控制可调向心涡轮喷嘴环叶端间隙自适应调节装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103352729A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103352729103352729A(43)申请公布日2013.10.16(21)申请号201310330160.8(22)申请日2013.08.01(71)申请人河北工程大学地址056038河北省邯郸市邯山区光明南大街199号(72)发明人王磊磊侯红娟王凯杨玉敏(51)Int.Cl.F01D11/16(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图4页附图4页(54)发明名称控制可调向心涡轮喷嘴环叶端间隙自适应调节装置及方法(57)摘要本发明公开了一种控制可调向心涡轮喷嘴环叶端间隙自适应调节装置，包括分别对应设置于喷嘴环叶片旋转轴两侧的弹性机构和止推机构，所述弹性机构一端固定，另一端同轴套在喷嘴环叶片旋转轴上，且弹性机构与喷嘴环旋转轴上固定挡环相接触；所述喷嘴环叶片旋转轴一端安装于止推机构中，止推机构固定安装。本发明同时还公开了利用该装置的调节方法。本发明所通过对喷嘴环旋转轴两端支撑形式的改变及弹簧机构的使用，既保证喷嘴环正常调节开度功能，又使喷嘴环叶顶间隙调节后的涡轮处于高效率工作状态，有利于提高喷嘴环可调向心涡轮整体性能。CN103352729ACN1035279ACN103352729A权利要求书1/1页1.一种控制可调向心涡轮喷嘴环叶端间隙自适应调节装置，其特征是，包括分别对应设置于喷嘴环叶片旋转轴两侧的弹性机构和止推机构，所述弹性机构一端固定，另一端同轴套在喷嘴环叶片旋转轴上，且弹性机构与喷嘴环旋转轴上固定挡环相接触；所述喷嘴环叶片旋转轴一端安装于止推机构中，止推机构固定安装。2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述弹性机构和止推机构分别对应设置于喷嘴环叶片旋转轴的轮缘侧和轮毂侧。3.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述弹性机构包括套在喷嘴环叶片旋转轴上的弹簧，弹簧一端与喷嘴环旋转轴上固定挡环相接触，另一端固定设置于固定构件上。4.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述止推机构为向心推力轴承。5.一种利用权利要求1所述装置的调节方法，其特征是，包括：喷嘴环旋转轴在轮毂侧采用止推机构，阻止喷嘴环叶片向轮毂侧移动，但允许喷嘴环旋转轴转动，结果能够保证喷嘴环叶顶与轮毂侧壁面间存在原始设计间隙，避免喷嘴环叶片与轮毂侧壁面接触发生卡死状况；喷嘴环轮缘侧旋转轴为游动支撑，旋转轴外侧弹性机构中弹簧处于压缩状态，起轴向止推作用；弹簧，并且利用弹簧弹力作用保障喷嘴环旋转轴始终与轮毂侧止推机构接触，避免喷嘴环工作中沿叶高方向发生非膨胀性轴向窜动；涡轮工作中，当喷嘴环机构发生热膨胀时，喷嘴环沿旋转轴中心线方向膨胀并伸长，在轮毂侧轴向止推机构及弹簧力作用下，喷嘴环与轮毂侧壁面间的间隙大小保持不变；而在轮缘侧，喷嘴环的热膨胀使旋转轴向该侧轴向游动，减小了该侧间隙；同时，因喷嘴环叶片旋转轴的膨胀产生轴向推力被弹簧力所平衡；最终喷嘴环的热膨胀尺寸全部释放在涡轮的轮缘侧，附合设计期望，而旋转轴的热膨胀功全部转化为弹簧压缩功。2CN103352729A说明书1/4页控制可调向心涡轮喷嘴环叶端间隙自适应调节装置及方法技术领域[0001]本发明涉及一种喷嘴环可调向心涡轮技术，尤其是一种控制可调向心涡轮喷嘴环叶端间隙自适应调节装置及方法。背景技术[0002]废气涡轮增压器是改善发动机排放的重要部件。由于废气涡轮增压器瞬态响应落后于发动机，因此一种喷嘴环可调向心涡轮被应用到废气涡轮增压器上，通过调节喷嘴环的开度，提高涡轮的瞬态响应能力。[0003]如图1所示，喷嘴环可调向心涡轮主要组成：喷嘴环叶片1、喷嘴环叶片旋转轴2、喷嘴环开度调节机构3、轮毂4、转子5、轮缘6。为了实现喷嘴环开度可调，喷嘴环叶片两端必然存在叶顶间隙。而涡轮运行过程中，温度变化改变喷嘴环叶片材料热膨胀状态。受此影响，喷嘴环叶片沿叶高方向必然存在自由度。在涡轮运行过程中，喷嘴环叶片材料的膨胀使其沿叶高方向发生移动，喷嘴环叶片两端叶顶间隙值将发生变化，而此时喷嘴环叶片叶顶泄漏流动也发生相应改变，使涡轮整体性能将受到影响。喷嘴环叶片受热时，使得喷嘴环两侧叶端间隙减小，如果喷嘴环叶片设计叶顶间隙过小，喷嘴环可能与轮缘/轮毂壁面接触，导致喷嘴环叶片被卡死，无法实现开度调节；而叶顶间隙设计过大时，所引起的叶尖泄漏流动会造成较大的气体流动损失，同时叶尖泄漏流动向下游输运，将对转子叶片气动性能产生影响，最终影响喷嘴环可调向心涡轮整体性能。[0004]因此，设计人员在喷嘴环设计过程中，必须充分考虑喷嘴环两端叶顶间隙值。发明内容[0005]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种控制可调向心涡轮喷嘴环叶端间隙自适应调节装置及方法，该装置自动调节的