施例中，还包括阀，所述阀的开度从第一开度至第二开度，所述第一开度小于所述第二开度；所述阀位于所述第一开度，所述封严层位于所述第二位置；所述阀位于所述第二开度，所述封严层位于所述第一位置。
[0017]根据本技术一方面的燃气涡轮发动机，包括如以上任意一项所述的叶尖间隙控制组件。
[0018]在所述燃气涡轮发动机的一个或多个实施例中，所述叶尖间隙控制组件位于高压涡轮。
[0019]根据本技术一方面的飞机，包括以上任意一项所述的燃气涡轮发动机。
[0020]本技术的有益效果包括但不限于，
[0021]1.通过巧妙设计可调节的封严层从第一位置到第二位置的移动以及高温刷丝的设计，绕开现有技术的复杂管路控制冷却气流方法，可兼顾飞机的起飞与巡航阶段对间隙的需求，在起飞阶段留有足够的间隙，避免涡轮叶片由于离心力而突然形变伸长发生碰摩；在巡航阶段尽可能减小间隙，从而尽可能的减小泄漏流带来的损失，整个间隙控制系统通过调节作动筒位移满足在不同飞行状态下涡轮工作效率达到最大化；
[0022]2.采用高温刷丝可调节封严层使得在控制间隙的同时保证叶尖小幅度的刮蹭刷丝不造成碰磨；
[0023]3.每个封严层的位移可以独立调整，可以解决轴心出现偏移时不均匀的间隙控制问题。
附图说明
[0024]本技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
[0025]图1为现有技术的燃气涡轮发动机的涡轮系统的结构示意图。
[0026]图2为高压涡轮叶尖间隙的结构示意图。
[0027]图3为一实施例的叶尖间隙控制组件在高压涡轮的示意图。
[0028]图4为一实施例的叶尖间隙控制组件与叶尖的位置关系结构示意图。
[0029]图5为一实施例的叶尖间隙控制组件的结构示意图。
[0030]图6为一实施例的作动筒与静子的位置关系示意图。
[0031]图7为一实施例的单个可调封严单元个结构图。
[0032]图8为一实施例的多个封严层的排列结构示意图。
[0033]图9为一实施例的气流阀与作动筒的结构示意图。
[0034]图10为一实施例的叶尖间隙控制组件的控制流程图。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例和附图对本技术作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本技术，但是本技术显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本技术的保护范围。
[0036]同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶尖间隙控制组件，叶片包括所述叶尖，所述叶片设置于静子限定的空间内，其特征在于，所述叶尖间隙控制组件包括多个可调封严单元，每个可调封严单元包括：作动筒；封严层，所述封严层的内侧面为封严面，在所述内侧面布置有高温刷丝，所述封严层的外侧面与所述作动筒连接；所述作动筒调节所述封严面从第一位置至第二位置移动；在所述第一位置，所述封严面与叶尖的间距最小；在所述第二位置，所述封严面与叶尖的间距最大。2.如权利要求1所述的叶尖间隙控制组件，其特征在于，在轴向以及周向均排列有多个封严层，在周向排列的多个封严层形成环形封严曲面，相邻的所述封严层之间具有第一间隙。3.如权利要求1所述的叶尖间隙控制组件，其特征在于，所述封严层设置于静子内，所述作动筒穿过所述静子的连接孔连接于所述封严层，所述作动筒与所述连接孔之间具有第二间隙，所述第二间隙设置有密封圈。4.如权利要求3所述的叶尖间隙控制组件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛长堃，周健，龚煦，魏芳，骆广琦，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：新型
国别省市：