CN114183252B - 一种燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒，包括控制作动筒、控制活塞、控制弹簧、由高压引气的管接头、动力缸、动力活塞、由低压引气的管接头、动力弹簧、向辅助作动筒引气的管接头、控制作动筒内腔L、动力活塞腔M、间隙H、动力弹簧腔P、孔D和限流嘴E，所述控制作动筒通过转接件与动力缸连接，所述转接件与控制作动筒上的螺母相配合；本发明采用燃气轮机压气机内部的高压空气作为可转导叶机构的动力源，减少了外部动力源的冗余性，控制作动筒在燃气轮机喘振裕度较低时，控制动力活塞动作，推动可转导叶执行机构进而实现可转导叶的转动，同时实现了压气机的工况与可转导叶的动作自适应的调节。

Description

一种燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒

(一)技术领域

本发明专利属于机械制造行业，具体涉及一种燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒。

(二)背景技术

喘振裕度是衡量发动机喘振性能的主要指标，该指标直接关系到发动机的稳定性。低工况或变工况下的燃气轮机喘振裕度不足，为了解决此问题，通常可采用可转导叶、中间级放气、防喘处理机匣三种较为有效的防止喘振措施，能够准确、快速、高效地达到压气机防喘扩稳的目的。以上方法中的可转导叶的方法使用频率更高。

可转导叶方法中推动可转导叶转动的动力源通常有液压式、电动式。但二者的动力源复杂且附属系统较多，需要有滑油站与电源作为支撑。液压与电动的动力源的动作范围与压气机的工况的对应关系，需要提前进行设定，较为繁琐。

(三)发明内容

本发明的目的是为了解决燃气轮机可转导叶机构的动力源问题而提供一种燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒。

本发明的技术方案如下：

一种燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒，包括控制作动筒、控制活塞、控制弹簧、由高压引气的管接头、动力缸、动力活塞、由低压引气的管接头、动力弹簧、向辅助作动筒引气的管接头、转接件、螺母、盖、螺钉、控制作动筒内腔L、动力活塞腔M、间隙H、动力弹簧腔P、孔D和限流嘴E；从压气机引入的高压气体经过净化冷却后，通过由高压引气的管接头进入控制作动筒L腔里，并经过限流嘴E进入动力活塞的M腔，从压气机引入的低压气体，把空气经由低压引气的管接头引入P腔里，有助于动力弹簧和P腔对动力活塞的作用力和M腔对动力活塞的作用力达到平衡，空气从M腔经过孔H和孔D自由流入大气，直到M腔内的压力升到某一确定值，在此之前燃气轮机压气机的可转导叶不动作，喘振裕度满足要求；

随着燃气轮机工况的升高，喘振裕度降低，L腔内压力逐渐升高，直至L腔内的高压气体作用到控制活塞的力与控制弹簧的弹力相平衡，当进一步提高高压气体压力时，控制活塞向动力活塞的方向移动并遮住孔D，M腔的压力开始升高，当高压气体对动力活塞的作用力大于动力弹簧与低压气体对动力活塞的作用力时，动力活塞动作，压缩弹簧并通过可转导叶执行机构推动可转导叶转动；

控制活塞与动力活塞同时移动，当高压气体压力增大到一定程度时，动力活塞设有止动结构，动力活塞不在动作，控制活塞和动力活塞完成全部行程，控制活塞依然靠到动力活塞上，盖住D孔，进一步提高压气机通流部分内的压力，不再影响活塞的位置；

当燃气轮机降工况时，高、低压气体压力随之下降，当控制活塞的压力差降低到低于某一值时，控制弹簧推动控制活塞开始向相反方向移动，同时控制活塞与动力活塞相分离，孔D打开，M腔的压力降低，动力活塞随着控制活塞一起向相反方向移动，直至恢复到最初位置；

进一步的，还设置有螺钉，在燃气轮机工作环境温度较低时，把螺钉从间隙H拧出，高压空气不断地经作动筒排向大气，以此使控制作动筒壳体温度保持在零上；

进一步的，所述动力活塞与动力缸的配合表面涂抹润滑脂，同时设置有防泄漏的密封圈。

主作动筒与辅助作动筒缸体内的高、低压腔室相连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明结构采用燃气轮机压气机内部的高压空气作为可转导叶机构的动力源，减少了外部动力源的冗余性，控制作动筒在燃气轮机喘振裕度较低时，控制动力活塞动作，推动可转导叶执行机构进而实现可转导叶的转动，同时实现了压气机的工况与可转导叶的动作自适应的调节，结构设计简单，可靠性较高，可用于工业和船用燃气轮机以及航空发动机的可转导叶的执行机构的动力源。

(四)附图说明

图1是一种燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒示意图；

图2是图1的C-C剖面图；

图3是主作动筒的高压气体通向辅作动筒示意图；

图4是主作动筒中的控制作动筒放气孔示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本专利作进一步的说明：

参照图1至图4，一种燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒，包括控制作动筒1；控制活塞2；控制弹簧3；由高压引气的管接头4；动力缸5；动力活塞6；由低压引气的管接头7；动力弹簧8、9、16；向辅助作动筒引气的管接头10、11；转接件12；螺母13；盖14；螺钉15。其中，控制作动筒内腔L；动力活塞腔M；间隙H；动力弹簧腔P；孔D；限流嘴E。从压气机引入的高压气体经过净化冷却后，通过管接头4进入控制作动筒“L”腔里，并经过限流嘴“E”进入动力活塞的“M”腔。从压气机引入的低压气体，把空气经管接头7引入“P”腔里，有助于动力弹簧8、9、16和“P”腔对动力活塞6的作用力和“M”腔对动力活塞6的作用力达到平衡。空气从“M”腔经过孔“H”和孔“D”自由流入大气，直到“M”腔内的压力升到某一确定值，在此之前燃气轮机压气机的可转导叶不动作，喘振裕度满足要求。

随着燃气轮机工况的升高，喘振裕度降低，“L”腔内压力逐渐升高，直至“L”腔内的高压气体作用到控制活塞2的力与控制弹簧3的弹力相平衡。当进一步提高高压气体压力时，控制活塞2向动力活塞6的方向移动并遮住孔D。“M”腔的压力开始升高，当高压气体对动力活塞6的作用力大于动力弹簧8、9、16与低压气体对动力活塞6的作用力时，动力活塞6动作，压缩动力弹簧8、9、16并通过可转导叶执行机构推动可转导叶转动。

控制活塞2与动力活塞6同时移动，当高压气体压力增大到一定程度时，动力活塞6设有止动结构，动力活塞6不在动作，控制活塞2和动力活塞6完成全部行程。控制活塞2依然靠到动力活塞6上，盖住D孔。进一步提高压气机通流部分内的压力，不再影响活塞的位置。

当燃气轮机降工况时，高、低压气体压力随之下降，当控制活塞2的压力差降低到低于某一值时，控制弹簧3推动控制活塞2开始向相反方向移动，同时控制活塞2与动力活塞6相分离，孔“D”打开，“M”腔的压力降低，动力活塞6随着控制活塞2一起向相反方向移动，直至恢复到最初位置。

参照图2与图3引入主作动筒的高、低压气体均与辅助作动筒的腔室相联接，达到协同动作的目的。

参照图4，在燃气轮机工作环境温度较低时，为了防止控制作动筒结冰，把螺钉15从标记“H”的孔拧出并安装在其一旁的另外孔中，高压空气不断地经作动筒排向大气，以此使控制作动筒壳体温度保持在零上。

主作动筒在引入的高低压空气压力及弹簧弹力的共同作用下，动力活塞6推动压气机可转导叶的转动机构，实现压气机可转导叶转动；高压空气进入主作动筒前经过冷却与净化，排除其内部的杂质与水蒸气，主作动筒与辅助作动筒缸体内的高、低压腔室相连接，实现与主作动筒的同步动作；主作动筒中的控制作动筒1的控制活塞2，其在压气机裕度低的一段工况动作，有效的改善了压气机的裕度；主作动筒中的控制作动筒1的控制活塞2，随着压气机工况的升高，控制活塞2与动力活塞6接触，接触后二者的行程相同，主作动筒有防冰与排水孔H，燃气轮机的工作环境低于零摄氏度时，主作动筒的压缩气体存在的冷凝水存在结冰风险，开有放气孔可利用高压、高温的空气对主作动筒加热，防止其因结冰而不能工作，主作动筒的动力活塞6与缸体的配合表面涂抹润滑脂，同时设计有防泄漏的密封圈。

本专利的工作原理：

利用燃气轮机的工况升高，压气机同一部位的气体压力差增大，降工况同一部位的气体压力差减小的情况，作为作动筒动作的动力源，实现作动筒的动作与燃气轮机的运行工况相结合，实现自适应的可转导叶调节，控制作动筒可控制主作动筒仅在压气机喘振裕度低的时候动作，使压气机一直处于裕度较高的情况下工作。

高压空气进入主作动筒的控制作动筒，压气机工况较低时，裕度满足要求，控制活塞不动作，高压空气通过动力活塞的中心孔排除，随着压气机的工况升高，同时压气机的裕度逐渐降低，控制活塞两侧压差逐渐增大，控制活塞开始动作直至与主作动筒的动力活塞接触。

燃气轮机工况升高，动力腔的压力随着升高，动力腔对动力活塞的作用力大于弹簧腔对动力活塞的作用力与弹簧弹力的合力，动力活塞开始动作，此时推动可转导叶执行机构转动，动力活塞设有行程止动结构，当动力活塞到达一定的位置时，止动结构起作用，主作动筒动作停止。

燃气轮机降工况，引入的高压空气压力降低，控制作动筒的弹簧推动控制活塞复位，控制活塞与动力活塞间分离，使动力活塞的中心孔打开，动力腔的气体通过中心孔排出，压力降低，动力活塞受到弹簧的推动而复位，实现可转导叶机构向初始位置转动。

Claims (4)

1.一种燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒，其特征在于，包括控制作动筒、控制活塞、控制弹簧、由高压引气的管接头、动力缸、动力活塞、由低压引气的管接头、动力弹簧、向辅助作动筒引气的管接头、控制作动筒内腔L、动力活塞腔M、间隙H、动力弹簧腔P、孔D和限流嘴E；所述控制作动筒通过转接件与动力缸连接，所述转接件与控制作动筒上的螺母相配合，从压气机引入的高压气体经过净化冷却后，通过由高压引气的管接头进入控制作动筒L腔里，并经过限流嘴E进入动力活塞的M腔，从压气机引入的低压气体经由低压引气的管接头引入P腔里，动力弹簧和P腔对动力活塞的作用力和M腔对动力活塞的作用力达到平衡，空气从M腔经过孔H和孔D自由流入大气；

随着燃气轮机工况的升高，喘振裕度降低，L腔内压力逐渐升高，直至L腔内的高压气体作用到控制活塞的力与控制弹簧的弹力相平衡，当进一步提高高压气体压力时，控制活塞向动力活塞的方向移动并遮住孔D，M腔的压力开始升高，当高压气体对动力活塞的作用力大于动力弹簧与低压气体对动力活塞的作用力时，动力活塞动作，压缩动力弹簧并通过可转导叶执行机构推动可转导叶转动。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒，其特征在于，控制活塞与动力活塞同时移动，当高压气体压力增大到一定程度时，动力活塞设有止动结构，动力活塞不在动作，控制活塞和动力活塞完成全部行程，控制活塞依然靠到动力活塞上，盖住D孔，进一步提高压气机通流部分内的压力，不再影响活塞的位置；当燃气轮机降工况时，高、低压气体压力随之下降，当控制活塞的压力差降低到低于某一值时，控制弹簧推动控制活塞开始向相反方向移动，同时控制活塞与动力活塞相分离，孔D打开，M腔的压力降低，动力活塞随着控制活塞一起向相反方向移动，直至恢复到最初位置。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒，其特征在于，还设置有螺钉，在燃气轮机工作环境温度较低时，把螺钉从间隙H拧出，高压空气不断地经作动筒排向大气，以此使控制作动筒壳体温度保持在零上。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机可转导叶转动机构主作动筒，其特征在于，所述动力活塞与动力缸的配合表面涂抹润滑脂，同时设置有防泄漏的密封圈。