CN110454238A - 一种用于涡轮间隙主动控制的热气分配器、平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于涡轮间隙主动控制的热气分配器,所述热气分配器包括:多个环绕在外机匣外的射流管,所述射流管具有至少部分面向所述外机匣的多个通气孔;和至少一个沿外机匣轴向延伸的集气腔,所述集气腔具有进口和出口,且所述集气腔连通于所述射流管,当热气自所述集气腔的进口流入而从所述射流管的通气孔流出时,能够使所述外机匣向着外机匣轴线方向膨胀从而实现外机匣内的动叶与外机匣之间的叶尖间隙发生变化。本申请通过将热气通入集气室,之后分配置到各处的射流管,热气通过射流管上的气孔排出,冲击涡轮试验件外机匣,对外机匣进行加温使机匣膨胀,进而实现变叶尖间隙的目的,具有间隙变化可控的显著有点。
Description
技术领域
本申请属于涡轮试验技术领域,特别涉及一种用于涡轮间隙主动控制的热气分配器、平台及方法。
背景技术
航空发动机涡轮叶尖间隙通常是指发动机涡轮转子叶片与机匣之间的径向间隙,而其叶尖间隙流动受叶片压力面与吸力面压差驱动,由压力面向吸力面流动,之后在与主流掺混的流动过程中产生叶尖泄漏涡,进而产生较大的流动损失,最终导致涡轮效率下降。通过研究表明,高压涡轮叶尖间隙与叶高之比每增加1%,会引起涡轮效率下降约1.5%。而叶尖间隙每减少0.254mm可以使得燃油消耗率(SFC)降低1%,并且发动机排气温度降低10K。因此,通过涡轮主动间隙控制以降低叶尖泄漏流动损失、提高涡轮效率,进而降低发动机的耗油率,具有十分重要的意义。
而为了在试验中获得叶尖间隙对涡轮性能的影响规律,需要获取不同叶尖间隙下的涡轮气动特性。因此,需要搭建一套涡轮变间隙性能试验平台和适合涡轮变间隙试验的方法。
如图1所示为现有的变间隙试验平台100,其中,内机匣102和外机匣101之间有相对固定的导叶103和能够转动的动叶104,动叶104与外机匣101之间存在间隙106,且在相应位置设有涂层105。而现有的变间隙试验方法主要是通过机械加工外机匣101内壁的涂层105厚度,进而来实现不同的叶尖间隙106。
然而在该方法中,对外机匣101的内壁涂层105厚度进行加工无法保证实际间隙能够准确达到目标值,且由于加工过程不可逆,当间隙106被过量加工时,会造成试验件的浪费。同时,该方法流程比较繁琐,需要反复的进行加工、拆解、组装等工序,耗费了大量人力、物力,试验成本较大、耗费时间较长;此外,过多的流程工序,其装配误差产生的影响无法估量,试验结果的可靠性降低。
发明内容
本申请的目的是提供了一种用于涡轮间隙主动控制的热气分配器、平台及控制方法,以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
在第一方面,本申请提供了一种用于涡轮间隙主动控制的热气分配器,所述热气分配器包括:
多个环绕在外机匣外的射流管,所述射流管具有至少部分面向所述外机匣的多个通气孔;和
至少一个沿外机匣轴向延伸的集气腔,所述集气腔具有进口和出口,且所述集气腔连通于所述射流管,当热气自所述集气腔的进口流入而从所述射流管的通气孔流出时,能够使所述外机匣向着外机匣轴线方向膨胀从而实现外机匣内的动叶与外机匣之间的叶尖间隙发生变化。
在本申请的热气分配器一实施方式中,多个所述射流管具有不同的直径,且沿着外机匣的外表面贴合设置。
在本申请的热气分配器一实施方式中,至少两个所述射流管对应设置在所述外机匣与动叶之间的间隙处。
在第二方面,本申请提供了一种涡轮间隙主动控制平台,所述平台包括:
如权利要求至任一所述的热气分配器,所述热气分配器设置在涡轮试验件外侧;
连接所述热气分配器的进口的进放气组件,所述进放气组件包括进气管道组件及放气管道组件,所述进气管道组件用于向所述热气分配器通入热气,所述放气管道组件用于调节进气管道组件和/或所述热气分配器内的气流参数;和
连接所述热气分配器的出口的排气组件,所述排气组件包括排气管道组件,所述排气管道组件用于排出所述热气分配器内通入的热气。
在本申请的平台一实施方式中,所述气流参数包括热气压力、热气温度和热气流量。
在本申请的平台一实施方式中,所述进气管道组件包括进气管道及设置于所述进气管道上的进气阀门、进气流量计、进气压力计、进气温度计及进气加温器,其中,所述管道具有进气进口端及连接热气分配器的进气出口端,所述进气流量计、进气压力计、进气温度计及进气加温器设置在所述进气阀门与所述出口端之间,所述进气流量计、进气压力计和进气温度计用于测量进气管道内的气流参数,所述进气加温器用于对气流进行加热。
在本申请的平台一实施方式中,,所述放气管道组件包括放气管道及设置在所述进气管道上的进气压力计和放气阀门,其中,所述放气管道连接所述进气管道且位于进气管道内气流流向的所述进气加温器之后,所述进气压力计位于放气管道内气流流向的放气阀门之后。
在本申请的平台一实施方式中,在所述进气管道上还包括沿着进气管道内气流流向且位于放气管道之后的所述出口压力计、出口温度计和调节阀门。
在本申请的平台一实施方式中,所述所述排气管道组件包括排气管道及设置于上述排气管道上的排气阀门、排气压力计和排气温度计,其中,所述排气管道具有连接热气分配器的排气进口端及排气出口端,所述排气压力计和排气温度计位于所述排气管道内气流流向的排气阀门之后。
在第三方面,本申请提供了一种涡轮间隙主动控制方法,其采用如闪任一所述的涡轮间隙主动控制平台,所述控制方法包括:
检查涡轮间隙控制平台的绝缘性
调节涡轮试验件的进气系统的进气阀门和放气阀门,使涡轮试验件的状态调节至目标膨胀比和目标转速;
开启涡轮间隙控制平台并将叶尖间隙逐一调节至目标值,实现叶尖间隙的调节。
本申请通过将热气通入集气室,之后分配置到各处的射流管,热气通过射流管上的气孔排出,冲击涡轮试验件外机匣,对外机匣进行加温使机匣膨胀,进而实现变叶尖间隙的目的,具有间隙变化可控的显著有点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案,下面将对附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为现有技术的变间隙试验方案示意图。
图2为本申请的热气分配器正视图。
图3为本申请的热气分配器俯视图。
图4为本申请的热气分配器与外机匣装配示意图。
图5为本申请的涡轮间隙主动控制平台示意图。
图6为本申请的涡轮间隙主动控制方法流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了解决了现有的变间隙试验方案中,涡轮试验件需要反复上下台、反复分解装配降低了试验的工作效率、提高试验成本,以及反复组装导致多次装配提供了装配误差,而对试验结果产生影响的问题,本申请提供了一种用于涡轮间隙主动控制的热气分配器、平台及方法。
如图2和图3所示,本申请提供的用于涡轮间隙主动控制的热气分配器210包括多个射流管212和至少一个大致沿这外机匣211轴向延伸的集气腔211。射流管212大致成环形,其环绕在外机匣221外侧。射流管212具有至少部分面向外机匣221的多个通气孔,在一些实施例中,射流管212上具有周向的一排通气孔,在另一些实施例中,射流管212上可以有周向设置的两排或多排通气孔,当通气孔为多排时,至少有部分的通气孔直射外机匣221的表面,而其余部分通气孔斜向射向外机匣221的表面参见图4中射流管212的箭头所示。集气腔211具有进口214和出口213,且集气腔211与连通射流管212,当热气自集气腔211的进口214流入而从射流管212的通气孔流出时,能够使外机匣221向着外机匣轴线方向膨胀从而实现外机匣221内的动叶223与外机匣221之间的叶尖间隙发生变化。
需要说明的是,射流管212中通过通气孔流出的气体为具有一定速度的射流气体。
结合图2和图4所示,多个射流管212具有不同的直径,不同直径的射流管212沿着外机匣221的外表面自小至大的贴合设置。当射流管212中的气流射向外机匣221时,不至于导致气流温度变化过大而无法控制。
如图4所示,外机匣221内有多个导叶222和多个动叶223,动叶223和外机匣221之间存在间隙224,为了控制间隙224,本申请中将至少两个射流管212对应设置在外机匣221与动叶223之间的间隙224处,以提高间隙224处的外机匣221接收热气的量,便于间隙224的控制。
如图5所示,本申请又提供了一种涡轮间隙主动控制平台,平台200包括上述的热气分配器210和连接热气分配器210的进口214的进放气组件230、连接热气分配器210的出口213的排气组件240。热气分配器210设置在涡轮试验件220外侧。其中,进放气组件230包括进气管道组件231及放气管道组件232,进气管道组件231用于向热气分配器210通入热气,放气管道组件232用于调节进气管道组件231和/或热气分配器210内的气流参数。排气组件240包括排气管道组件241,排气管道组件241用于排出热气分配器210内通入的热气。
在本申请的涡轮间隙主动控制平台中,气流参数可以包括热气压力、热气温度和热气流量一个或多个。
在本申请的涡轮间隙主动控制平台中,进气管道组件231包括进气管道及设置于进气管道上的进气阀门2311、进气流量计2312、进气压力计2313、进气温度计2314及进气加温器2315,其中,管道具有进气进口端及连接热气分配器的进气出口端,进气流量计2312、进气压力计2313、进气温度计2314及进气加温器2315设置在进气阀门2311与出口端之间,进气流量计2312、进气压力计2313和进气温度计2314用于测量进气管道内的气流参数,进气加温器2315用于对气流进行加热。
在本申请的涡轮间隙主动控制平台中,放气管道组件232包括放气管道及设置在进气管道上的进气压力计2321和放气阀门2322,其中,放气管道连接进气管道且位于进气管道内气流流向的进气加温器2315之后,进气压力计2321位于放气管道内气流流向的放气阀门2322之后。
在本申请的涡轮间隙主动控制平台中,在进气管道上还包括沿着进气管道内气流流向且位于放气管道之后的出口压力计2323、出口温度计2324和调节阀门2325。
在本申请的涡轮间隙主动控制平台中,排气管道组件241包括排气管道及设置于上述排气管道上的排气阀门2413、排气压力计2412和排气温度计2411,其中,排气管道具有连接热气分配器的排气进口端及排气出口端,排气压力计2412和排气温度计2411位于排气管道内气流流向的排气阀门2413之后。
最后如图6所述,本申请还提供了一种涡轮间隙主动控制方法,其采用如上所述的涡轮间隙主动控制平台,本申请的控制方法包括如下过程:
首先在开启加温器2315之前,需要对整个涡轮间隙主动控制平台200的绝缘性进行检查,绝缘性检查通过后方可进行变间隙性能试验。在试验的过程中,密切关注涡轮试验件220和涡轮间隙主动控制平台200的工作状态,通过调节涡轮试验件的进气系统的进气阀门和放气阀门,并配合水力测功器使涡轮试验机220的试验状态调节至目标膨胀比和目标转速后,开启涡轮间隙主动控制平台200并将叶尖间隙逐一调节至目标值,实现叶尖间隙的调节。试验期间,涡轮试验件的进气系统内气流沿着X1-X2方向流动,涡轮间隙主动控制平台内进气气流沿着X3-X5方向流动,放气气流沿着X6方向流动,排气气流沿着X7-X8方向流动。期间需要涡轮试验件进气系统、水力测功器系统、间隙控制系统以及间隙测量系统的相互配合,捕捉叶尖间隙的变化规律和涡轮性能的变化规律,并最终完成变间隙试验性能录取。
本申请能够避免了试验件的反复拆装、涂层加工和试验件上下台,大幅度降低了成本,避免了装配、加工误差的产生;假设试验件装配到试验件拆下试验台为一个试验周期,需要变化四个间隙,之前的方法需要四个试验周期才能完成所有试验内容。而申请的涡轮主动间隙控制方法仅需要一个试验周期就能完成相同的试验内容,在不考虑加工及装配成功率的情况下,试验周期缩短了3倍,且间隙变化越多,其缩短的试验周期时间越多;且本申请的涡轮间隙主动控制平台可进行反复使用,试验效率大幅度提高。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于涡轮间隙主动控制的热气分配器,其特征在于,所述热气分配器(210)包括
多个环绕在外机匣(221)外的射流管(212),所述射流管(212)具有至少部分面向所述外机匣(221)的多个通气孔;和
至少一个沿外机匣(211)轴向延伸的集气腔(211),所述集气腔(211)具有进口(214)和出口(213),且所述集气腔(211)连通于所述射流管(212),当热气自所述集气腔(211)的进口(214)流入而从所述射流管(212)的通气孔流出时,能够使所述外机匣(221)向着外机匣轴线方向膨胀从而实现外机匣(221)内的动叶(223)与外机匣(221)之间的叶尖间隙发生变化。
2.如权利要求1所述的热气分配器,其特征在于,多个所述射流管(212)具有不同的直径,且沿着外机匣(221)的外表面贴合设置。
3.如权利要求1或2所述的热气分配器,其特征在于,至少两个所述射流管(212)对应设置在所述外机匣(221)与动叶(223)之间的间隙(224)处。
4.一种涡轮间隙主动控制平台,其特征在于,所述平台(200)包括
如权利要求1至3任一所述的热气分配器(210),所述热气分配器(210)设置在涡轮试验件(220)外侧;
连接所述热气分配器(210)的进口(214)的进放气组件(230),所述进放气组件(230)包括进气管道组件(231)及放气管道组件(232),所述进气管道组件(231)用于向所述热气分配器(210)通入热气,所述放气管道组件(232)用于调节进气管道组件(231)和/或所述热气分配器(210)内的气流参数;和
连接所述热气分配器(210)的出口(13)的排气组件(240),所述排气组件(240)包括排气管道组件(241),所述排气管道组件(241)用于排出所述热气分配器(210)内通入的热气。
5.如权利要求4所述的涡轮间隙主动控制平台,其特征在于,所述气流参数包括热气压力、热气温度和热气流量。
6.如权利要求5所述的涡轮间隙主动控制平台,其特征在于,所述进气管道组件(231)包括进气管道及设置于所述进气管道上的进气阀门(2311)、进气流量计(2312)、进气压力计(2313)、进气温度计(2314)及进气加温器(2315),其中,所述管道具有进气进口端及连接热气分配器的进气出口端,所述进气流量计(2312)、进气压力计(2313)、进气温度计(2314)及进气加温器(2315)设置在所述进气阀门(2311)与所述出口端之间,所述进气流量计(2312)、进气压力计(2313)和进气温度计(2314)用于测量进气管道内的气流参数,所述进气加温器(2315)用于对气流进行加热。
7.如权利要求6所述的涡轮间隙主动控制平台,其特征在于,所述放气管道组件(232)包括放气管道及设置在所述进气管道上的进气压力计(2321)和放气阀门(2322),其中,所述放气管道连接所述进气管道且位于进气管道内气流流向的所述进气加温器(2315)之后,所述进气压力计(2321)位于放气管道内气流流向的放气阀门(2322)之后。
8.如权利要求6或7所述的涡轮间隙主动控制平台,其特征在于,在所述进气管道上还包括沿着进气管道内气流流向且位于放气管道之后的所述出口压力计(2323)、出口温度计(2324)和调节阀门(2325)。
9.如权利要求4所述的涡轮间隙主动控制平台,其特征在于,所述所述排气管道组件(241)包括排气管道及设置于上述排气管道上的排气阀门(2413)、排气压力计(2412)和排气温度计(2411),其中,所述排气管道具有连接热气分配器的排气进口端及排气出口端,所述排气压力计(2412)和排气温度计(2411)位于所述排气管道内气流流向的排气阀门(2413)之后。
10.一种涡轮间隙主动控制方法,其特征在于,采用如权利要求4至9任一所述的涡轮间隙主动控制平台,所述控制方法包括
检查涡轮间隙控制平台的绝缘性
调节涡轮试验件的进气系统的进气阀门和放气阀门,使涡轮试验件的状态调节至目标膨胀比和目标转速;
开启涡轮间隙控制平台并将叶尖间隙逐一调节至目标值,实现叶尖间隙的调节。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191115 |