CN204140141U - 主动控制叶尖间隙的执行机构和*** - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种主动控制叶尖间隙的执行机构和***，涉及发动机技术领域，其中，所述执行机构包括：步进电机、丝杠和隔板；其中，所述丝杠的一端与所述步进电机固定连接，所述丝杠的另一端与所述隔板固定连接；所述步进电机能够做旋转运动，以带动所述丝杠移动，所述丝杠移动带动所述隔板朝向或远离叶片叶尖的方向移动。本实用新型提供的执行机构适用于多/全电飞机，能够满足未来多/全电飞机的发展要求。此外，该执行机构结构简单，无需大量的辅助管路、控制阀门等，改善了发动机的经济性。

Description

主动控制叶尖间隙的执行机构和***

技术领域

本实用新型涉及发动机技术领域，尤其是一种主动控制叶尖间隙的执行机构和***。

背景技术

由于发动机涡轮转子叶片叶尖与静子机匣之间存在一定的间隙(简称叶尖间隙)，在叶片前后压力面与吸力面之间的压差作用下，燃气会发生泄漏，从而影响发动机效率。研究表明，叶尖间隙每增加叶片长度的1％，发动机效率约降低1.5％，耗油率约增加2％。而耗油率的增加不仅影响发动机性能，同时也影响其全寿命费用。据分析，叶尖间隙对耗油率的影响约占叶型与间隙密封总损失的67％，为了降低发动机耗油率，需要尽可能减小叶尖间隙。但是叶尖间隙也不能过小，因为过小的叶尖间隙可能会影响发动机安全。因此，需要将叶尖间隙保持在合理的范围内。

主动间隙控制技术是一项通过控制涡轮叶尖间隙的变化来降低发动机耗油率、提高可靠性和延长使用寿命、减少污染物的排放的重要技术。现有的主动间隙控制手段主要分为以下几种：1、热力式间隙控制，主要是从风扇出口或压气机某级引出的空气冷却涡轮机匣，通过控制引气量或引气温度等参数调整涡轮机匣温度分布，以控制涡轮机匣涡轮外环组件的径向热膨胀位移，从而控制叶尖间隙的大小。2、机械式间隙控制，通过连接装置和驱动机构来实现对叶尖间隙的控制。3、压力式间隙控制，主要利用发动机内部或外部供应的压力及其对控制活门的调节，引起载荷偏移，使涡轮外环沿径向产生位移，实现对叶尖间隙的控制。

未来，为了提高燃油利用率，增加飞机可靠性、维修性等性能，多/全电飞机将以电气***逐步取代液压、气动和机械***来满足飞机的次级功率。因此，亟须一种新的主动间隙控制手段来控制发动机涡轮转子叶片叶尖和静子机匣之间的间隙，以适应多/全电飞机的发展趋势。

实用新型内容

本实用新型实施例的一个目的是：提供一种主动控制叶尖间隙的执行机构和***，以适应多/全电飞机的发展趋势。

根据本实用新型的一方面，提供一种主动控制叶尖间隙的执行机构，包括：步进电机、丝杠和隔板；其中，所述丝杠的一端与所述步进电机固定连接，所述丝杠的另一端与所述隔板固定连接；所述步进电机能够做旋转运动，以带动所述丝杠移动，所述丝杠移动带动所述隔板朝向或远离叶片叶尖的方向移动。

在一个实施例中，所述隔板至少包括两层，所述两层中靠近叶片叶尖一侧的一层为易磨材料，靠近所述丝杠一侧的一层为隔热材料。

在一个实施例中，所述执行机构固定在静子机匣的外壳体上，所述丝杠的另一端穿过所述静子机匣的内壳体和外壳体与所述隔板固定连接。

在一个实施例中，所述执行机构还包括实时检测所述丝杠位置的位移传感器。

在一个实施例中，所述丝杠上设置有孔，所述位移传感器通过该孔与所述丝杠固定连接。

在一个实施例中，所述执行机构还包括：与所述位移传感器连接的比较器、以及分别与所述比较器和所述步进电机连接的脉冲信号发生器；所述位移传感器将所述丝杠当前的位置信息实时发送给所述比较器；所述比较器比较所述丝杠当前的位置信息与预设位置信息的大小，并根据比较结果向所述脉冲信号发生器发出不同的触发信号；所述脉冲信号发生器接收到所述比较器发送的第一触发信号时，向所述步进电机发送第一脉冲信号，以控制所述步进电机正向旋转，从而带动所述丝杠和所述隔板朝向叶片叶尖移动；所述脉冲信号发生器接收到所述比较器发送的第二触发信号时，向所述步进电机发送第二脉冲信号，以控制所述步进电机逆向旋转，从而带动所述丝杠和所述隔板远离叶片叶尖移动。

在一个实施例中，所述执行机构还包括壳体，所述壳体通过螺钉固定在静子机匣的外壳体上。

在一个实施例中，所述丝杠的一端通过丝杠螺母与所述步进电机固定连接。

根据本实用新型的另一方面，提供一种主动控制叶尖间隙的***，包括：多个如上述任意实施例提供的执行机构以及静子机匣；多个所述执行机构分别固定在所述静子机匣的外壳体上，每个所述执行机构中的丝杠的另一端穿过所述静子机匣的内壳体和外壳体与该执行机构中的隔板固定连接。

根据本实用新型的又一方面，提供一种主动控制叶尖间隙的***，包括：上述实施例提供的执行机构、静子机匣、与所述执行机构中的位移传感器连接的比较器、以及分别与所述比较器和所述执行机构中的步进电机连接的脉冲信号发生器；多个所述执行机构分别固定在所述静子机匣的外壳体上，每个所述执行机构中的丝杠的另一端穿过所述静子机匣的内壳体和外壳体与该执行机构中的隔板固定连接；所述位移传感器将所述丝杠当前的位置信息实时发送给所述比较器；所述比较器比较所述丝杠当前的位置信息与预设位置信息的大小，并根据比较结果向所述脉冲信号发生器发出不同的触发信号；所述脉冲信号发生器接收到所述比较器发送的第一触发信号时，向所述步进电机发送第一脉冲信号，以控制所述步进电机正向旋转，从而带动所述丝杠和所述隔板朝向叶片叶尖移动；所述脉冲信号发生器接收到所述比较器发送的第二触发信号时，向所述步进电机发送第二脉冲信号，以控制所述步进电机逆向旋转，从而带动所述丝杠和所述隔板远离叶片叶尖移动。

与现有技术相比，本实用新型实施例提供的执行机构为电作动执行机构，能够适应多/全电飞机的发展趋势，并且结构简单，无需大量的辅助管路、控制阀门等，改善了发动机的经济性。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型主动控制叶尖间隙的执行机构一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型主动控制叶尖间隙的执行机构实施例中的隔板的示意图；

图3为本实用新型主动控制叶尖间隙的执行机构另一个实施例的结构示意图；

图4为本实用新型主动控制叶尖间隙的执行机构又一个实施例的结构示意图；

图5为本实用新型主动控制叶尖间隙的***一个实施例的结构示意图；

图6为本实用新型主动控制叶尖间隙的***另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型主动控制叶尖间隙的执行机构一个实施例的结构示意图。如图1所示，该执行机构100可以包括步进电机101、丝杠102和隔板103。其中，丝杠102的一端与步进电机101固定连接，优选通过丝杠螺母固定连接；丝杠102的另一端与隔板103固定连接，优选通过螺钉固定连接。步进电机101能够做旋转运动，以带动丝杠102移动，由于丝杠102与隔板103固定连接，因此，丝杠102移动会带动隔板103朝向或远离叶片叶尖(未示出)的方向移动，从而达到控制叶尖间隙的大小的目的。

需要说明的是，图中未示出叶片叶尖，本领域技术人员根据本实用新型的描述，可以毫无疑义地确定叶片叶尖所在的位置。此外，本实用新型所提到的固定连接方式均为优选的固定连接方式，并不用于限制本实用新型的范围，本领域技术人员还可以根据实际应用情况选择其他合适的固定连接方式。

本实施例提供的主动控制叶尖间隙的执行机构为电作动的执行机构，步进电机可以在脉冲信号的触发下做正向或逆向旋转运动，从而带动丝杠和隔板移动，进而控制叶尖间隙的大小，该电作动的执行机构适用于多/全电飞机，能够满足未来多/全电飞机的发展要求。此外，该执行机构结构简单，无需大量的辅助管路、控制阀门等，改善了发动机的经济性。

作为本实用新型主动控制叶尖间隙的执行机构一个示例而非限制，隔板103至少包括两层，如图2所示，为本实用新型主动控制叶尖间隙的执行机构实施例中隔板的示意图。在图2中，隔板103的两层中靠近叶片叶尖一侧的一层113为易磨材料，靠近丝杠一侧的一层123为隔热材料。

示例性地，上述易磨材料可以是镍石墨材料，隔热材料可以是玻璃纤维材料。通过设置由易磨材料和隔热材料两层不同的材料构成的隔板，一方面可以通过调节易磨材料的厚度改变涡轮的初始叶尖间隙，易于维护；另一方面，在叶尖间隙减小为零甚至为负值时，涡轮叶片可以刮削靠近叶片叶尖一侧的易磨材料形成凹槽，而不至于使叶片折断造成事故；此外，通过隔热材料将涡轮内侧的高温气体与执行机构隔开，降低了执行机构中各部件的温度，从而可以提高部件的可靠性。

在实际应用中，再参见图1，执行机构100可以固定在静子机匣104的外壳体124上，而丝杠102的另一端穿过静子机匣104的内壳体114和外壳体124与隔板103固定连接。需要指出的是，内壳体114和外壳体124之间为静子机匣104的环腔134。在一个优选实施例中，执行机构100可以通过螺钉105固定在外壳体124上。此外，静子机匣的外壳体上还可以开设有冷却孔，用以冷却执行机构。

优选地，上述执行机构还可以包括用于保护步进电机和丝杠的壳体106，再参见图1，壳体106可以通过螺钉105固定在静子机匣104的外壳体124上。步进电机101和丝杠102被包在壳体106内，其中，步进电机101可以通过螺栓或螺钉与壳体106固定连接。

图3为本实用新型主动控制叶尖间隙的执行机构另一个实施例的结构示意图。与图1所示执行机构100相比，本实施例中的执行机构300还可以包括实时检测丝杠位置的位移传感器301。在一个具体实施例中，丝杠102上可以设置有孔，位移传感器301可以通过该孔与丝杠102固定连接。因此，丝杠102移动时，位移传感器301也会与丝杠102同时移动，从而可以实时检测丝杠102的位置信息。

图4为本实用新型主动控制叶尖间隙的执行机构又一个实施例的结构示意图。与图3所示执行机构300相比，本实施例中的执行机构400还可以包括：与位移传感器301连接的比较器401、以及分别与比较器401和步进电机101连接的脉冲信号发生器402。

具体地，位移传感器301可以将丝杠当前的位置信息实时发送给比较器401，比较器401比较丝杠当前的位置信息与预设位置信息的大小，并根据比较结果向脉冲信号发生器402发出不同的触发信号。示例性地，比较器401根据比较结果发出不同的触发信号具体可以包下述两种情况：

在一种情况下，当叶尖间隙过大时，当前的位置信息大于预设位置信息，比较器401向脉冲信号发生器402发送第一触发信号，例如高电平信号。脉冲信号发生器402接收到比较器401发送的第一触发信号时，向步进电机101发送第一脉冲信号，以控制步进电机101正向旋转，从而带动丝杠102和隔板103朝向叶片叶尖移动，达到减小叶尖间隙的目的。

在另一种情况下，当叶尖间隙过小时，当前的位置信息小于预设位置信息，比较器401向脉冲信号发生器402发送第二触发信号，例如低电平信号。脉冲信号发生器402接收到比较器401发送的第二触发信号，例如低电平信号时，向步进电机101发送第二脉冲信号，以控制步进电机101逆向旋转，从而带动丝杠102和隔板103远离叶片叶尖移动，达到增大叶尖间隙的目的。

上述预设位置信息可以根据叶尖间隙的大小处在合适的范围内时的丝杠的位置信息来进行设置。由于位移传感器可以实时反馈丝杠的位置信息，只要丝杠当前的位置信息与预设位置信息不同，即对丝杠的位置进行调整，整个执行机构的响应速度快，且控制精度高。

需要说明的是，上面虽然以步进电机正向旋转带动丝杠和隔板朝向叶片叶尖移动、步进电机反向旋转带动丝杠和隔板远离叶片叶尖移动为例对执行机构的具体工作情况进行了说明，但是，本领域技术人员应理解，步进电机也可以在反向旋转时带动丝杠和隔板朝向叶片叶尖移动、在正向旋转带动丝杠和隔板远离叶片叶尖移动，从而达到控制叶尖间隙的大小的目的。

图5为本实用新型主动控制叶尖间隙的***一个实施例的结构示意图。如图5所示，该主动控制叶尖间隙的***500包括：多个上述任意实施例提供的执行机构(例如执行机构100、执行机构300、执行机构400)、以及静子机匣。

在实际应用中，可以针对不同的发动机选择执行机构的个数。多个执行机构分别固定在静子机匣的外壳体上，每个执行机构中的丝杠的另一端穿过静子机匣的内壳体和外壳体与该执行机构中的隔板固定连接。

需要指出的是，由于上述实施例中已经详细地示出了执行机构100、执行机构300、以及执行机构400的构成细节，因此，图5中的执行机构的构成细节、以及执行机构与静子机匣的位置关系和连接关系参见图1、图3和图4即可。

本实施例提供的主动控制叶尖间隙的***，通过多个执行机构可以分别改变不同方向上的叶尖间隙的大小，从而可以实现叶尖间隙的控制。

图6为本实用新型主动控制叶尖间隙的***一个实施例的结构示意图。如图6所示，该主动控制叶尖间隙的***600包括：多个图3所示实施例提供的执行机构300、静子机匣104、与多个执行机构300中的位移传感器301连接的比较器601、以及分别与比较器601和多个执行机构300中的步进电机102连接的脉冲信号发生器602。多个执行机构300分别固定在静子机匣104的外壳体124上，每个执行机构中的丝杠102的另一端穿过静子机匣的内壳体和外壳体与该执行机构中的隔板固定连接。

本实施例中，多个执行机构300中的位移传感器301可以同时将丝杠当前的位置信息实时发送给比较器601，比较器601比较丝杠当前的位置信息与预设位置信息的大小，并根据比较结果向脉冲信号发生器602发出不同的触发信号。比较器601根据比较结果发出不同的触发信号具体可以参见上面两种情况的描述，在此不再赘述。

本实施例与图5所示实施例的区别在于，本实施例是同时对多个执行机构中丝杠的位置进行调节，而图5所示实施例是多个执行机构可以分别调节该执行机构中丝杠的位置。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种主动控制叶尖间隙的执行机构，其特征在于，包括：步进电机、丝杠和隔板；其中，所述丝杠的一端与所述步进电机固定连接，所述丝杠的另一端与所述隔板固定连接； 

所述步进电机能够做旋转运动，以带动所述丝杠移动，所述丝杠移动带动所述隔板朝向或远离叶片叶尖的方向移动。 

2.根据权利要求1所述的执行机构，其特征在于，所述隔板至少包括两层，所述两层中靠近叶片叶尖一侧的一层为易磨材料，靠近所述丝杠一侧的一层为隔热材料。 

3.根据权利要求1所述的执行机构，其特征在于，所述执行机构固定在静子机匣的外壳体上，所述丝杠的另一端穿过所述静子机匣的内壳体和外壳体与所述隔板固定连接。 

4.根据权利要求1所述的执行机构，其特征在于，所述执行机构还包括实时检测所述丝杠位置的位移传感器。 

5.根据权利要求4所述的执行机构，其特征在于，所述丝杠上设置有孔，所述位移传感器通过该孔与所述丝杠固定连接。 

6.根据权利要求4所述的执行机构，其特征在于，所述执行机构还包括：与所述位移传感器连接的比较器、以及分别与所述比较器和所述步进电机连接的脉冲信号发生器。 

7.根据权利要求1所述的执行机构，其特征在于，所述执行机构还包括壳体，所述壳体通过螺钉固定在静子机匣的外壳体上。 

8.根据权利要求1所述的执行机构，其特征在于，所述丝杠的一端通过丝杠螺母与所述步进电机固定连接。 

9.一种主动控制叶尖间隙的***，其特征在于，包括：多个如权利要求1-8任一所述的执行机构以及静子机匣； 

多个所述执行机构分别固定在所述静子机匣的外壳体上，每个所述执行机构中的丝杠的另一端穿过所述静子机匣的内壳体和外壳体与该执行机构中的隔板固定连接。 

10.一种主动控制叶尖间隙的***，其特征在于，包括：多个权利 要求4或5所述的执行机构、静子机匣、与所述执行机构中的位移传感器连接的比较器、以及分别与所述比较器和所述执行机构中的步进电机连接的脉冲信号发生器；多个所述执行机构分别固定在所述静子机匣的外壳体上，每个所述执行机构中的丝杠的另一端穿过所述静子机匣的内壳体和外壳体与该执行机构中的隔板固定连接。