CN113357182B - 压气机及开度可调的放气活门装置 - Google Patents

Abstract

一种开度可调的放气活门装置能够在发动机的过渡转速下提供合适的中间开度以匹配发动机效能。其包括放气活门以及驱动放气活门的第一驱动机构，第一驱动机构用于驱动放气活门在全开位置和全闭位置之间进行切换，该放气活门装置还包括限位件和第二驱动机构，限位件，其固定位置设置成可调节；第二驱动机构，输出运动到限位件，以对限位件的固定位置进行调节；其中，放气活门具有适配结构，限位件能被第二驱动机构驱动而被调节到至少一个适配位置，在适配位置与适配结构相配合，以将放气活门限制在全开位置和全闭位置之间的至少一个中间位置。一种压气机包括前述开度可调的放气活门装置。

Description

压气机及开度可调的放气活门装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机，尤其涉及其压气机和放气活门装置。

背景技术

在飞机的高速运行过程中，飞机发动机的喘振一直是影响飞机安全运行的重要安全问题。当发动机低压压气机叶片高速旋转时，会将空气吸入高压压气机压缩。当气体被压缩后体积变小，会具有巨大的膨胀内能，冲压压气机叶片导致其发生剧烈抖动。在发动机的过渡工作状态下（如快速地加减速时），低压压气机提供的空气流量要大于高压压气机当前状态下能处理的流量。高压压气机储存了大量无法释放的气体膨胀内能，极易发生喘振现象，而这种喘振对于航空发动机来说无疑是致命的。在航空发动机中转子叶片与静子机匣之间的叶尖间隙非常小，叶片的剧烈抖动轻则造成叶片与静子机匣刮磨，重则造成叶片断裂吸入流道，这会对整个发动机的安全运转造成巨大威胁。因此航空发动机在低压压气机与高压压气机之间设计有VBV(VARIABLE BLEED VALVE，可变放气活门)放气活门结构。在中低转速下VBV放气活门全开引流由低压压气机输入的多余空气流量，在发动机高转速状态下，VBV放气活门全关以匹配高压压气机的工作状态。

目前的VBV放气活门的机构通常包括同步环、曲柄、连杆、活门，曲柄由曲柄支承装置固定在机匣上，可绕轴线转动，其一端与同步环铰接，另一端与该连杆铰接，该连杆还与活门铰接，活门同时通过铰轴安装在机匣上，对应放气口设置，作动器驱动其中一个机构的曲柄，使得该机构的活门被打开或关闭，同时借助于同步环带动其他机构的活门同步打开或关闭。

这种机构存在缺陷，即VBV放气活门只能全开或全关，在发动机的过渡转速下无法提供合适的中间开度以匹配发动机效能，这无疑会导致发动机加速或减速过程中巨大的效能浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种开度可调的放气活门装置，以能够在发动机的过渡转速下提供合适的中间开度以匹配发动机效能。

本发明的另一目的在于提供一种压气机，其包括所述放气活门装置。

根据本发明的实施方式，开度可调的放气活门装置包括放气活门以及驱动所述放气活门的第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述放气活门在全开位置和全闭位置之间进行切换，该放气活门装置还包括限位件和第二驱动机构，所述限位件，其固定位置设置成可调节；所述第二驱动机构，输出运动到所述限位件，以对所述限位件的固定位置进行调节；其中，所述放气活门具有适配结构，所述限位件能被所述第二驱动机构驱动而被调节到至少一个适配位置，在所述适配位置与所述适配结构相配合，以将所述放气活门限制在所述全开位置和所述全闭位置之间的至少一个中间位置。

在一实施方式中，所述限位件为封严件，用于在所述放气活门的全闭位置对所述放气活门的边缘和放气口进行封严。

在一实施方式中，所述封严件包括臂部和封严部，通过所述摆臂铰接在机匣上的支撑件上，能带动所述封严部进行摆动。

在一实施方式中，所述第二驱动机构包括作动器、齿条和齿轮，所述齿轮与所述限位件相固定并共转动轴线设置，所述齿条与所述齿轮啮合，所述作动器驱动所述齿条。

在一实施方式中，所述第二驱动机构包括作动器和曲柄，所述曲柄与所述限位件固定并共转动轴线设置，所述作动器可转动设置，并通过滑动副结构驱动所述曲柄。

在一实施方式中，该放气活门装置还包括距离传感器，所述距离传感器用于检测关联于所述限位件的转动的运动件的运动量，所述作动器根据所述距离传感器反馈的运动量信号输出运动。

根据本发明的实施方式，压气机包括增压级、高压压气机以及放气活门装置，所述放气活门装置设置在所述增压级和所述高压压气机之间的过渡段，所述放气活门装置为任一项所述的放气活门装置。

第一驱动机构采用发动机已有成熟VBV放气活门结构、作动方式和作动行程的情况下，通过给放气活门设置限位件，并提供第二驱动机构驱动限位件，在不同位置进行限位，可实现放气活门的开度多级调节，借此在航空发动机非巡航转速下，可不断的调整放气活门的开度以调整放气活门的放气流量，这样由低压压气机进入高压压气机的流量始终与高压压气机的工作状态相匹配，高压压气机一直处于最佳工作状态，避免发动机中间态下的效能浪费。

附图说明

本发明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：

图1是示出放气活门安装位置的示意图。

图2是驱动放气活门的驱动机构的示意图。

图3是另一视角下的驱动放气活门的驱动机构的示意图。

图4是放气活门装置的实施例1的示意图。

图5是实施例1的全开状态的示意图。

图6是实施例1的全闭状态的示意图。

图7是实施例1的中间状态的示意图。

图8是放气活门装置的实施例2的示意图。

具体实施方式

图1示出了涡扇航空发动机的压气机的一部分，其中，经过风扇吸入的气流由前侧增压级流道11进入压气机，通过中介机匣鹅脖段15后进入核心机进气道14或者高压压气机的进气道。放气活门16在业界内称为VBV放气活门，设置在中介机匣鹅脖段15的外机匣上，当放气活门16打开时，吸入增压级的气流的一部分12通过放气活门16对应的放气口169排出，另一部分13通过中介机匣鹅脖段15形成的流道进入核心机进气道14。多个放气活门16围绕发动机轴线设置在外机匣上。

如图2和图3所示，第一驱动机构3采用发动机已有成熟VBV放气活门结构，用于驱动放气活门16。在一个例子中，驱动机构3包括联动环163、驱动曲柄164、驱动连杆162。放气活门16在驱动连杆162的作用下围绕转轴161旋转，从而实现放气活门的开或闭。具体而言，图中未示出的液压作动筒驱动联动环163周向运动，通过驱动曲柄164拉动驱动连杆162向后运动，从而带动放气活门16绕转轴做周向运动，实现放气活门的全开或者全闭。例如在发动机的低工况，放气活门16打开，将超出高压压气机当前工况不需要的气流排放，防止喘振的情况发生，又如在发动机的高工况，放气活门16被关闭，引导气流全部到高压压气机。

图4至图7示出了放气活门装置的实施例1。图4特别示出了放气活门16及其封严件2。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。在图4至图8中，第一驱动机构3被简化。在不改变第一驱动机构3的基础上，增加了第二驱动机构4。值得注意的是，如本文所使用的，术语“第一”，“第二”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。封严件2设置成可按照箭头21进行摆动，其包括臂部29和封严部30，臂部29的上端转动设置，下端与封严部30相固定，臂部29用于将封严件2安装到机匣上的固定件8，封严部30起到封严作用。臂部29的上端铰接在固定件8上，通过设置适当的臂部29长度，增加了封严件2的可调节范围。第二驱动机构4包括齿轮7，齿轮7和封严件2的摆动中心轴线共轴线设置，并且齿轮7和封严件2还固定能同步进行转动。第二驱动机构4还包括齿条6，齿条6按照图4中箭头22所示的方向进行往复运动。在一实施方式中，齿条6设置在机匣上的支撑件8上的滑槽中，由滑槽进行导向进行往复运动。第二驱动机构4还作动器41，作动器41例如为电动缸或电液伺服作动器，其运动输出端连接齿条6，按照箭头22所示的方向驱动齿条6进行往复运动。第二驱动机构4可选地还包括距离传感器42，距离传感器42用于检测作动器41输出的运动，通过作动器41输出的运动可计算出放气活门16转动的角度，从而确定放气活门16的开度。距离传感器42的检测信号可做为反馈信号，输出到图中未示出的控制器，控制器根据该反馈信号指令作动器41动作或者停止动作，例如控制器根据该反馈信号判断放气活门16的开度是否达到指定的开度，如果达到，则指令作动器41停止动作，若没有达到，则保持作动器41持续动作。在另一实施例中，距离传感器42检测从作动器41到放气活门16的传动路径中的任一运动元件，例如检测放气活门16的活动量，从其检测结果可直接或者间接获知放气活门16是否达到指令位置。

继续参照图4，放气活门16具有适配结构160，适配结构160的实施方式为孔、槽、凸起等任一适合于封严件2相配合的结构，其具体结构的选择由封严件2与其相接触的接触部位决定。例如在一实施方式中，封严件2的下游侧为齿形结构，适配结构160相应地为齿槽结构，该齿形结构可对应卡入该齿槽结构中，这样可以调节封严件2的固定位置，通过封严件2与适配结构160的配合，将放气活门16限制在至少一个中间位置。

图5示出了放气活门16处于全开状态的位置，图6示出了放气活门16处于全闭状态的位置。如前所述，第一驱动机构3驱动放气活门16在全开位置和全闭位置之间进行切换，换言之，在全开位置或全闭位置，或者放气活门16要切换到全开位置或全闭位置时，第二驱动机构4处于回撤状态，此时封严件2的位置保持在原始位置，即能够对处于全闭状态的放气活门16的周边进行封严。图7示出了放气活门16处于一个中间状态的位置，此时对应放气活门16的放气口169并非全关也非全开，其开度位于全关和全开之间，具体位置设定与发动机的工作状态有关。为了达到图7所示的状态，从图6所示的位置开始，第二驱动机构4的作动器41向前伸出，使得齿轮6向前移动，进而驱动齿轮7带动封严件2进行逆时针摆动，达到图7所示的位置。驱动机构3带动放气活门16绕其转动轴161进行摆动，在转动过程中，会受到封严件2的限制，即放气活门16的适配结构160与封严件2进行相配合的状态，使得放气活门16不能再移动，驱动机构3的动作停止的条件可以视具体情况而定，例如根据输入指令控制放气活门16的转动角度，一旦达到指令角度后，驱动机构3停止驱动放气活门16，又如根据放气活门16或者驱动机构3本身受到的阻力达到设定值后，停止驱动放气活门16，阻力的检测通过力传感器来实现。

设置多个类似的适配结构，放气活门16与这些适配结构可脱开地进行配合，借此，放气活门16可以被限制在多个中间位置。这样以封严件2为限位件，在不改变发动机已有成熟的VBV放气活门结构、作动方式和作动行程的情况下，通过给放气活门设置一个可控制的第二驱动机构，即可实现放气活门的开度多级调节。在航空发动机非巡航转速下，可不断的调整放气活门的开度以调整放气活门的放气流量。这样由低压压气机进入高压压气机的流量始终与高压压气机的工作状态相匹配，高压压气机一直处于最佳工作状态，避免发动机中间态下的效能浪费。

图8示出了放气活门装置的实施例2。本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。与实施例1不同的是第二驱动机构。在实施例2中，第二驱动机构包括作动器41、曲柄43、封严件2。封严件2和曲柄43一体设置，可绕轴44进行转动，或者可绕箭头21所示的方向进行转动。作动器41的运动输出端和曲柄43的左端之间通过滑动副结构连接，例如通过长孔和销连接（图中未示出），同时作动器41铰接在机匣的支撑件8上，当作动器41向右输出直线运动时，带动曲柄43进行逆时针转动，进而带动封严件2进行逆时针转动。同样地，当作动器41的运动输出端向左进行回撤时，封严件2进行顺时针转动。相对于通过齿轮齿条进行封严件2的控制，实施方式2可提供封严件2的固定位置的调节，并且精度更高。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。例如，在另一实施方式中，根据机匣上的安装空间，作动器替换为可输出旋转运动的驱动装置，在又一实施方式中，限位件按照直线移动的方式被驱动到与放气活门的适配结构相配合的位置。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (6)

1.开度可调的放气活门装置，包括放气活门以及驱动所述放气活门的第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述放气活门在全开位置和全闭位置之间进行切换，其特征在于，该放气活门装置还包括限位件和第二驱动机构，

所述限位件为封严件，其固定位置设置成可调节，在所述放气活门处于全闭位置时用于对所述放气活门的边缘和放气进口进行封严；

所述第二驱动机构，输出运动到所述限位件，以对所述限位件的固定位置进行调节；

其中，所述放气活门具有适配结构，所述限位件能被所述第二驱动机构驱动而被调节到至少一个适配位置，在所述适配位置与所述适配结构相配合，以将所述放气活门限制在所述全开位置和所述全闭位置之间的至少一个中间位置。

2.如权利要求1所述的放气活门装置，其特征在于，所述封严件包括臂部和封严部，通过所述臂部铰接在机匣上的支撑件上，能带动所述封严部进行摆动。

3.如权利要求1所述的放气活门装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括作动器、齿条和齿轮，所述齿轮与所述限位件相固定并共转动轴线设置，所述齿条与所述齿轮啮合，所述作动器驱动所述齿条。

4.如权利要求1所述的放气活门装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括作动器和曲柄，所述曲柄与所述限位件固定并共转动轴线设置，所述作动器可转动设置，并通过滑动副结构驱动所述曲柄。

5.如权利要求3或4所述的放气活门装置，其特征在于，该放气活门装置还包括距离传感器，所述距离传感器用于检测关联于所述限位件的转动的运动件的运动量，所述作动器根据所述距离传感器反馈的运动量信号输出运动。

6.压气机，包括增压级、高压压气机以及放气活门装置，所述放气活门装置设置在所述增压级和所述高压压气机之间的过渡段，其特征在于，所述放气活门装置是如权利要求1至5中任一项所述的放气活门装置。

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