燃气轮机叶尖间隙的控制装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种燃气轮机叶尖间隙的控制装置及方法。该装置包括一冲击管路，对着燃气轮机的涡轮机匣的外周，该冲击冷却管路的表面上分布有多个冲击孔，该多个冲击孔的一组与换热效果有关的参数被预定为沿该冲击管路的周向不一致；其中该组参数包括孔径、孔间距以及与该涡轮机匣的外周的距离的至少其中之一，该换热效果是根据该涡轮机匣周向不同位置所需要的变形调整量，依据机匣当前的温度，预先计算得到，其中变形调整量越大，该换热效果越大。本发明专利技术能够消除叶尖间隙受到的周向不均匀因素的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃气轮机领域，尤其是涉及一种燃气轮机叶尖间隙的控制装置和方法。
技术介绍
燃气轮机(GasTurbine)是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械。在燃气轮机中，维持介于涡轮机的转动叶片叶尖与壳体朝内表面之间的所需径向间隙对于对于涡轮机性能和零件耐久性而言是重要的。以涡扇发动机为例，涡轮间隙每减小0.25mm，耗油率(SFC)可减小0.8％-1％。影响叶尖间隙的因素是非常多的，包括转子的热变形、离心变形，机匣的热变形，以及气体内外压差导致的变形，这些变形通常在周向位置是均匀的。发动机在不同工作状态下，上述变形量是不同的，导致叶尖间隙在不同状态点有所变化。目前成熟的民用航空涡扇发动机，大多对高压涡轮和低压涡轮进行主动或被动间隙控制。间隙控制的方法通常采用对涡轮机匣进行周向的空气冲击冷却或加热。由于上述变形通常在周向位置是均匀的，周向冷却或加热也是均匀的，这样管路11在周向上冲击孔12的大小与孔径一般都相同，参照图1中示意图所示，消除上述周向均匀因素对间隙的影响。但是，除了上述周向均匀因素导致的变形外之外，还有一些周向不均匀的因素导致的变形，如转子和机匣的偏心度，发动机受到陀螺力矩、重力等外部载荷产生的机匣椭圆度，以及发动机整机振动等因素。上述不均匀因素会使得燃气轮机的叶尖间隙在周向有较大区别，周向间隙大小不一、呈现一定的不均匀性。目前通用的对机匣进行周向均匀冷却或加热的方法，无法消除这部分周向不均匀因素产生的间隙增大及效率降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种燃气轮机叶尖间隙的控制装置和方法，以消除叶尖间隙受到的周向不均匀因素的影响。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种燃气轮机叶尖间隙的控制装置，包括一冲击管路，对着燃气轮机的涡轮机匣的外周，该冲击冷却管路的表面上分布有多个冲击孔，该多个冲击孔的与换热效果有关的一组参数被预定为沿该冲击管路的周向不一致；其中该组参数包括孔径、孔间距以及与该涡轮机匣的外周的距离的至少其中之一，该换热效果是根据该涡轮机匣周向不同位置所需要的变形调整量，依据机匣当前的温度，预先计算得到，其中变形调整量越大，该换热效果越大。在本专利技术的一实施例中，周向不同位置的冲击孔的孔间距与孔径的比值在2-18之间，冲击孔的孔间距之差在0.5-7倍孔径之间。在本专利技术的一实施例中，周向不同位置的冲击孔的孔径在0.4mm-2mm之间，孔径之差在0.2-1mm之间。在本专利技术的一实施例中，周向不同位置的冲击孔与该涡轮机匣的外周的距离在3-25倍孔径之间，周向不同位置的距离的差值在22倍孔径以内。在本专利技术的一实施例中，该变形调整量的计算考虑转子和涡轮机匣的偏心度，发动机受到外部载荷产生的机匣椭圆度，以及发动机整机振动。本专利技术还提出一种燃气轮机叶尖间隙的控制方法，包括：提供一冲击管路，对着燃气轮机的涡轮机匣的外周，该冲击冷却管路的表面上分布有多个冲击孔，该多个冲击孔的与换热效果有关的一组参数被预定为沿该冲击管路的周向不一致；其中该组参数包括孔径、孔距以及与该涡轮机匣的外周的距离至少其中之一，该换热效果是根据该涡轮机匣周向不同位置所需要的变形调整量，依据机匣当前的温度，预先计算得到。在本专利技术的一实施例中，周向不同位置的冲击孔的孔间距与孔径的比值在2-18之间，冲击孔的孔间距之差在0.5-7倍孔径之间。在本专利技术的一实施例中，周向不同位置的冲击孔的孔径在0.4mm-2mm之间，孔径之差在0.2-1mm之间。在本专利技术的一实施例中，周向不同位置的冲击孔与该涡轮机匣的外周的距离在3-25倍孔径之间，周向不同位置的距离的差值在22倍孔径以内。在本专利技术的一实施例中，该变形调整量的计算考虑转子和涡轮机匣的偏心度，发动机受到外部载荷产生的机匣椭圆度，以及发动机整机振动。本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，根据机匣不同位置变形量的不同，设置不同的冲击孔间距、孔径、距离等，实现各位置变形量基本相同、协调统一，消除了叶尖间隙在周向的不均匀性。附图说明为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明，其中：图1示出已知叶尖间隙控制装置的冲击孔分布示意图。图2A、2B示出本专利技术一实施例的叶尖间隙控制装置的结构示意图。图3示出本专利技术一实施例的叶尖间隙控制装置的冲击孔分布示意图。图4示出本专利技术另一实施例的叶尖间隙控制装置的冲击孔分布示意图。图5示出根据本专利技术一实施例的冲击孔分布设计过程。图6示出本专利技术一实施例的叶尖间隙控制装置的工作示意图。具体实施方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术的实施例描述燃气轮机叶尖间隙的控制装置及其方法。燃气轮机的叶尖间隙受到各种因素的影响，会存在周向不均匀的情况。因此本专利技术提出了一种对燃气轮机的机匣进行周向不均匀冷却或加热以消除或缓解的叶尖间隙周向不均匀的技术。调整不同的机匣变形度所需要的换热效果不同，而不同的换热效果可以通过对涡轮机匣进行冲击冷却或加热的冲击管路上的冲击孔的分布来控制。因此，通过事先计算的换热效果，即可预先设计冲击管路上的冲击孔的分布，从而提供所需的换热效果对机匣进行加热或冷却，控制所需的变形度调整。图2A、2B示出本专利技术一实施例的叶尖间隙控制装置的结构示意图。参考图2A、2B所示，燃气轮机叶尖间隙的控制装置200包括冲击管路210。冲击管路210对着燃气轮机的涡轮机匣220的外周。涡轮机匣220是一个环形结构，其横截面(如图2B)是基本上呈圆形。相应地，冲击管路210的横截面也基本上是呈圆形。不过由于各种非均匀因素的影响，涡轮机匣220的横截面不会刚好是圆形。图2B中画出虚线圆形O作为参考，以示出因变形导致的不均匀度。冲击管路210的表面上分布有多个冲击孔211。这些冲击孔211的一组与换热效果有关的参数被预定为沿冲击管路210的周向不一致。在此，换热效果是根据涡轮机匣220周向不同位置所需要的变形调整量，依据机匣当前的温度，预先计算得到。变形调整量越大，换热效果越大。在此，换热效果与需要变形量的大小可近似看做正比的关系，也可以精确的转换为增函数的形式，具体实施需要根据设计的精度进行选择。举例来说，上述的一组与换热效果有关的参数包括孔径、孔间距以及与涡轮机匣的外周的距离的至少其中之一。孔径表示冲击孔的直径。孔间距是相邻的冲击孔之间的距离，以圆心之间距离表示。由于冲击冷却管路210的孔分布的区域都是确定的，因此孔间距代表了冲击孔的疏、密排布。与涡轮机匣的外周的距离代表冲击冷却管路210上的冲击孔沿着半径方向到涡轮机匣的外周上的一个点的距离。在冷却或加热时，冲击孔会沿着半径方向向内提供气体。为了让换热效果沿着冲击管路210的周向不一致，从而也会沿着涡轮机匣220的周向不一致，可以让各周向位置的冲击孔的孔径不同，孔距不同，或者冲击孔与涡轮机匣的外周的距离不同。当需要时，也可以让这些参数中的两个或更多个不同。图3示出本专利技术一实施例的叶尖间隙控制装置的冲击孔分布示意图。在图3的实施例中，冲击孔为孔疏密程度设计不同。在本实施例中，设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机叶尖间隙的控制装置，包括一冲击管路，对着燃气轮机的涡轮机匣的外周，该冲击冷却管路的表面上分布有多个冲击孔，该多个冲击孔的与换热效果有关的一组参数被预定为沿该冲击管路的周向不一致；其中该组参数包括孔径、孔间距以及冲击孔与该涡轮机匣的外周的距离的至少其中之一，该换热效果是根据该涡轮机匣周向不同位置所需要的变形调整量，依据机匣当前的温度，预先计算得到，其中变形调整量越大，该换热效果越大。

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机叶尖间隙的控制装置，包括一冲击管路，对着燃气轮机的涡轮机匣的外周，该冲击冷却管路的表面上分布有多个冲击孔，该多个冲击孔的与换热效果有关的一组参数被预定为沿该冲击管路的周向不一致；其中该组参数包括孔径、孔间距以及冲击孔与该涡轮机匣的外周的距离的至少其中之一，该换热效果是根据该涡轮机匣周向不同位置所需要的变形调整量，依据机匣当前的温度，预先计算得到，其中变形调整量越大，该换热效果越大。2.如权利要求1所述的燃气轮机叶尖间隙的控制装置，其特征在于，周向不同位置的冲击孔的孔间距与孔径的比值在2-18之间，冲击孔的孔间距之差在0.5-7倍孔径之间。3.如权利要求1所述的燃气轮机叶尖间隙的控制装置，其特征在于，周向不同位置的冲击孔的孔径在0.4mm-2mm之间，孔径之差在0.2-1mm之间。4.如权利要求1所述的燃气轮机叶尖间隙的控制装置，其特征在于，周向不同位置的冲击孔与该涡轮机匣的外周的距离在3-25倍孔径之间，周向不同位置的距离的差值在22倍孔径以内。5.如权利要求1所述的燃气轮机叶尖间隙的控制装置，其特征在于，该变形调整量的计算考虑转子和涡轮机匣的偏心度，发动机受到外部载荷产生的机匣椭圆度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾伟，闫怀喜，王开明，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31