涡轮导叶、涡轮及航空发动机转让专利
申请号 : CN201610451212.0
文献号 : CN107524475B
文献日 : 2019-07-26
发明人 : 严红明 , 郑恒 , 邓潇 , 郑建弘 , 谭智勇
申请人 : 中国航发商用航空发动机有限责任公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种涡轮导叶,其特征在于,包括可动部分和固定部分(9),所述固定部分(9)相对于涡轮机匣固定,所述可动部分与所述固定部分(9)相连且位于所述涡轮导叶的吸力面一侧,所述可动部分构成所述涡轮导叶的吸力面的部分轮廓,所述可动部分能够相对于所述固定部分(9)运动,以改变相邻两个所述涡轮导叶之间的通流面积,所述可动部分相对于所述涡轮导叶的压力面的凸起高度能够通过所述可动部分的运动而改变。
2.根据权利要求1所述的涡轮导叶,其特征在于,所述可动部分设有间隙,和/或所述可动部分与所述固定部分(9)之间设有间隙,以使进入所述涡轮导叶内部的冷气通过所述间隙在所述涡轮导叶的外表面形成冷气膜。
3.根据权利要求2所述的涡轮导叶,其特征在于,所述可动部分包括至少两个可动导叶段,至少两个所述可动导叶段共同形成所述涡轮导叶的吸力面的部分轮廓,所述可动部分相对于所述涡轮导叶的压力面的凸起高度通过所述可动导叶段的运动而改变。
4.根据权利要求3所述的涡轮导叶,其特征在于,所述可动部分包括第一可动导叶段(2)和第二可动导叶段(6),所述第一可动导叶段(2)的第一端和所述第二可动导叶段(6)的第一端均与所述固定部分(9)可转动地连接,所述第一可动导叶段(2)的第二端与所述第二可动导叶段(6)的第二端相互搭接,以使所述第一可动导叶段(2)的第二端与所述第二可动导叶段(6)的第二端之间形成间隙。
5.根据权利要求3或4所述的涡轮导叶,其特征在于,还包括驱动机构和传动机构,所述驱动机构通过所述传动机构与所述可动部分连接;或者所述驱动机构与至少两个所述可动导叶段中的一个连接,所述传动机构连接在该所述可动导叶段与另一个所述可动导叶段之间;
以通过所述驱动机构驱动所述可动部分运动。
6.根据权利要求5所述的涡轮导叶,其特征在于,所述涡轮导叶的内部设有空腔,所述传动机构设置在所述空腔内。
7.根据权利要求5所述的涡轮导叶,其特征在于,所述传动机构为连杆传动机构。
8.根据权利要求7所述的涡轮导叶,其特征在于,所述驱动机构通过所述传动机构与所述可动部分连接,所述传动机构包括第一连杆(5)和第二连杆(4,11),所述驱动机构通过转轴(7)与所述第一连杆(5)连接,所述第一连杆(5)与所述第二连杆(4,11)通过第二连接轴(10)连接,所述第二连杆(4,11)与所述可动部分通过第一连接轴(3)连接,以使所述转轴(7)通过所述第一连杆(5)和所述第二连杆(4,11)带动所述第一连杆(5)转动。
9.根据权利要求8所述的涡轮导叶,其特征在于,还包括上缘板和下缘板,所述上缘板和所述下缘板分别设置在所述涡轮导叶的两端,并与所述固定部分(9)固定连接,所述转轴(7)的一端穿过所述上缘板和涡轮机匣与所述驱动机构连接,所述转轴(7)的另一端与所述下缘板连接。
10.一种涡轮,其特征在于,包括如权利要求1~9任一项所述的涡轮导叶。
11.根据权利要求10所述的涡轮,其特征在于,还包括机匣,所述涡轮导叶还包括上缘板和下缘板,所述机匣与所述上缘板之间设有冷气通道,冷气能够通过所述冷气通道和设置在所述上缘板的冷气孔进入所述涡轮导叶内部的空腔内。
12.一种航空发动机,其特征在于,包括如权利要求10或11所述的涡轮。
说明书 :
涡轮导叶、涡轮及航空发动机
技术领域
背景技术
何涡轮导叶,可以改变发动机压缩部件和涡轮部件的共同工作关系,使得压气机和涡轮都
工作在较好状态,或保证压气机具有足够的稳定裕度;不仅如此,对于双转子涡轮发动机,
通过改变低压涡轮导叶通流面积,还可以改变高低压转子的转速差,实现变循环功能,提高
发动机效率,扩大发动机工作范围,因而可变几何涡轮导叶能改善发动机工作性能,扩大发
动机工作范围。
转轴上布置冷气通道的方式向涡轮导叶内部提供冷气,这给涡轮导叶的冷却带来很大困
难,因此现有技术中均未能很好的考虑冷却问题;
发明内容
力面一侧,所述可动部分能够相对于所述固定部分运动,以改变相邻两个所述涡轮导叶之
间的通流面积。
膜。
凸起高度通过所述可动导叶段的运动而改变。
一可动导叶段的第二端与所述第二可动导叶段的第二端相互搭接,以使所述第一可动导叶
段的第二端与所述第二可动导叶段的第二端之间形成间隙。
述可动部分通过第一连接轴连接,以使所述转轴通过所述第一连杆和所述第二连杆带动所
述第一连杆转动。
与所述驱动机构连接,所述转轴的另一端与所述下缘板连接。
述涡轮导叶内部的空腔内。
的通流面积,从而实现涡轮导叶通流面积的可调节性,改善发动机的工作性能。相比于现有
技术中将涡轮导叶的前缘或尾缘设置为可旋转的结构形式,本发明中将可动部分设置在涡
轮导叶吸力面一侧,不影响涡轮导叶内部的冷却,涡轮导叶整个叶片从前缘到尾缘均可以
采取相应的冷却措施进行冷却,防止涡轮导叶的某些部位由于受到高温燃气的冲击而降低
寿命。
附图说明
具体实施方式
明的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
本发明保护范围的限制。
面积。但是,由于涡轮导叶的尾缘较为狭窄,不便于在尾缘部分开设冷气孔或采取其他冷却
措施;而且尾缘部分与上、下缘板分离,仅通过转轴与上、下缘板相连,而转轴一般较细,很
难通过在转轴上设置冷气通道的方式对尾缘进行冷却。而在涡轮导叶工作过程中,尾缘部
分存在高温区域,若不采取冷却措施,尾缘部分在高温冲击下其结构容易受到损坏,甚至导
致整个涡轮导叶的寿命降低。
分与所述固定部分9相连且位于所述涡轮导叶的吸力面一侧,优选地,所述可动部分位于所
述涡轮导叶的吸力面一侧的中部,所述可动部分能够相对于所述固定部分9运动,以改变相
邻两个所述涡轮导叶之间的通流面积。
叶之间的通流面积,从而实现涡轮导叶通流面积的可调节性,改善发动机的工作性能。相比
于现有技术中将涡轮导叶的前缘或尾缘设置为可旋转的结构形式,本发明中将可动部分设
置在涡轮导叶吸力面一侧,不影响涡轮导叶内部的冷却,涡轮导叶整个叶片从前缘到尾缘
均可以采取相应的冷却措施进行冷却,防止涡轮导叶的某些部位由于受到高温燃气的冲击
而降低寿命。
对于所述涡轮导叶的压力面的凸起高度能够通过所述可动部分的运动而改变,即涡轮导叶
的整体轮廓会发生改变,由于发生改变的位置主要在涡轮导叶的吸力面,压力面轮廓不发
生改变,因此在两个相邻的涡轮导叶中,前一涡轮导叶的压力面与后一涡轮导叶的吸力面
之间的喉口面积就会发生改变,从而改变相邻两个涡轮导叶之间的通流面积,从而改变涡
轮的做功能力,改善发动机的工作性能,提高发动机效率,扩大发动机的工作范围。
分内设置间隙,以使进入所述涡轮导叶内部的冷气通过所述间隙在所述涡轮导叶的外表面
形成冷气膜,冷气膜可以减少高温燃气对涡轮导叶表面的冲击。
导叶的吸力面的部分轮廓,所述可动部分相对于所述涡轮导叶的压力面的凸起高度(即涡
轮导叶自压力面到吸力面的厚度)通过所述可动导叶段的运动而改变。
固定部分9可转动地连接,所述第一可动导叶段2的第二端与所述第二可动导叶段6的第二
端相互搭接,以使所述第一可动导叶段2的第二端与所述第二可动导叶段6的第二端之间形
成间隙。
以通过所述驱动机构驱动所述可动部分运动。
高温影响而损坏,保证工作的可靠性。
够避免增加涡轮导叶的整体重量,并且传动机构也处于高温环境中,连杆传动机构更加方
便冷却。
第二连接轴10连接,所述第二连杆4、11与所述可动部分通过第一连接轴3连接,以使所述转
轴7通过所述第一连杆5和所述第二连杆4、11带动所述第一连杆5转动。
运动;第二连杆与可动导叶段的个数也可以不同,每个第二连杆与其中一个可动导叶段连
接,并用于驱动对应的可动导叶段运动,其他未与第二连杆连接的可动导叶段可以与连接
有第二连杆的可动导叶段通过传动机构连接,以在连接有第二连杆的可动导叶段运动的同
时,通过该传动机构带动未与第二连杆连接的可动导叶段运动。
杆11均可以绕第二连接轴10相对于第一连杆5转动;第二连杆4通过第一连接轴3与第二可
动导叶段6连接,第二连杆4可以驱动第二可动导叶段6绕铰链8相对于固定部分9转动;第二
连杆11通过第一连接轴3与第一可动导叶段2连接,第二连杆11可以驱动第一可动导叶段2
绕铰链1相对于固定部分9转动。
段与另一个所述可动导叶段之间,以通过所述驱动机构驱动所述可动部分运动。
动机构带动另一可动导叶段转动,从而改变涡轮导叶的厚度,进而改变相邻两个涡轮导叶
之间的通流面积。
板并不是分离的,涡轮导叶与上缘板和下缘板之间不存在间隙,这不仅可以避免气流从压
力面流向吸力面,避免泄漏损失,提高涡轮效率,还可以通过设置冷气通道使涡轮机匣外的
冷气进入涡轮导叶的内部,采取冷却措施后,各旋转连接处的轴承与轴套之间可以避免由
于高温膨胀而引起的卡死问题,提高工作可靠性。
接。转轴7的这种安装方式,既可以避免转轴7与上缘板和下缘板之间的干涉,还可以方便对
转轴7自身的冷却。
设有冷气通道,冷气能够通过所述冷气通道和设置在所述上缘板的冷气孔进入所述涡轮导
叶内部的空腔内。
分9与第一可动导叶段2和第二可动导叶段6通过铰链1、8依次连接构成整个叶型。其中,固
定部分9与涡轮导叶的上、下缘板为一体,第一可动导叶段2与固定部分9通过铰链1相连,其
可绕铰链1旋转;第二可动导叶段6与固定部分9通过铰链8相连,其可绕铰链8旋转
接轴3连接,以通过第二连杆4、11带动第一可动导叶段2和第二可动导叶段6转动,从而改变
叶片间的喉部面积,实现通流面积的调节功能。该涡轮导叶中,叶片的大部分结构固定不
变,吸力面(叶背)包括可动部分,通过调节转轴7转动调节该涡轮导叶叶片的吸力面(叶背)
位置,改变叶片之间的通流面积。
冷气通过外机匣与上缘板之间的通道,经涡轮导叶上缘板中的冷气孔进入涡轮导叶的内部
空腔,用于冷却涡轮导叶内部的可动部件、连接轴及各部分叶片的连接铰链,使其均保证可
靠工作;固定部分9与第一可动导叶段2及第二可动导叶段6之间,第一可动导叶段2与第二
可动导叶段6之间,均存在微小隙缝,因涡轮导叶内部高压冷气与外部燃气的压力差,冷气
通过隙缝可在涡轮导叶的外壁面形成冷却气膜。另外,制造时,设有上、下缘板的可调涡轮
导叶可以以单个叶片为一组,也可多个为一组一起加工制造。
的喉部面积较小;
邻两个涡轮导叶之间的喉部面积增大,实现了涡轮级通流能力的可调节性能,改善涡轮不
同工况下部件性能匹配,提高发动机稳定性和降低发动机燃油消耗,以及降低涡轮前温度。
消耗,还可降低发动机起飞状态涡轮前温度;
易产生卡死问题,提高了工作可靠性;
小,基本不存在与上、下缘板干涉问题;
可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发
明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。