CN113323925B - 一种压气机用可调高度的端壁翼刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压气机用可调高度的端壁翼刀，包括：压气机的机匣、翼刀滑轨、限位器、两组主动齿轮、两组变径滑轨齿轮、翼刀组件以及动力元件；变径滑轨齿轮套在压气机的机匣的外侧壁上并由限位器限定其在压气机的机匣的轴向运动，变径滑轨齿轮的齿轮幅板上设有变径滑槽；翼刀滑轨上设有翼刀滑槽，翼刀叶片设置在翼刀支架上，翼刀支架两端设置在变径滑槽中；动力元件上设有主动齿轮，主动齿轮与变径滑轨齿轮啮合，主动齿轮驱动变径滑轨齿轮转动时，变径滑槽能够驱动翼刀叶片沿压气机的机匣的径向方向运动。本发明可以实现端壁翼刀高度的主动调节，减小了压气机二次流造成的损失，为多变的来流攻角导致的损失增大的问题提供了解决方案。

Description

一种压气机用可调高度的端壁翼刀

技术领域

本发明涉及轴流压气机端壁翼刀高度控制领域领域，尤其涉及一种压气机用可调高度的端壁翼刀。

背景技术

端壁翼刀技术是一种附面层控制技术，是控制二次流的重要手段。通过阻断静叶端壁附面层向静叶吸力面/角区的横流，来削弱二次流、控制静叶角区分离涡、延缓角区失速。有关端壁翼刀的研究证明，与常规叶片通道相比，翼刀可以不同程度的改善叶片通道内二次流动、阻断附面层低速区向静叶吸力面的堆积。端壁翼刀高度对其作用有很大影响。研究表明，随着高度增加，翼刀对流道内横向流动的阻断作用增强，但翼刀的附加损失增加，翼刀周围损失峰值也增加，并且波及范围越来越广。同一进气角的叶栅具有最佳翼刀高度1/3δe，δe为附面层厚度。

在实际的压气机中，来流攻角是多变的，目前的壁端翼刀是一固定高度固定在压气机中，固定高度的翼刀无法改善压气机全工况的性能。在实际应用中，设计点工况下通道二次流较弱，端壁翼刀只会增大损失，这时希望端壁翼刀高度尽量小；而在近失速工况时，二次流较强，这时希望端壁翼刀的高度适当增大。

发明内容

本发明提供一种压气机用可调高度的端壁翼刀，以克服上述技术问题。

本发明包括：动力元件、压气机的机匣、翼刀滑轨、两组主动齿轮、两组变径滑轨齿轮、限位器、变径滑槽；

进一步地，所述变径滑轨齿轮套在压气机的机匣的外侧壁上并由限位器限定其在压气机的机匣的轴向运动，变径滑轨齿轮的齿轮幅板上设有变径滑槽；

进一步地，两组变径滑轨齿轮之间设置有翼刀滑轨和翼刀组件，翼刀滑轨固定在压气机的机匣的外侧壁上，翼刀滑轨上设有翼刀滑槽，压气机的机匣的外侧壁上设有与翼刀滑槽相对应的机匣开口，翼刀组件包括翼刀支架和翼刀叶片，翼刀叶片设置在翼刀支架上，翼刀支架两端设置在所述变径滑槽中，部分所述翼刀叶片能够插入所述翼刀滑槽中；

进一步地，动力元件设置在压气机的机匣的外侧壁上，动力元件上设有主动齿轮，主动齿轮与变径滑轨齿轮啮合，主动齿轮驱动变径滑轨齿轮转动时，变径滑槽能够驱动翼刀叶片沿压气机的机匣的径向方向运动。

进一步地，变径滑槽的方向沿压气机的机匣的径向方向，变径滑槽的起始端与末端相差11.6度。

进一步地，翼刀支架包括：横梁、连接梁、底座，连接梁的一端与横梁垂直并固定连接，另一端与底座垂直并固定连接，底座上固定有翼刀叶片。

进一步地，翼刀滑轨设有密封垫和密封腔；密封垫固定连接在密封腔内部；密封腔和翼刀滑槽中间有缝隙。

进一步地，包括：连杆；两组主动齿轮通过连杆连接，连杆两端分别固定连接动力元件。

进一步地，翼刀支架的底座的底面与翼刀滑轨的顶面轮廓能够重合。

本发明可以实现端壁翼刀高度的主动调节，解决了固定高度的翼刀无法改善压气机全工况的性能的问题，减小了压气机二次流造成的损失，为多变的来流攻角导致的损失增大的问题提供了解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明主视图；

图2是本发明左视图；

图3是本发明左视图的局部放大图；

图4是本发明等三轴测图；

图5是本发明变径滑轨齿轮-变径滑轨齿轮；

图6是本发明变径滑轨齿轮-变径滑轨齿轮的剖面图；

图7是本发明限位器；

图8是本发明翼刀-翼刀支架示意图；

图9是本发明翼刀滑轨-翼刀-翼刀支架装配示意图；

图10是本发明导轨三维示意图；

图11是本发明密封垫示意图；

图12是本发明翼刀滑轨-密封垫装配示意图；

图13是本发明翼刀滑轨-密封垫装配的剖面图；

图14是本发明密封原理图；

附图标号说明：

1、动力元件；2、压气机的机匣；3、翼刀支架；4、翼刀滑轨；6、主动齿轮；7、变径滑轨齿轮；8、限位器；9、变径滑槽；10、翼刀叶片；11、密封垫；12、密封腔；13、滑轨；14、缝隙；30、横梁；31、连接梁、32底座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图14所示为本发明公开的压气机用可调高度的端壁翼刀，包括：动力元件1、压气机的机匣2、翼刀滑轨4、两组主动齿轮6、两组变径滑轨齿轮7、限位器8、变径滑槽9、翼刀滑槽13、翼刀组件；

变径滑轨齿轮7套在压气机的机匣2的外侧壁上并由限位器8限定其在压气机的机匣2的轴向运动，变径滑轨齿轮7的齿轮幅板上设有变径滑槽9；

两组变径滑轨齿轮7之间设置有翼刀滑轨4和翼刀组件，翼刀滑轨4固定在压气机的机匣2的外侧壁上，翼刀滑轨4上设有翼刀滑槽13，压气机的机匣2的外侧壁上设有与翼刀滑槽13相对应的机匣开口，翼刀组件包括翼刀支架3和翼刀叶片10，翼刀叶片10设置在翼刀支架3上，翼刀支架3两端设置在变径滑槽中，部分翼刀叶片10能够插入翼刀滑槽13中；

动力元件1设置在压气机的机匣2的外侧壁上，动力元件1上设有主动齿轮6，主动齿轮6与变径滑轨齿轮7啮合，主动齿轮6驱动变径滑轨齿轮7转动时，变径滑槽9能够驱动翼刀叶片10沿压气机的机匣2的径向方向运动。

具体而言，翼刀支架3通过翼刀叶片10嵌在翼刀滑轨4中，翼刀支架3和翼刀叶片10只具有沿径向的自由度；限位器8起到限制变径滑轨齿轮7轴向晃动的作用，主动齿轮6与变径滑轨齿轮7组成的齿轮副能够为翼刀叶片10的上下运动提供动力。

具体而言，翼刀叶片10在翼刀滑槽13中上下运动，翼刀滑槽13使得翼刀叶片10只具有径向自由度。

优选地，翼刀滑轨4包括：翼刀滑槽13，所述翼刀滑槽13嵌入在所述翼刀滑轨4的腔体中，翼刀叶片10在翼刀滑槽13中上下运动。

优选地，翼刀支架3包括：横梁30、连接梁31、底座32，连接梁31的一端与横梁32垂直并固定连接，另一端与底座32垂直并固定连接，底座32与翼刀叶片10固定连接。

优选地，本发明还包括：密封垫11、密封腔12；翼刀滑轨4的腔体包括密封腔12和密封垫11，密封腔12和翼刀滑槽13中间有缝隙14；翼刀滑轨4中嵌入密封垫11，密封垫11在密封腔12和翼刀滑槽13中间。

具体而言，由于压气机中的高压气体向外泄漏会造成额外的效率损失，因此在翼刀滑轨4中嵌入具有收敛特征的密封垫11，密封腔12和密封垫11保证了可调高度的端壁翼刀的气密性，具有收敛特征的密封垫11可以保证，在高压气体通过翼刀与密封垫之间的缝隙14泄漏时，缝隙14中的流动加速，静压降低；密封腔12中的压力会大于翼刀与密封垫之间缝隙的压力，密封垫11的收敛端会被紧压在翼刀叶片10上，缝隙14减小；通过这种具有自锁性能的密封垫片11，高压气体通过缝隙14泄漏的现象减轻或消失。

优选地，本发明还包括：变径滑槽9；变径滑轨齿轮7和变径滑槽9固定连接，所述变径滑槽9与压气机径向有夹角，翼刀支架3两端嵌在变径滑槽9中；当变径滑轨齿轮7绕圆心旋转时，翼刀支架3在变径滑槽9的带动下，沿着翼刀滑轨4上下运动。

具体而言，变径滑槽9与压气机径向有夹角，翼刀支架3的两端嵌在变径滑槽9中，所以翼刀支架3在径向的运动只受变径滑轨齿轮7的影响，避免了端壁翼刀受自身重力或者压气机的机匣内高压气体作用，产生径向晃动；当变径滑轨齿轮7绕圆心旋转时，翼刀支架3在变径滑槽9带动下沿径向上下运动，实现端壁翼刀探入压气机的机匣2高度的调节。

优选地，本发明还包括：连杆和动力元件1，两组主动齿轮6通过所述连杆连接，连杆两端分别固定连接连两组动力元件1。

具体而言，动力元件1通过连杆为主动齿轮6提供动力。

优选地，翼刀支架3的底座32的底面与翼刀滑轨4的顶面轮廓能够重合。

具体而言，这样可以保证壁端翼刀的密封性。

本发明整体结构工作原理说明：

本发明包括：压气机的机匣2、限位器8、主动齿轮6、变径滑轨齿轮7、翼刀滑轨4、密封垫11、密封腔12、翼刀滑槽13、翼刀支架3、翼刀叶片10、变径滑槽9、连杆、动力元件1、横梁30、连接梁31、底座32。

本实施例中压气机具有收缩型轮毂特征，压气机的机匣半径为216mm，转子叶片20个，静子叶片31个，主动齿轮6牙数为10，变径滑轨齿轮7牙数为532，齿轮模数为1mm，齿宽10mm。

限位器8固定在压气机的机匣2上，主动齿轮6与变径滑轨齿轮7相啮合，变径滑轨齿轮7与限位器8之间滑动连接；主动齿轮6与变径滑轨齿轮7组成一个齿轮副，主动齿轮6带动变径滑轨齿轮7旋转。

限位器8固定在压气机的机匣2上，起到限制变径滑轨齿轮7轴向晃动的作用。齿轮副为翼刀的上下运动提供动力，齿轮副的特点是具有较大的传动比。

变径滑轨齿轮7和变径滑槽9固定连接，翼刀支架3与翼刀滑轨4通过翼刀叶片10滑动连接，翼刀支架3两端嵌在变径滑槽9中；当变径滑轨齿轮7绕圆心旋转时，翼刀支架3在变径滑槽9的带动下，沿着翼刀滑轨4上下运动。

由于翼刀支架3与所述翼刀滑轨4通过所述翼刀叶片10滑动连接，所以翼刀支架3只具有沿径向的自由度。因此，当变径滑轨齿轮绕圆心旋转时，翼刀支架3在变径滑槽9带动下沿径向上下运动，实现端壁翼刀探入压气机的机匣高度的调节。

翼刀支架3嵌在滑轨9中，只具有径向自由度，滑轨9与压气机径向有夹角且所述变径滑槽9的方向与变径滑轨齿轮7运动方向相同，翼刀支架3在径向的运动只受变径滑轨齿轮7的影响。避免了端壁翼刀受自身重力或者压气机的机匣内高压气体作用，产生径向晃动。

翼刀滑轨4固定在压气机的机匣2上，安装在压气机的机匣上的翼刀叶片10和翼刀滑轨4滑动连接，只具有沿翼刀滑槽13运动的自由度，与翼刀叶片10固接的翼刀支架3，也只能沿压气机径向做上下运动。

两组主动齿轮6通过连杆5连接，连杆5两端分别固定连接两组动力元件1。

动力元件1通过连杆5为主动齿轮6提供动力。

翼刀滑轨4固定在压气机的机匣2上，翼刀滑轨4的腔体包括密封腔12和翼刀滑槽13，密封腔12和翼刀滑槽13中间有缝隙14；翼刀滑轨4中嵌入密封垫11。

密封原理：由于压气机中的高压气体向外泄漏会造成额外的效率损失，因此在翼刀滑轨4中嵌入密封垫11。密封垫11可以保证在高压气体通过翼刀与密封垫之间的缝隙14泄漏时，缝隙14中的流动加速，静压降低。密封腔12中的压力会大于翼刀与密封垫之间缝隙的压力，密封垫11的收敛端会被紧压在翼刀叶片10上，缝隙14减小。通过这种具有自锁性能的密封垫片11，高压气体通过缝隙14泄漏的现象减轻或消失。

工作时，主动齿轮6带动-变径滑轨齿轮7旋转，变径滑槽9带动翼刀支架3，沿着翼刀滑轨4上下运动。同时，密封腔12和密封垫11保证了可调高度的端壁翼刀的气密性。

本发明整体的有益效果：

可以实现端壁翼刀高度的主动调节，避免了调节翼刀高度时高压气体的泄漏。减小了压气机二次流造成的损失，为多变的来流攻角导致的损失增大的问题提供了解决方案。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种压气机用可调高度的端壁翼刀，其特征在于，包括：动力元件(1)、压气机的机匣(2)、翼刀滑轨(4)、两组主动齿轮(6)、两组变径滑轨齿轮(7)、限位器(8)以及翼刀组件；

所述变径滑轨齿轮(7)套在所述压气机的机匣(2)的外侧壁上并由所述限位器(8)限定其沿所述压气机的机匣(2)的轴向方向运动，所述变径滑轨齿轮(7)的齿轮幅板上设有变径滑槽(9)；

两组所述变径滑轨齿轮(7)之间设置有所述翼刀滑轨(4)和所述翼刀组件，所述翼刀滑轨(4)固定在所述压气机的机匣(2)的外侧壁上，所述翼刀滑轨(4)上设有翼刀滑槽(13)，所述压气机的机匣(2)的外侧壁上设有与所述翼刀滑槽(13)相对应的翼刀插入口，所述翼刀组件包括翼刀支架(3)和翼刀叶片(10)，所述翼刀叶片(10)设置在所述翼刀支架(3)上，所述翼刀支架(3)两端设置在所述变径滑槽中，部分所述翼刀叶片(10)能够插入所述翼刀滑槽(13)中；

所述动力元件(1)设置在所述压气机的机匣(2)的外侧壁上，所述动力元件(1)上设有所述主动齿轮(6)，所述主动齿轮(6)与所述变径滑轨齿轮(7)啮合，所述主动齿轮(6)驱动所述变径滑轨齿轮(7)转动时，所述变径滑槽(9)能够驱动所述翼刀叶片(10)沿所述压气机的机匣(2)的径向方向运动。

2.根据权利要求1所述的一种压气机用可调高度的端壁翼刀，其特征在于，所述变径滑槽(9)的方向沿所述压气机的机匣(2)的径向方向，所述变径滑槽(9)的起始端与末端相差11.6度。

3.根据权利要求1所述的一种压气机用可调高度的端壁翼刀，其特征在于，所述翼刀支架(3)包括：横梁(30)、连接梁(31)、底座(32)，所述连接梁(31)的一端与所述横梁(32)垂直并固定连接，另一端与所述底座(32)垂直并固定连接，所述底座(32)上固定有所述翼刀叶片(10)。

4.根据权利要求1所述的一种压气机用可调高度的端壁翼刀，其特征在于，所述翼刀滑轨(4)设有密封垫(11)和密封腔(12)；所述密封垫(11)固定连接在所述密封腔(12)内部；所述密封腔(12)和所述翼刀滑槽(13)中间有缝隙(14)。

5.根据权利要求1所述的一种压气机用可调高度的端壁翼刀，其特征在于，还包括连杆(5)；两组所述主动齿轮(6)通过所述连杆连接，所述连杆(5)两端分别与所述动力元件(1)固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种压气机用可调高度的端壁翼刀，其特征在于，所述翼刀支架(3)的底座(32)的底面与翼刀滑轨(4)的顶面轮廓能够重合。

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