一种用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃气涡轮发动机，具体涉及一种用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置、采用该装置的压气机及燃气涡轮发动机。


背景技术：

2.为了进一步提高发动机的性能和效率，现代的先进发动机在高压压气机上采用了间隙控制装置。间隙控制装置分为主动间隙控制装置和被动间隙控制装置两种，传统的主动间隙控制装置是在高压压气机后端采用双层机匣，外层机匣作为承力件，内层机匣是压气机气流通道的外廓，在双层机匣之间形成环形腔。在发动机不同工作状态时，向腔内通不同温度和压力的空气，在气体压力和热变形共同作用下，使得机匣和转子的径向间隙变形协调，保证在主要工作状态下保持较小的间隙值，主动间隙调节靠电子调节器控制。被动间隙控制装置也采用双层机匣，内层机匣是悬臂式机匣，前端和外承力机匣联接，后端只有支点，这种联接方式只有轴向定位作用，没有径向固定，在悬臂机匣叶尖处有顶板缓冲器，防止叶片和机匣刮磨。
3.传统采用的主动间隙控制装置需要从压气机或者其它部位引气，对压气机效率不利，而且，只能保证主要工作状态压气机工作在比较小的叶尖间隙下。此外，引气需要在机匣上有开孔，一定程度上影响了总体刚度。被动间隙控制装置则存在不受控的问题，容易发生叶片和机匣的碰磨，顶板缓冲器需定期更换，维护不便利。
4.因此，有必要提出一种在不影响压气机性能的情况下，能够灵活控制且维护便利的间隙控制装置。


技术实现要素：

5.本实用新型目的在于提供一种用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置，实现在不影响压气机性能的情况下，能够灵活地进行间隙控制，装置维护便利。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置，所述压气机包括机匣，所述机匣内部形成的通道沿轴向呈渐变状，所述压气机还包括设置在所述机匣内部的转子叶片、静子叶片和压气机轴，所述转子叶片设置在所述压气机轴上，所述静子叶片设置在所述机匣内壁上，所述转子叶片和所述机匣间形成径向的叶尖间隙，所述间隙控制装置适于调节所述叶尖间隙，其特征在于，所述间隙控制装置包括磁感线圈和磁体，所述磁体固定设置在所述压气机轴靠近所述磁感线圈的一端的位置，所述磁感线圈设置成通电后与所述磁体相互作用，从而带动所述压气机轴相对所述机匣轴向位移，以调节所述叶尖间隙。
7.进一步地，所述压气机轴靠近所述磁感线圈的一端穿过轴承环且与所述轴承环连接，所述磁体固定设置在所述轴承环靠近所述磁感线圈的一端上，所述磁感线圈与所述磁体的相互作用使所述轴承环轴向位移，从而带动所述压气机轴相对所述机匣轴向位移。
8.进一步地，所述磁感线圈与所述轴承环同轴。
9.进一步地，还包括支撑单元，所述支撑单元包括第一滚棒轴承和滚珠轴承，所述第一滚棒轴承设置在所述轴承环和所述机匣之间，用于支撑所述轴承环，并允许所述轴承环和所述机匣之间有相对轴向位移，所述滚珠轴承设置在所述压气机轴和所述轴承环之间，用于支撑所述压气机轴，并防止所述压气机轴和所述轴承环之间有相对轴向位移。
10.进一步地，还包括限位单元，所述限位单元包括第一限位件和第二限位件，所述第一限位件和所述第二限位件分别固定在所述机匣上且位于所述第一滚棒轴承轴向两侧，用于限制所述压气机轴轴向位移的范围。
11.进一步地，所述磁感线圈的电流大小及方向根据所述压气机的工作状态进行调节，从而确定所述压气机轴轴向位移的大小和方向，进而调节所述叶尖间隙。
12.本实用新型还提供一种压气机，包括以上所述的用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置。
13.进一步地，还包括第二滚棒轴承，所述第二滚棒轴承设置在所述压气机轴轴向远离所述磁感线圈的一端和所述机匣之间，用于支撑所述压气机轴。
14.本实用新型还提供一种燃气涡轮发动机，包括以上所述的压气机。
15.本实用新型的有益效果是：
16.1、本实用新型的用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置，在压气机不同的工作状态下，能够仅通过调节电流大小改变叶尖间隙，适应压气机工作状态变化，实现灵活的间隙控制，适应性强。
17.2、本实用新型的用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置，能够同时控制每排转子与机匣间的叶尖间隙，无需单独针对每一排转子设置间隙控制装置，节省了空间和重量。
18.3、本实用新型的用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置，通过限位器，实现防止压气机轴轴向位移过大产生转子叶片和静子叶片之间的轴向碰撞和磨损。
19.4、本实用新型的用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置，磁感线圈和磁体之间的电磁作用力能够平衡部分压气机轴向力，减小因压气机轴向力过大而使轴承负载超限的风险。
20.5、本实用新型的用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置，无需从压气机引气，因而能够基本不对压气机性能造成影响。
21.6、本实用新型的用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置，机匣上叶尖所对应的位置无需安装顶板缓冲器，因而该间隙控制装置无需后期维护。
附图说明
22.本实用新型的以上实用新型内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的技术方案的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。
23.图1是本实用新型一实施例的间隙控制装置及采用该装置的压气机的示意图；
24.图2是本实用新型一实施例的间隙控制装置调节叶尖间隙的示意图；
25.图3是本实用新型一实施例的叶尖间隙变化的局部放大示意图；
26.图4是本实用新型一实施例的压气机轴承环的剖视示意图。
27.其中，附图标记说明如下：
[0028]1ꢀꢀꢀꢀ
机匣
[0029]2ꢀꢀꢀꢀ
转子叶片
[0030]3ꢀꢀꢀꢀ
静子叶片
[0031]4ꢀꢀꢀꢀ
压气机轴
[0032]5ꢀꢀꢀꢀ
间隙控制装置
[0033]
51
ꢀꢀꢀ
磁感线圈
[0034]
52
ꢀꢀꢀ
轴承环
[0035]
521
ꢀꢀ
磁体
[0036]
53
ꢀꢀꢀ
支撑单元
[0037]
531
ꢀꢀ
滚珠轴承
[0038]
532
ꢀꢀ
第一滚棒轴承
[0039]
54
ꢀꢀꢀ
限位单元
[0040]
541
ꢀꢀ
第一限位件
[0041]
542
ꢀꢀ
第二限位件
[0042]6ꢀꢀꢀꢀ
叶尖间隙
[0043]7ꢀꢀꢀꢀ
第二滚棒轴承
具体实施方式
[0044]
以下在具体实施方式中详细叙述本实用新型的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本实用新型的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本实用新型相关的目的及优点。
[0045]
图1为根据本实用新型一实施例的间隙控制装置及采用该装置的压气机的示意图；图2为根据本实用新型一实施例的间隙控制装置调节叶尖间隙的示意图；图3为根据本实用新型一实施例的叶尖间隙变化的示意图；图4为根据本实用新型一实施例的压气机轴承环的示意图。
[0046]
如图1所示，该实施例的用于燃气涡轮发动机压气机的间隙控制装置，其中，压气机包括机匣1，机匣1内部形成的通道沿轴向呈渐变状，压气机还包括设置在机匣1内部的转子叶片2、静子叶片3和压气机轴4，转子叶片2设置在压气机轴上4，静子叶片3设置在机匣1内壁上，转子叶片2和机匣1间形成径向的叶尖间隙6，间隙控制装置5适于调节叶尖间隙6，间隙控制装置5包括磁感线圈51和磁体521，压气机轴4一端穿过轴承环52且与轴承环52连接，磁体521固定设置在轴承环52靠近磁感线圈51的一端，磁感线圈51与轴承环52同轴，磁感线圈51通电后与磁体521相互作用，使轴承环52轴向位移，从而带动压气机轴4轴向位移，以调节压气机轴4上的转子叶片2与机匣1间的叶尖间隙6。在另一实施方式中，磁体521可以固定设置在压气机轴4靠近磁感线圈51的一端上而与磁感线圈51相对，从而与磁感线圈51相互作用。
[0047]
需说明的是，机匣内部形成的通道沿轴向可呈收缩或扩大的渐变状，该实施例中，机匣内部形成的通道沿轴向从靠近磁感线圈至远离磁感线圈呈收缩的渐变状。
[0048]
可以理解的是，当压气机工作状态变化，例如，转速降低时叶尖间隙6将随着转子
叶片2离心力的间隙而增大，此时为了使压气机性能不因为间隙增大而衰退，需将叶尖间隙6控制得尽可能小，如图2所示(实线部分为实施间隙控制前各部件的位置，虚线部分为实施间隙控制后各部件的位置)，使磁感线圈通电，磁感线圈51通电产生的磁场和磁体521相互作用，推动轴承环52，从而带动压气机轴4发生向右的微小位移，转子叶片2随压气机轴4一同产生轴向位移，由于机匣1内部形成的通道呈收缩状，因此，当转子叶片2相对机匣1向右位移时，叶尖间隙6减小，如图3所示，由d1变为d2。
[0049]
还需说明的是，磁体可为任何合适的可与磁感线圈相互作用的物体，该实施例中采用强磁铁。
[0050]
磁感线圈51的电流大小及方向根据压气机的工作状态进行调节，从而确定压气机轴4轴向位移的大小及方向，进而调节叶尖间隙6。
[0051]
可以理解的是，通过改变流入磁感线圈的电流大小可以改变位压气机轴轴向位移量大小，改变流入磁感线圈的电流方向可以改变压气机轴轴向位移方向。
[0052]
如图1、4所示，间隙控制装置5还包括支撑单元53，支撑单元53包括第一滚棒轴承532和滚珠轴承531，第一滚棒轴承532设置在轴承环52和机匣1之间，用于支撑轴承环52，并允许轴承环52和机匣1之间有相对轴向位移，滚珠轴承531设置在压气机轴4和轴承环52之间，用于支撑压气机轴4，并防止压气机轴4和轴承环52之间有相对轴向位移。
[0053]
可以理解的是，滚珠轴承设置在压气机轴和轴承环之间，当轴承环因磁感线圈和磁体之间的作用力而轴向位移时，轴承环作用于滚珠轴承，滚珠轴承将轴向载荷传递至压气机轴，从而使压气机轴相对机匣轴向位移。
[0054]
如图1所示，间隙控制装置还包括限位单元54，限位单元54包括第一限位件541和第二限位件542，第一限位件541和第二限位件542分别固定在机匣1上且位于第一滚棒轴承531轴向两侧，用于限制压气机轴4轴向位移的范围。
[0055]
可以理解的是，限位单元限制压气机轴轴向位移的范围，从而防止转子叶片轴向位移过大，避免造成转子叶片与静子叶片之间的轴向碰撞和摩擦。
[0056]
如图1所示，另一方面，提供一种压气机，包括该实施例的间隙控制装置5。
[0057]
压气机还包括第二滚棒轴承7，第二滚棒轴承7设置在压气机轴4轴向远离磁感线圈51的一端和机匣1之间，用于支撑压气机轴4。第一滚棒轴承532和第二滚棒轴承7适于承受径向载荷，而在轴向方向允许有相对位移。
[0058]
另一方面，提供一种燃气涡轮发动机，包括该实施例的压气机。
[0059]
这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本实用新型并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
[0060]
同样，需要指出的是，虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，在没有脱离本实用新型精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书的范围内。