本发明涉及一种涡轮发动机，特别是涉及一种涡轮发动机的主动间隙控制结构。
背景技术：
在涡轮发动机(包括涡轮航空发动机和涡轮燃气轮机)的燃烧室中，来自压气机的高压气流与喷入的燃料混合燃烧，将燃料的化学能转化为热能。高温高压的燃气随后推动涡轮做功，又将热能转化为动能。在发动机的启停过程中，由于气体温度的变化会导致涡轮以及涡轮机匣产生热变形。涡轮机匣的壁厚远小于涡轮的直径，这会导致两种零件达到热变形稳定状态所需的时间很不一致。在变形过程中，较大的涡轮叶尖间隙会使燃气产生泄露，影响发动机的效率；而涡轮叶尖间隙过小，在发动机状态快速改变时会导致叶尖与涡轮外环发生碰磨。
来自压气机的高压气流除了一部分进入火焰筒参与燃烧外，另一部分包裹在火焰筒的外壁达到对火焰筒进行冷却的目的。之后，部分冷气会通过机匣气孔，然后进入涡轮，对涡轮机匣和涡轮叶片进行冷却。这样，机匣气孔的尺寸直接决定了进入涡轮的冷空气量。这对机匣气孔的加工提出了较高的要求，精度要求高、增加了加工成本。同时意味着，一旦机匣气孔的尺寸确定，进入涡轮的冷空气量也是确定的，不可调节，造成发动机的效率及可靠性降低。本发明的主动间隙控制技术可以控制涡轮叶尖间隙的变化，从而降低发动机耗油率、提高可靠性和延长使用寿命。主动间隙控制的关键技术在于通过引气量或引气温度等参数调整涡轮机匣温度分布，以控制涡轮机匣及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。
技术实现要素：
基于此，本发明要解决的技术问题是提供一种在不改变涡轮机匣气孔尺寸的条件下，能够调节通过涡轮机匣气孔的冷空气量，主动控制叶尖间隙的主动间隙控制结构。
一种涡轮发动机的主动间隙控制结构，包括火焰筒和涡轮机匣，涡轮机匣内设置涡轮叶片，所述火焰筒的外壁与涡轮机匣之间设置有气流控制件，所述气流控制件与所述涡轮机匣间隙设置形成进气通道，所述气流控制件受温度影响能够产生形变进而调节所述进气通道的进气口大小；与涡轮叶片相对的涡轮机匣上开设气孔，所述气孔与所述进气通道连通，形成气流通道，冷却气流能够通过所述气流通道流向所述涡轮叶片。
在其中一个实施例中，所述气流控制件包括相连接的连接部和第一环壁，所述连接部与所述火焰筒靠近出口端的外壁连接，所述第一环壁沿着所述涡轮机匣设置，并向与所述火焰筒的出口端相反的方向延伸，所述第一环壁与所述涡轮机匣之间形成进气通道；所述第一环壁受温度影响后，能够产生形变靠近或远离所述涡轮机匣，进而调节所述进气通道的进气口大小。
在其中一个实施例中，所述连接部包括第二环壁和弯曲部，所述第二环壁一端与所述火焰筒的外壁连接，所述第二环壁另一端通过弯曲部与所述第一环壁连接。
在其中一个实施例中，所述第二环壁与所述火焰筒的外壁可拆卸地连接。
在其中一个实施例中，所述火焰筒的外壁上设置有卡接部，所述第二环壁的一端插入所述卡接部卡接。
在其中一个实施例中，所述火焰筒的外壁上设置支撑环板，所述支撑环板与火焰筒的外壁形成所述卡接部，所述第二环壁一端插入支撑环板与火焰筒的外壁之间。
在其中一个实施例中，所述气流控制件为一体成型。
在其中一个实施例中，所述气孔沿所述涡轮机匣周向设置有至少两排。
上述主动间隙控制结构是利用气流控制件的设计，使流经火焰筒外壁的高压气流(冷空气)形成分流。经过计算得知，不同温度下气流控制件的刚度会发生改变。这样，根据热胀冷缩原理，燃气温度的改变会使得气流控制件与涡轮机匣之间的进气通道的进气口大小改变，从而对进入气孔中的气体量进行自主调节，从而在不改变涡轮机匣的气孔尺寸的条件下，调节通过涡轮机匣气孔的冷空气量，达到调整涡轮机匣温度分布，控制涡轮机匣和涡轮叶片的径向热膨胀位移，从而控制叶尖间隙的目的。实现了涡轮机匣与涡轮叶尖间隙的主动控制，极大地提升了发动机的效率和发动机的可靠性，延长了发动机的使用寿命。
附图说明
图1为本发明主动间隙控制结构的结构示意图；
图2为本发明主动间隙控制结构的气流通道示意图；
附图标记说明：
火焰筒的外壁100；
涡轮机匣200；气孔210；
涡轮叶片300；
气流控制件400；第一环壁410；第二环壁420；弯曲部430；
支撑环板500。
具体实施方式
以下将结合说明书附图对本发明的具体实施方案进行详细阐述，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1，本发明一个实施例中的涡轮发动机的主动间隙控制结构，包括火焰筒和涡轮机匣200，火焰筒的外壁100与涡轮机匣200之间间隔设置，能够使来自压气机的高压气流(冷空气)通过冷却火焰筒的外壁100。涡轮机匣200内设置涡轮叶片300。火焰筒的外壁100与涡轮机匣200之间设置有气流控制件400，气流控制件400与涡轮机匣200间隙设置形成进气通道，气流控制件400受温度影响能够产生形变进而调节进气通道的进气口大小。与涡轮叶片300相对的涡轮机匣200上开设气孔210，气孔210与进气通道连通，形成气流通道，冷却气流能够通过气流通道流向涡轮叶片300。
上述主动间隙控制结构是利用气流控制件400的设计，使流经火焰筒的外壁100的高压气流(冷空气)形成分流。经过计算得知，不同温度下气流控制件400的刚度会发生改变。因此，燃气温度的改变时，根据热胀冷缩原理，会使得气流控制件400与涡轮机匣200之间进气通道的进气口随温度变化而改变，实现自主调节进气量。从而在不改变涡轮机匣200的气孔210尺寸的条件下，调节通过涡轮机匣气孔210的冷空气量，达到调整涡轮机匣200温度分布，控制涡轮机匣200和涡轮叶片300的径向热膨胀位移，从而控制叶尖间隙的目的。实现了涡轮机匣200与涡轮叶尖间隙的主动控制，极大地提升了发动机的效率和发动机的可靠性，延长了发动机的使用寿命。
具体地，气流控制件400包括相连接的连接部和第一环壁410，连接部与火焰筒靠近出口端的外壁连接，第一环壁410沿涡轮机匣200、向与火焰筒的出口端相反的方向延伸，第一环壁410与涡轮机匣200之间形成进气通道。第一环壁410受温度影响后，能够产生形变靠近或远离涡轮机匣200，进而调节进气通道的进气口大小，调节气流通道的进气量。由于第一环壁410为薄壁件，第一环壁410靠近火焰筒的一侧表面流经冷空气，燃气温度的改变时第一环壁410的温度也随之改变，根据热胀冷缩原理，会使得第一环壁410与涡轮机匣200之间形成的进气通道的进气口大小随温度变化而改变，从而能够进行自主调节进气量。
进一步地，连接部包括第二环壁420和弯曲部430，第二环壁420一端与火焰筒的外壁连接，第二环壁420另一端通过弯曲部430与第一环壁410连接。第二环壁420、弯曲部430和第一环壁410连接为一个整体，其截面为朝向高压气流进入方向开口的弯曲弧形，可以为一体成型，也可以第二环壁420与弯曲部430一体成型，第一环壁410与弯曲部430焊接形成。第一环壁410与弯曲部430连接之处的截面可以为弧线形或折线形，根据第一环壁的材料不同，根据计算选择合适的形状，以保证第一环壁受温度影响时，改变与涡轮机匣之间的空隙大小。
再进一步地，第二环壁420与火焰筒的外壁可拆卸地连接。
具体地，火焰筒的外壁上设置有卡接部，第二环壁420的一端插入卡接部卡接。其中，火焰筒的外壁100上设置支撑环板500，支撑环板与火焰筒的外壁100形成卡接部，第二环壁420一端插入支撑环板500与火焰筒的外壁100之间。气流控制件400的第二环壁420通过支撑环板500卡紧在火焰筒的外壁100上，实现了安装。在加工时无需在火焰筒的外壁100开定位孔，极大地简化了火焰筒的加工工艺和流程，节约了成本。
根据高压气流的温度等参数设置涡轮机匣的气孔210的数量，可选地，气孔210沿涡轮机匣周向设置至少有两排。
上述主动间隙控制结构的工作原理如下，其中空心箭头为压气机出口气流，实心箭头为燃烧室出口气流：
来自压气机出口的高压气流充满了火焰筒的外壁100与涡轮机匣200形成的空腔中。
一部分高压气流进入火焰筒参与燃烧，形成的高温高压气流从燃烧室出口流出，随后推动燃气涡轮做功。
另一部分没有进入火焰筒的高压气流被火焰筒气流控制件400的第一环壁410分流，通过气流通道流向涡轮叶片300。如图2所示，气流通过气流控制件400的第一环壁410和涡轮机匣200形成的进气通道，随后，气流通过涡轮机匣200上的气孔210，进而冷却涡轮叶片300。
在发动机温度上升阶段，由于气流控制件400的第一环壁410是薄壁件，受热变形后其一端远离涡轮机匣张开，气流控制件400的第一环壁410和涡轮机匣200之间的间隙变大，即进气口变大，使得通过涡轮机匣气孔210的冷却空气变多。这样，可以降低涡轮机匣200的温升速率，减小涡轮机匣200的热变形速率，控制涡轮机匣200与涡轮叶尖间隙变大。
在发动机温度下降阶段，气流控制件400的第一环壁410和涡轮机匣200之间的间隙随着温降而减小，即进气口变小，使得通过涡轮机匣气孔210的冷却空气变少。这样，可以降低涡轮机匣200的温降速率，减小涡轮机匣200的收缩速率，防止涡轮机匣200与涡轮叶尖间隙过小。
采用上述主动间隙控制结构的涡轮发动机，实现了涡轮机壳与涡轮叶尖间隙的主动控制，极大地提升了发动机的效率和发动机的可靠性，延长了发动机的使用寿命。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。