高压涡轮主动间隙控制活门的制作方法

本发明属于高压涡轮间隙控制技术领域，具体涉及一种高压涡轮主动间隙控制活门。

背景技术：

发动机涡轮间隙是指发动机涡轮叶片的叶尖与其相邻的外环块之间的距离，由于发动机常年的运转，使得两者之间的间隙值将会发生变化，在发动机快速加、减速的情况下，叶尖间隙的变化较大。

目前航空发动机的高压涡轮间隙对发动机效率即经济性和可靠性影响很大。高压涡轮间隙过大，漏气损失增大，发动机效率降低，供油量增加，使发动机高温，对发动机的寿命有不利影响；高压涡轮间隙过小，在大转速时可能使叶片折断，发动机失效。因此，高压涡轮的间隙大小对发动机高效、安全而可靠的工作至关重要。

现有技术中存在一些关于涡轮间隙修正的方法，根据高压涡轮转子中心在高压转子支点之间的比例位置其中心与高压涡轮外环中心在空间的相对位置矢量，将转子与静子直径关联分析。计算结果更准确并且可以直观的表现出发动机涡轮间隙的周向分布情况。该方法目的是提升航空发动机高压涡轮叶尖间隙的实际分布结果的精度和准确性，可以指导高压涡轮转子的装配工作，合理控制叶尖间隙，起指导作用，不能实现对间隙的有效调节。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种高压涡轮主动间隙控制活门，解决现有技术存在的不能对涡轮间隙有效调节的问题。

为实现上述目的，本发明的高压涡轮主动间隙控制活门包括：

输气管路，所述输气管路包括放气口、五级进气口和九级进气口；

设置在输气管路上靠近五级进气口处的五级活门单元，五级活门单元控制五级进气口开合；

设置在输气管路上靠近九级进气口处的九级活门单元，九级活门单元控制九级进气口开合；

以及动力控制单元，通过所述动力控制单元分别控制五级活门单元和九级活门单元动作。

所述五级活门单元包括：

通过五级支撑结构和输气管路转动配合的五级活门杆，所述五级活门杆和五级进气口轴线垂直设置，五级活门组件通过动力控制单元带动转动；

以及通过五级圆柱销固定在所述五级活门杆上的五级活门组件，五级活门杆转动带动五级活门组件打开或关闭五级进气口。

所述五级支撑结构包括五级左螺帽、五级弹簧、五级自锁螺母、五级调整垫片、五级轴承套、五级轴套、五级垫圈、五级石墨轴承和五级右螺帽；

五级活门杆的两端分别通过五级石墨轴承和输气管路连接，两端部分别设置有五级右螺帽和五级左螺帽，所述五级右螺帽和五级左螺帽分别和所述输气管路连接；五级活门杆一端穿出五级右螺帽和动力控制单元连接；五级左螺帽和左侧的五级石墨轴承之间设置有五级弹簧和五级调整垫片，左侧的五级石墨轴承和五级活门组件之间依次设置有五级轴承套、五级轴套和五级垫圈；通过所述五级自锁螺母固定五级调整垫片、五级轴承套、五级轴套和五级垫圈刚性连接；调整所述五级活门组件相对输气管路对中。

所述九级活门单元包括：

通过九级支撑结构和输气管路转动配合的九级活门杆，所述九级活门杆和九级进气口轴线垂直设置，九级活门组件通过动力控制单元带动转动；

以及通过九级圆柱销固定在所述九级活门杆上的九级活门组件，九级活门杆转动带动九级活门组件打开或关闭九级进气口。

所述九级支撑结构包括九级左螺帽、九级弹簧、九级自锁螺母、九级调整垫片、九级轴承套、九级轴套、九级石墨轴承和九级右螺帽；

九级活门杆的两端分别通过九级石墨轴承和输气管路连接，两端部分别设置有九级右螺帽和九级左螺帽，所述九级右螺帽和九级左螺帽分别和所述输气管路连接；九级活门杆一端穿出九级右螺帽和动力控制单元连接；九级左螺帽和左侧的九级石墨轴承之间设置有九级弹簧和九级调整垫片，左侧的九级石墨轴承和九级活门组件之间依次设置有九级轴承套和九级轴套；通过所述九级自锁螺母固定九级调整垫片、九级轴承套和九级轴套刚性连接；调整所述九级活门组件相对输气管路对中。

所述动力控制单元为液压控制单元，包括：

油路壳体，所述油路壳体内包括两个活塞腔、设置在油路壳体底部和两个活塞腔连通的五级燃油进口和九级燃油进口以及设置在油路壳体底部的回油口和漏油口；

密封设置在油路壳体端部的盖板；

分别和两个活塞腔配合的两个活塞杆，所述活塞杆一端部从盖板伸出，两个活塞杆伸出的端部分别通过一组关节轴承和叉形支架和五级活门单元的五级活门杆及九级活门单元的九级活门杆连接；

分别设置在两个活塞杆另一端的两个弹簧座；

以及分别位于两个所述活塞腔的有杆腔内的两个复位弹簧，两个复位弹簧分别套在两个活塞杆上，一端和弹簧座端面接触。

本发明的有益效果为：本发明由两大部分组成，一部分为气路，一部分为油路；燃油壳体有两个进油口、一个回油口和一个漏油口，使得燃油压力分别作用在两个控制活塞杆上，分布单独控制五级活门单元与九级活门单元的开关。控制活塞杆的行程约25.4mm，两活门从全开到全闭状态转动角度为90°。本发明根据作动筒燃油压力的变化控制五、九级蝶形活门的开关，使得流向高压涡轮机匣的冷却气体有三种状态：只有五级气、只有九级气、五级和九级混合气，因冷却气体对高压涡轮间隙的调节，从而改善发动机工作效率及可靠性。

本发明通过燃油控制高温气体的通断，有效的降低了高温下产品密封设计难度，同时合理的结构布局杜绝了高温气体对燃油部分的影响。将液压力转换为带动活门开、关的机械力。燃油压力通过连杆结构作用在活门上，从而使控制活门在全开、全关两个位置转换，转动角度为90°。进、出口通道以及活门通道的结构形式，既保证适当的流量，又能够与发动机匹配。

附图说明

图1为本发明的高压涡轮主动间隙控制活门整体结构示意图；

图2为本发明的高压涡轮主动间隙控制活门工作原理示意图；

图3为本发明的高压涡轮主动间隙控制活门中动力控制单元结构示意图；

图4为本发明的高压涡轮主动间隙控制活门中五级活门单元结构局部剖视图；

图5为本发明的高压涡轮主动间隙控制活门中九级活门单元结构局部剖视图；

图6为本发明的高压涡轮主动间隙控制活门中五级活门单元结构主视图；

图7为本发明的高压涡轮主动间隙控制活门中五级活门单元结构俯视图；

其中：1、输气管路，101、放气口，102、五级进气口，103、九级进气口，2、五级活门单元，201、五级活门杆，202、五级活门组件，203、五级圆柱销，204、五级左螺帽，205、五级弹簧，206、五级自锁螺母，207、五级调整垫片，208、五级轴承套，209、五级轴套，210、五级垫圈，211、五级石墨轴承，212、五级右螺帽，3、九级活门单元，301、九级活门杆，302、九级活门组件，303、九级圆柱销，304、九级左螺帽，305、九级弹簧，306、九级自锁螺母，307、九级调整垫片，308、九级轴承套，309、九级轴套，310、九级石墨轴承，311、九级右螺帽，4、动力控制单元，401、油路壳体，402、活塞腔，403、五级燃油进口，404、九级燃油进口，405、回油口，406、漏油口，407、盖板，408、活塞杆，409、弹簧座，410、复位弹簧，5、关节轴承，6、叉形支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1-2，本发明的高压涡轮主动间隙控制活门包括：

输气管路1，所述输气管路1包括放气口101、五级进气口102和九级进气口103；放气口101，五级进气口102，九级进气口103应满足内部结构布局、流量、安装需求，此处，放气口101为水平时，五级进气口102与放气口101轴线在同一平面上，五级进气口102的进气方向与放气口101的放气方向成85°角，九级进气口103与放气口101轴线在同一平面上，九级进气口103的进气方向与放气口101的放气方向成90°角；所述放气口101和发动机高压涡轮间隙位置连通，五级进气口102和五级气源连通，九级进气口103和九级气源连通，所述的五级气源为压气机五级供气，九级气源为压气机九级供气；

设置在输气管路1上靠近五级进气口102处的五级活门单元2，五级活门单元2控制五级进气口102开合；

设置在输气管路1上靠近九级进气口103处的九级活门单元3，九级活门单元3控制九级进气口103开合；

以及动力控制单元4，通过所述动力控制单元4分别控制五级活门单元2和九级活门单元3动作。

参见附图4，所述五级活门单元2包括：

通过五级支撑结构和输气管路1转动配合的五级活门杆201，所述五级活门杆201和五级进气口102轴线垂直设置，五级活门组件202通过动力控制单元4带动转动；

以及通过五级圆柱销203固定在所述五级活门杆201上的五级活门组件202，五级活门杆201转动带动五级活门组件202打开或关闭五级进气口102。

所述五级支撑结构包括五级左螺帽204、五级弹簧205、五级自锁螺母206、五级调整垫片207、五级轴承套208、五级轴套209、五级垫圈210、五级石墨轴承211和五级右螺帽212；

五级活门杆201的两端分别通过五级石墨轴承211和输气管路1连接，两端部分别设置有五级右螺帽212和五级左螺帽204，所述五级右螺帽212和五级左螺帽204分别和所述输气管路1连接；五级活门杆201一端穿出五级右螺帽212和动力控制单元4连接；五级左螺帽204和左侧的五级石墨轴承211之间设置有五级弹簧205和五级调整垫片207，左侧的五级石墨轴承211和五级活门组件202之间依次设置有五级轴承套208、五级轴套209和五级垫圈210；通过所述五级自锁螺母206固定五级调整垫片207、五级轴承套208、五级轴套209和五级垫圈210刚性连接；调整所述五级活门组件202相对输气管路1对中。

五级石墨轴承211左右各一个，起密封和支撑作用，五级调整垫片207使五级活门组件202中心线与输气管路1中心线对中。五级弹簧205一端和五级左螺帽204接触，起调节对中作用。

输气管路1与五级活门组件202配合部位为先收缩后扩张的结构，实现气流的加速，提供压比在1.8到3.0之间的供气。

参见附图5，所述九级活门单元3包括：

通过九级支撑结构和输气管路1转动配合的九级活门杆301，所述九级活门杆301和九级进气口103轴线垂直设置，九级活门组件302通过动力控制单元4带动转动；

以及通过九级圆柱销303固定在所述九级活门杆301上的九级活门组件302，九级活门杆301转动带动九级活门组件302打开或关闭九级进气口103。

所述九级支撑结构包括九级左螺帽304、九级弹簧305、九级自锁螺母306、九级调整垫片307、九级轴承套308、九级轴套309、九级石墨轴承310和九级右螺帽311；

九级活门杆301的两端分别通过九级石墨轴承310和输气管路1连接，两端部分别设置有九级右螺帽311和九级左螺帽304，所述九级右螺帽311和九级左螺帽304分别和所述输气管路1连接；九级活门杆301一端穿出九级右螺帽311和动力控制单元4连接；九级左螺帽304和左侧的九级石墨轴承310之间设置有九级弹簧305和九级调整垫片307，左侧的九级石墨轴承310和九级活门组件302之间依次设置有九级轴承套308和九级轴套309；通过所述九级自锁螺母307固定九级调整垫片307、九级轴承套308和九级轴套309刚性连接；调整所述九级活门组件302相对输气管路1对中。

九级石墨轴承310左右各一个，起密封和支撑作用，九级调整垫片307使九级活门组件302中心线与输气管路1中心线对中。九级弹簧305一端和九级左螺帽304接触，起调节对中作用。

输气管路1与九级活门组件302配合部位为先收缩后扩张的结构，实现气流的加速，提供压比在1.8到3.0之间的供气。

参见附图3，所述动力控制单元4为液压控制单元，包括：

油路壳体401，所述油路壳体401内包括两个活塞腔402、设置在油路壳体401底部和两个活塞腔402连通的五级燃油进口403和九级燃油进口404以及设置在油路壳体401底部的回油口405和漏油口406；

密封设置在油路壳体401端部的盖板407；

分别和两个活塞腔402配合的两个活塞杆408，所述活塞杆408一端部从盖板407伸出，两个活塞杆408伸出的端部分别通过一组关节轴承5和叉形支架6和五级活门单元2的五级活门杆201及九级活门单元3的九级活门杆301连接；

分别设置在两个活塞杆408另一端的两个弹簧座409；

以及分别位于两个所述活塞腔402的有杆腔内的两个复位弹簧410，两个复位弹簧410分别套在两个活塞杆408上，一端和弹簧座409端面接触。

活塞杆408和盖板407接触配合面设置有密封环和密封圈实现密封，盖板407和油路壳体401连接配合处设置有密封圈，活塞杆408上的活塞和活塞腔402接触配合处设置有密封环和密封圈。

参见附图6-7，通过十二角头螺栓连接固定输气管路1和油路壳体401，实现气路和油路的结构集成；活塞杆408与杆端关节轴承5、叉形支架6、五级活门杆201为刚性连接；五级活门组件202装配于壳体内部五级活门杆201上，通过圆柱销与五级活门杆201固定，实现五级活门组件202与活门杆的随动。当活塞杆408右侧为高压油、左侧为低压油时，活塞杆408在燃油压差的作用下克服复位弹簧410力向左直线移动，通过杆端关节轴承5实现变向和力的传递，转换为叉形支架6沿五级活门杆201的顺时针圆周运行，从而实现五级活门组件202的打开；当活塞杆408右侧为低压油、左侧为高压油时，活塞杆408在燃油压差和弹簧力的共同作用下向右直线移动，杆端关节轴承5右移，带动叉形支架6完成沿五级活门杆201的逆时针圆周运动，从而实现五级活门组件202的关闭，上述过程实现了产品将燃油液压力转换为带动活门开、关的机械力。

产品每个活门的控制状态分为全开和全闭两种状态，五级活门对应的活塞杆408组件伸出时五级活门组件202打开；九级活门对应的活塞杆408伸出时九级活门组件302关闭。