可變幾何形狀透平的製作方法

2023-05-31 21:25:21 1

專利名稱：可變幾何形狀透平的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包含一可位移的透平進氣道側壁的可變幾何形狀透平。
US-5522697描述了一種已知的可變幾何形狀透平，其中殼體內安裝一透平葉輪，繞一預定軸線轉動。在殼體固定壁和側壁之間限定一條通至透平葉輪的進氣道，該側壁可相對於固定壁位移，以控制進氣道寬度。該側壁被支持在平行於葉輪旋轉軸線延伸的一些杆上，這些杆相對於殼體軸向位移，以控制被側壁選用的位置。
這些杆被安裝在殼體外側上的氣動作動器移動，該氣動作動器驅動一活塞。該作動器活塞連接於一個自一根軸上延伸的槓桿，該軸由殼體可旋轉地這樣支承，即槓桿的移動能使軸轉動。有兩間隔臂的軛架安裝在處於殼體內限定的內腔中軸上。軛架的各臂端安裝在相應側壁支承杆的槽內。作動器活塞的位移使該臂擺動，並由於這些臂和側壁支承杆之間的相互接合而沿軸向驅動該側壁。
這種已知的可變幾何形狀透平表現出種種有害的特點。具體地說，氣動作動器通常包含一彈性膜，這種膜尤其在與可變幾何透平相關的溫度、活塞衝程和壓力環境中易於出故障。支承軛架的軸暴露於高溫中，但不能迅速地得到潤滑，從而能使磨損增加。此外，這些槓桿與所述杆的接合具有滑動性質，因此儘管已知在這些組件中包含抗磨材料，例如陶瓷，然而磨損仍然是個問題。最後，在殼體外安裝一氣動作動器，增加了組件的總體尺寸，這在某些應用場合，可能是一個關鍵因素。
本發明的一個目的是消除或減輕一個或多個上面提出的問題。
按照本發明，提供一種可變幾何透平，它包括一殼體；一透平葉輪，安裝成繞殼體內一預定軸線轉動；一個能相對於殼體位移以控制所限定的燃氣進氣道寬度的側壁，該進氣道鄰近處於由側壁限定的第一表面和由殼體限定的第二表面之間的葉輪；和用以控制側壁相對於殼體位移的位移控制裝置，其中殼體限定至少一個構成一個裝有一活塞的氣缸的腔，該側壁由於該活塞的位移而移動，該位移控制裝置包括用以控制所述至少一個腔內的壓力以控制側壁相對於殼體的位置的裝置。
該活塞和氣缸可以是圓環形的。該活塞可由側壁限定，即該活塞可包括一個與側壁接合的圓環形件。
該側壁可被支承在平行於葉輪旋轉軸線延伸的導杆上。藉助於至少一彈簧可將側壁和導杆組件偏離於或偏向於該第二表面。每一導杆可用一個或多個彈簧偏置。這些彈簧可有一可變彈簧率，按燃氣進氣道寬度的變化的彈簧力變化率在側壁達到第二表面時增大。例如，每一導杆可由兩彈簧作用於其上，僅當側壁接近殼體表面時，一個彈簧被壓縮。
現在參照各附圖，通過例子來說明本發明的實施例。


圖1是本發動可變化幾何形狀透平的側壁組件上半部的剖視圖；表示側壁處在燃氣進氣道為最小寬度位置；圖2表示圖1側壁組件的下半部，側壁移到全開位置；圖3和4表示圖1、2中所示側壁支承杆的另一彈簧布置；圖5是圖4彈簧組件特性的簡略表示及在圖4側壁上的燃氣分力和合力；圖6是表示側壁支承杆另一控制組件的剖視圖。
參照圖1和2，所示可變幾何形狀透平包括一個由軸承殼體1構成的殼體；一個用一環形夾3夾緊在一起的透平葉輪殼體2；一個安裝在一軸5上繞一軸線6轉動的透平葉輪4。軸5被支承在軸承殼體1內的軸承上。透平殼體2限定一表面7，表面7面對由側壁9限定的表面8。在各示組件內的側壁9被表示為由較薄的鋼製成的，其橫截面大致為C形，但要理解，側壁9，例如，可以是一個鑄造部件。裝於側壁上的葉片10自表面8凸入在殼體內限定的環形凹口11內。支承葉片的側壁在所示組件中往往稱作噴咀環，但在本文中採用術語「側壁」。
密封環12防止燃氣在進氣道13和腔14之間流動，其中進氣道13被限定在表面7和8之間，而腔14處在遠離葉片10的側壁的一側。這樣，側壁9構成一環形活塞，它被安置在限定腔14的一環形氣缸內。其上裝有側壁9的支承杆15伸進腔14內。在軸承殼體1中形成一進口16，以便能控制腔14內的壓力。在壓力增加時，便將側壁9移向圖1所示的全閉位置，而在減小壓力時，將側壁9移向圖2中所示的全開位置。
這樣，腔14內的壓力被用於控制側壁9的軸向位移。設置一種按照控制程序、根據例如發動機轉速、扭矩及透平壓力和溫度來控制腔14中壓力的裝置(未示)。該壓力控制裝置與進口16連接。
參照圖3，它表示用彈簧將支承杆15安裝在軸承殼體內的一種結構。在相應於處在全開位置上的圖1和2的側壁9的圖3所示結構中，各支承杆經軸承殼體1中的一孔伸入內腔17。空腔17被限定在軸承殼體1跟與軸承殼體1接合的另一殼體部件18之間。內腔17內的壓力被保持在接近大氣壓力。
一壓簧19將杆15向圖3左側偏置，該壓簧被壓縮在軸承殼體1和保持在杆15該端的墊圈20之間。因此，若腔14連通大氣，則杆15會呈現在圖3所示的軸向位置。若腔14內的壓力此後增加，則杆15和側壁9根據所施壓力會向圖3右側位移一距離。
現參照圖4，與圖3中所示部件等同的部件注有相同的標號。然而，在圖4的結構中，可看到與軸線6共軸線的另一壓簧21頂壓一圓形支承環22，後者與圖3結構中的墊圈20起同樣的作用。各支承杆51也穿過軸向壓簧19。因此，將杆14推至圖4左側的力是彈簧19、21施加的壓縮力和由流過進氣道13的燃氣施加在側壁9上的任何軸向力的複合。
彈簧13和21被這樣設置，使施加在杆15上的回歸力隨側壁9的表面接近由透平殼體2限定的表面7而增加。例如，彈簧21在其松馳狀態可有某一長度，使它不反抗環22向圖4右側移動，除非側壁9較接近表面7。業已發現這是一個有利的特點，因為作用在表面8上的進氣道13內的壓力隨著表面8接近表面7而下降，這是由於在這兩表面之間限定的氣隙內的流動狀態所致。
圖5表示彈簧19具有線性彈簧率的圖3結構和彈簧19、21的複合產生非線性彈簧率的圖4結構的差異。在圖5中，這些曲線代表隨著表面7和8(進氣道寬度)之間的距離從最小值23(如圖1中所示全閉)增加到最大值24(如圖2中所示全開)時，作用在包含側壁9部件的組件上的軸向力。
圖5中的曲線25代表由於側壁9表面8上的燃氣分力而使軸向力的變化。可以看到，隨著該進氣道寬度減小，燃氣分力開始以大致線性方式上升，但隨後隨著側壁9接近透平殼體2的表面7而下降。曲線26、27代表由圖3的彈簧19作用的力。曲線28、29代表側壁9上的軸向合力，該合力由於進氣道寬度減小到由虛線30指示的距離之外而減小。因此，對於彈簧19具有線性特點的圖3所示的結構，當進氣道寬度減小到由虛線30代表的極限時，側壁9的軸向位置不安定。具體地說，一當它通過由虛線30代表的位置時，側壁有被迅速移到處於非控狀態的最小寬度位置的傾向。
就圖4的結構而言，當進氣道寬度處在由虛線24和31之間的距離代表的範圍時，彈簧21不起作用，然而，一當該進氣道寬度減小到由虛線31代表的極限時，進氣道寬度的進一步減小壓縮了兩彈簧21和19。結果，複合的彈簧特性如由線段26和32所代表的，而合力由線段28和33代表。因此，彈簧和燃氣分力的合力隨著進氣道寬度減小到由虛線23代表的最小值而連續地增大。從而避免了側壁19的軸向位置的不穩定性。
參照圖6，採用了與圖1至4中相應標號相同的標號。然而，和圖1至4的結構相反，跟腔14和側壁9限定一活塞和氣缸結構不同，各杆15與一環形活塞34連接，該環形活塞這樣支承密封環35，使處在遠離彈簧19的活塞34一側的腔17內的壓力通過控制環34的軸向位置來間接控制杆15的軸向活塞。通過控制一可控空氣進口36內的壓力來控制活塞34兩側的壓差。活塞34彈簧側上的壓力被保持在接近大氣壓力。
就圖6的結構而言，如US 5522697所描述的可設置一些經側壁9通至表面8的孔，從而減小側壁兩側的壓力差。若緊靠該側壁後面的該內腔被用作一控制氣缸，如在圖1至4結構的情況下，則這種結構是不可能的。
在某些情況下，希望將側壁偏置到全閉位置，而不是如在圖1至4和6結構中那樣偏向全開位置。這可以將圖6中所示的彈簧19設置在活塞34左側而不是在右側，並設置可控壓力進口36與內腔17的右側端連通來達到。
還要理解，雖然可移動側壁9被設置在所示結構的軸承殼體1內，然而，通過顛倒相關部件相對於進氣道13的位置，可將該側壁支承在透平殼體2內。這樣，便可相對於固定和可變幾何形狀兩種透平採用通用的軸承殼體來降低成本。
與已知可變幾何形狀透平相比，本發明提供了各種優點。首先，由於無需跟側壁機械接合的作動器，避免了與這種作動器相關聯的一些問題。其次，由於省去了作動器和側壁之間的機械聯接，也避免了可能的磨損點。
權利要求
1.一種可變幾何形狀透平，包括一個殼體；一個安裝在殼體內統一預定軸線旋轉的透平葉輪；一個可相對於殼體移動以控制被限定在由側壁限定的第一表面和由殼體限定的第二表面之間的葉輪鄰近的進氣道寬度的側壁；用以控制側壁相對於殼體位移的位移控制裝置，其中該殼體限定至少一個構成裝有一活塞的一氣缸的腔，該側壁由於活塞的位移而移動，該位移控制裝置包括用以控制所述至少一個腔內的壓力以控制側壁相對於殼體的位置的裝置。
2.按權利要求1所述的可變幾何形狀透平，其特徵在於活塞和氣缸是圓環形的。
3.按權利要求2所述的可變幾何形狀透平，其特徵在於，該活塞由側壁限定，該側壁被直接安置在該內腔內。
4.按權利要求2所述的可變幾何形狀透平，其特徵在於，該活塞包括一個處在該腔內的圓環形件，該圓環形件與所述側壁接合。
5.按上述任一權利要求所述的可變幾何形狀透平，其特徵在於，側壁被支承在平行於葉輪旋轉軸線延伸的導杆上。
6.按權利要求5所述的可變幾何形狀透平，其特徵在於，該導杆由至少一個彈簧偏置於遠離該第二表面。
7.按權利要求6所述的可變幾何形狀透平，其特徵在於，各導杆由至少一個彈簧偏置於遠離該第二表面。
8.按權利要求6或7所述的可變幾何形狀透平，其特徵在於，所述至少一個彈簧具有這樣一種可變彈簧率，使彈簧力隨氣流通道寬度的變化率隨著側壁接近該第二表面而增大。
9.按權利要求8所述的可變幾何形狀透平，其特徵在於，各杆穿過頂壓該殼體和杆的一相應壓簧，設置另一壓簧以頂壓各杆端，所述另一彈簧僅當側壁接近第二表面時才被壓縮。
10.一種如在上文中參照各附圖所述的可變幾何形狀透平。
全文摘要
一種可變幾何形狀透平,其中在殼體內安裝透平葉輪,繞一預定軸線旋轉。一側壁可相對於殼體的一表面移動,以控制被限定在該側壁和殼體表面之間的葉輪鄰近的燃氣進氣道寬度。該側壁被支承在平行於葉輪旋轉軸線延伸的杆上,移動該杆以控制側壁相對於殼體的位移。該殼體限定一個腔,所述杆伸入該腔,因此,限定了一個或多個活塞與氣缸結構。控制該腔內的壓力,以控制活塞的軸向位置,由於活塞的位移,使側壁移動。
文檔編號F01D17/14GK1260026SQ9880609
公開日2000年7月12日 申請日期1998年5月18日 優先權日1997年6月10日
發明者J·帕克 申請人:奧爾塞特工程有限公司