[發明專利]渦輪發動機的間隙控制系統及渦輪發動機的間隙控制方法

有效

• 申請號: 201210414622.X
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN103775139A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 顧偉;陳濤;喬劍
• 申請（專利權）人: 中航商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F01D11/24
• 分類號: F01D11/24
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 顏鏑

1.一種渦輪發動機的間隙控制系統，其特征在于，包括渦輪機匣檢測裝置、渦輪轉子檢測裝置、控制裝置以及冷卻流體輸送裝置，其中：

所述控制裝置與所述渦輪機匣檢測裝置、所述渦輪轉子檢測裝置以及所述冷卻流體輸送裝置通過線路或無線信號收發裝置電連接；

所述渦輪機匣檢測裝置，用于在渦輪發動機工作過程中檢測渦輪機匣的徑向變形量，并將檢測結果輸入所述控制裝置；

所述渦輪轉子檢測裝置，用于在所述渦輪發動機工作過程中檢測渦輪轉子的轉速值以及渦輪排氣的溫度值，并將檢測結果輸入所述控制裝置；

所述控制裝置，用于根據裝配時所述渦輪轉子葉片葉尖與所述渦輪機匣之間的原始間隙尺寸、所述渦輪機匣的徑向變形量的值、所述轉速值以及所述溫度值計算得出所述渦輪轉子葉片葉尖與所述渦輪機匣之間的實際間隙尺寸，或者，用于根據裝配時所述渦輪轉子葉片葉尖與所述渦輪機匣之間的原始間隙尺寸、目標間隙尺寸、所述轉速值以及所述溫度值計算得出目標機匣變形量；

所述控制裝置，還用于在所述實際間隙尺寸大于目標間隙尺寸的上限值時或在所述渦輪機匣的徑向變形量的值大于所述目標機匣變形量時對所述冷卻流體輸送裝置發出流量增大指令，在所述實際間隙尺寸小于目標間隙尺寸的下限值時或在所述渦輪機匣的徑向變形量的值小于所述目標機匣變形量時對所述冷卻流體輸送裝置發出流量減少指令；

所述冷卻流體輸送裝置，用于在接收到所述流量增大指令后增大對所述渦輪機匣輸出的冷卻流體的流量，在接收到所述流量減少指令后減少對所述渦輪機匣輸出的冷卻流體的流量。

2.根據權利要求1所述的渦輪發動機的間隙控制系統，其特征在于，所述控制裝置包括離心變形量計算模塊、徑向熱變形量計算模塊以及差值對比模塊，其中：

所述離心變形量計算模塊，用于根據所述轉速值以及所述渦輪轉子的材料特性參數計算出所述渦輪轉子因離心力而產生的變形量；

所述徑向熱變形量計算模塊，用于根據所述溫度值以及所述渦輪轉子的材料特性參數計算出所述渦輪轉子因熱膨脹而產生的徑向熱變形量；

所述差值對比模塊用于根據公式C_實際=C_原始+ΔL_機匣-ΔL(N)-ΔL(T_排氣)，計算出所述渦輪發動機工作過程中所述渦輪轉子葉片葉尖與所述渦輪機匣之間的實際間隙尺寸；或者，所述差值對比模塊用于根據公式ΔL_目標機匣＝ΔL(N)+ΔL(T_排氣)+C_目標-C_原始計算得出所述目標機匣變形量；公式中：

C_實際為所述渦輪發動機工作過程中所述渦輪轉子葉片葉尖與所述渦輪機匣之間的實際間隙尺寸；

C_原始為裝配時所述渦輪轉子葉片葉尖與所述渦輪機匣之間的原始間隙尺寸；

ΔL_機匣為所述渦輪發動機工作過程中檢測出的所述渦輪發動機工作過程中渦輪機匣的徑向變形量的值；

ΔL(N)為所述渦輪發動機工作過程中所述渦輪轉子因離心力而產生的變形量的值；

ΔL(T_排氣)為所述渦輪發動機工作過程中所述渦輪轉子因熱膨脹而產生的徑向熱變形量的值；

ΔL_目標機匣為所述目標機匣變形量；

C_目標為所述目標間隙尺寸。

3.根據權利要求2所述的渦輪發動機的間隙控制系統，其特征在于，所述控制裝置，用于通過轉子變形模型計算出所述渦輪轉子因離心力而產生的變形量的值以及所述渦輪轉子因熱膨脹而產生的徑向熱變形量的值。

4.根據權利要求2所述的渦輪發動機的間隙控制系統，其特征在于，所述渦輪機匣檢測裝置包括至少一個變形傳感器，所述渦輪機匣為高壓渦輪機匣或低壓渦輪機匣。

5.根據權利要求4所述的渦輪發動機的間隙控制系統，其特征在于，所述渦輪機匣為高壓渦輪機匣，所述高壓渦輪機匣包括外機匣、外環支撐以及外環，所述實際間隙尺寸為所述渦輪轉子葉片葉尖與所述外環之間的間距尺寸，所述變形傳感器設置于所述外環支撐上。

6.根據權利要求5所述的渦輪發動機的間隙控制系統，其特征在于，所述變形傳感器沿所述外環支撐的周向方向均勻分布于所述外環支撐上。