专利名称：可变扩散器的制作方法
技术领域：
本实用新型一般地说是涉及那些应用叶轮机和压缩机(例如螺旋桨和涡轮)的发动机和泵，更具体地说是涉及那些常与这些机构配合使用的扩散器，但不提供叶轮叶片和涡轮叶片的安装基座。
涡轮喷气发动机和涡轮泵按传统观念是将扩散器用于压缩机和叶轮机以及涡轮机的尾部，在前一种情况，扩散器必须在燃料进入发动机之前将压缩流体(空气)的分子进行扩散；在后一种情况，通常是当排气通过涡轮输出级后，扩散排出的气体。
尽管存在着扩散器的扩散作用，但由所设计的扩散器仍可达到相当大的压缩作用(在液体蒸气发动机的情况下，对流体的节流作用)，以使前端或上游端通过相互配合的几何形状与进气口和燃烧室表面相互配合耒限制工作流体的通过。这样，如果工作流体是气态的，当工作流体通过压缩机进气管的前部和经涡轮排出之前受到压缩。实际上发动机的这些压缩部分通常具有固定的形状，很少考虑为工作的可变性作优化设计。
在现有技术中，除上述一般性的说明之外，绝大部分是试图通过重新修整进气道表面或移动塞子、前锥体或者使发动机的某些指数前后的一小段形成最大值，以改变冲压和涡轮喷气发动机的进气流特性。在压缩机前部的一些装置，它们所能完成的功能本文将不作说明。我认为较为新颖的是我的这项发明，它是在一台发动机或泵组中将叶轮、压缩机和涡轮与一个可移动的扩散器结合在一起的一种设计。从详尽的文献研究和查阅了大量的专利资料得知这种组合过去即未提出过也未试作过。
除了个别想通过改变发动机内表面或建议采用一个移动塞(对于冲压式喷气发动机)耒达到压缩与扩散特性相结合之外，并没有文章提示过或出现单一的涡轮喷气发动机或涡轮泵装置。这多半是由下述事实得出的在涡轮设计的各种情形中，压缩机、叶轮机、涡轮机等的叶片均安装在一个机体上，机体之相当大的一部分用作与发动机的内收缩表面相配合的压缩或限制工作特性。
已经指出，本领域完全缺乏已有技术和发明，所以本实用新型的主要目的是要提供一种能起到可移动式叶轮和压缩机扩散器功能的喷气发动机部件；本实用新型的另一个目的是要提供一种叶轮和压缩机－－扩散器的设计，它能与装有叶片的机构，如典型的涡轮、泵的叶轮、压缩机等一起工作；本实用新型的再一个目的是要提供一种装置，它能沿着涡轮轴很容易地前后移动压缩机扩散器。
我设计了一种叶轮——扩散器部件，该部件已用于我的专利液体蒸汽自由涡轮发动机(专利号为4，578，943)。该装置的最佳实施例是包括一个轴腔体，该腔体的周围装有多枚叶片。一位精通这项技术的专家认为这种装置也可用到涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的吸气式发动机中去。下文将讨论叶轮和压缩机——扩散器与螺旋浆机构结合使用和液态工作流体环境问题。应该懂得，与此类似对吸气式涡轮喷气发动机也是部分地或全部适用。在较早的著作中，人们对于绝大部分吸气式喷气推进发动机都设想有个液体或水的模拟系统(请阅“State of the ArtPropulsion”by Victor de Biasi Space／Aeronautics，Jan.1960)。对于这一特殊应用，一般的变换也是同样适用的。
本实用新型的目的和优点本文已作了阐述，已很明显，或者通过阅读本实用新型的实施例即可知晓。
扩散器的几何形状包括一个所需形状的外壳。实际上，多枚螺旋桨安装在涡轮喷气发动机或泵的主轴的周围，扩散器外壳绕主轴安装围住靠近螺旋桨根部的桨叶并开缝，以便轴转动时，外壳能前后运动并自由地通过螺旋桨根部。牵动马达作为机器内部的设备安装在外壳内与主轴啮合，并使叶轮扩散器外壳前后运动，同时使扩散器外壳紧随轴和螺旋桨转动。我所采用的是“随动”式缝盖，这些缝盖与螺旋桨根部滑动接触，并在凸边里面移向叶轮——扩散器壳体，而同时使缝闭合。这样做的目的是为了消除气穴。如果工作时缝不闭合，就可能出现气穴。叶轮扩散器内部除了螺旋桨根部通过所需的空间外，其余部分基本上是填满的。这样，在最佳液体蒸汽发动机实施例中就防止了工作液体不平衡的充满叶轮扩散器外壳和随之引起的轴的不平衡现象。
应该懂得上面的一般性叙述及下面的详细说明同样是示范和解释本实用新型，并不限制或约束对它所作的试验工作。因为本实用新型特别适用于液体蒸汽涡轮发动机，所以本文不断地谈到本实用新型的实际而有用的实施例的使用。说明书附图表示最佳实施例，用于解释本实用新型的工作原理，不可看作是对本实用新型的限制。
图1是安装在涡轮喷气发动机前面和后面的可变叶轮——扩散器的横剖侧视图；图2是叶轮——扩散器的局部横剖正视图；图3是螺旋桨根部和缝盖机构的侧剖视图4是扩散器缝盖机构的底视图；图5是在螺旋桨根部后面安装在导向凸边上的缝盖的前视／后视图。
图1是安装在涡轮喷气发动机或涡轮泵的前面或后面的可变叶轮——扩散器(或涡轮——扩散器)横剖视图。
发动机壳体10包围整个系统，该系统安装在涡轮中心轴12上。该涡轮轴能在轴承14中自由转动(后轴承未示出)。压缩机级的螺旋桨16以及涡轮机的螺旋桨18分别用螺旋桨基座20和22牢固地固定在涡轮轴上。前扩散器壳体24和后扩散器壳体26是可动的安装在该轴上，其位置正好使其前部罩住螺旋桨叶片，它们的牵动机构28、30分别与牵动螺纹32、34相啮合。当涡轮轴转动时，牢固地安装其上的螺旋桨16、18直接与扩散器壳体接触时，就带动所述壳体按此方向旋转。当这些壳体前后移动时，分别通过与轴牵动螺纹32相啮合的牵动机构28和30的作用，这些壳体就能罩住或露出大部分螺旋桨叶片。当螺旋桨叶片表面通过扩散器条缝40时，缝盖38位于前缘的前面，同时又位于螺旋桨叶片后缘的后面。26是后扩散器壳体的表面。
上述工作的效果是有选择地使扩散器外壳相对固定螺旋桨叶片移动，以使所选择的叶片面积暴露于发动机工作流体中。例如向后移动前扩散器外壳，即可暴露可用叶片面积直至最大值。这就使得由涡轮部分产生的输出扭矩可以驱动叶轮部分并对液流提供最大的推力(或对气流进行压缩。同样向前移动扩散器外壳压缩力和推力就减小。涡轮部分后扩散器外壳的类似运动也可得到同样的现象。
图2是叶轮扩散器局部横剖正视图，可视作典型的压缩机或叶轮前级。在发动机壳体10内，前扩散器外壳24是安装在涡轮轴12上。在左侧视图中，可以清楚地看出被罩住的螺旋桨叶片16从扩散器缝40中伸出。应当指出，从正视图看，假如扩散器外壳不能阻挡螺旋桨叶片伸出的话，螺旋桨叶片16就会将其表面积暴露出相当大的部分。既使不如此加以防护，螺旋桨叶片根部区16′也很少成为工作流体的工作表面。为了清楚起见，缝盖38图中未绘出。
参阅图3，图中绘出了典型的螺旋桨根部及其有关的缝盖机构的侧视图。当螺旋桨根部16通过扩散器外壳24的条缝40而移动时(实际上螺旋桨叶片保持固定不动，扩散器外壳移动)、缝盖38也被推动沿与螺旋桨根部相同的方向作相应的移动。随动盖在同一方向上也受到弹簧机构的推动(未示出，但在技术上是公知的)，该弹簧机构位于缝盖机构之中，前缝盖和后缝盖(取决于螺旋桨“运动”的方向)按同一方式固定并实现机械化，因为它们执行的是相同功能。如同公知技术一样，缝盖是一块单个部件，其中心有一个定位孔。螺旋桨根部的安装方式是向下穿过缝盖中心孔并插入相应的基座20、22，这样就可省去位移弹簧机构，而缝盖照样可以实现上述功能。这种方法在下文中称作“根拖动”。
不论是叶轮部件还是涡轮部件所有螺旋桨的安装方法都是相同的。图4所示是从螺旋桨叶片根部向外看的缝盖机构的局部剖视图本图最显著的特征是螺旋桨根部16′从扩散器缝40的下面从里向外伸出。在缝开口40的两侧是凸边42，凸边横剖面的形状是浅“S”形。缝盖38加工成与螺旋桨根部16′成紧配合。
图5是图4机构中的A－A横剖视图，它是在螺旋桨根部16′后面、位于导向凸边42上的缝盖的前视或后视图。在这幅图中，导向凸边42的浅“S”形结构是很容易看出的。在工作时，螺旋桨根部16′保持不动，而扩散器外壳24则直接向纸面内或向纸面外运动(为说明问题起见)，缝盖38或者看上去是由移动的螺旋桨根部推动，或者是用上述任意一种技术(即位移弹簧或根拖动法)推动跟随螺旋桨根部移动。
根据螺旋桨叶片根部的长度及其横断面或曲率的变化，扩散器缝40由于它在其工作位置上耒回移动，所以缝40不得不略有弯曲(弧形)使扩散器外壳稍许转动。但是，对于大多数目前可以预见的用途而言，扩散器的条缝最好制成近似矩形的几何形状。
进行适当的实践后，可以对本实用新型作上述的以及许多其它变形或改进。因此，本实用新型就其广泛性而言不限于本文所示的和所描述的特定的实施例，在本实用新型权利要求的范围可进行各种改进。
权利要求1.一种与传统的涡轮喷气发动机(或涡轮泵)部件相结合的用于叶轮机的涡轮机的扩散器，其特征在于包括一个可移动安装的、包围叶轮或涡轮叶片靠近其根部区域的基本为卵形的外壳；用于调整所述外壳相对于所述发动机和所述叶片的各进气口或排气口的位置、保持所述外壳可变地对准所述涡轮喷气发动机的进气口、燃烧室和排气表面并与之配合的定位装置，以及，用于使所述外壳沿所述进气口和排气口之间的工作流体主流轴线移动的原动装置，借此，在沿流动轴线的某些点，卵形外壳程序不同地包围所述叶片的根部区域，这样相对暴露出来的铀工作流体相接触的叶片部分较少或较多。
2.根据权利要求1所述的扩散器，其特征在于用于调整所述外壳的定位装置包括涡轮喷气发动机的主轴。
3.根据权利要求2所述的扩散器，其特征在于用于使所述外壳移动的原动装置是随着所述主轴上的螺纹旋转的齿轮拖动装置。
专利摘要一个装有并与涡轮喷气发动机传统部件相结合的可移动的卵形壳体，它具有涡轮喷气发动机所具有的压缩机和扩散器的形状特性。本发明的目的在于取代用于涡轮喷气发动机压缩机和涡轮级的传统的扩散器，与发明人所研制的液体蒸汽发动机一起使用时，可移动的扩散器外壳与叶轮和涡轮螺旋桨叶片配合工作，可提供范围较宽的可供选择的工作参数，例如进气口流速、压缩室内的压力和排气速度等。
文档编号F02C7/04GK2033059SQ8820196
公开日1989年2月22日 申请日期1988年2月2日 优先权日1988年2月2日
发明者丹尼尔·C·斯坎皮尼 申请人:丹尼尔·C·斯坎皮尼