專利名稱：可變面積補(bǔ)償閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)，特別是涉及渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。更具體地說，本發(fā)明涉及在點(diǎn)火后通過渦輪葉片本身來調(diào)節(jié)氣體流量的方法和裝置。
渦輪機(jī)的基本情況是本專業(yè)技術(shù)人員所熟知的。授于本發(fā)明的發(fā)明者且轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利第4863343號(hào)中揭示了一種典型的現(xiàn)有技術(shù)渦輪機(jī)。該專利的全部技術(shù)內(nèi)容在本文中用作參考。
通常的現(xiàn)有技術(shù)渦輪機(jī)在內(nèi)覆環(huán)處使用固定的低節(jié)流流通面積，將空氣供應(yīng)到密封裝置和葉輪腔。然而，在某些設(shè)計(jì)中，定子葉片冷卻所需壓力顯著地高于密封裝置和葉輪腔所需壓力。當(dāng)出現(xiàn)這種情形時(shí)，在葉片上方必須升高壓力，因而該壓力高于葉輪腔流量所需壓力，由此導(dǎo)致過量滲漏。這一變化同時(shí)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，降低的發(fā)動(dòng)機(jī)性能必須接受，或者必須通過減小較大的內(nèi)覆環(huán)，使系統(tǒng)在內(nèi)覆環(huán)處形成額外的補(bǔ)償壓降。但是，在內(nèi)覆環(huán)處增加的節(jié)流應(yīng)適用于標(biāo)定設(shè)計(jì)狀態(tài)的操作。如果為保持葉輪腔允許的低溫所需的葉輪腔流量高于預(yù)期流量，那么就會(huì)發(fā)生問題。如果在組裝好的準(zhǔn)備運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)中出現(xiàn)這種情形，唯一的選擇是在外葉片覆環(huán)處增加壓力，直到獲得足夠的內(nèi)覆氣流和允許的葉輪腔低溫時(shí)為止。結(jié)果，此時(shí)的外覆環(huán)壓力高于葉片冷卻和防止污染所需的壓力，因而除葉輪腔實(shí)際所需外，將從氣壓機(jī)放氣系統(tǒng)自動(dòng)地供應(yīng)一個(gè)可能大的增補(bǔ)的性能補(bǔ)償流量(penalizing flow)。
因此，需要提供一種裝置和方法，通過這種裝置和方法在不危及將空氣供應(yīng)到級(jí)間密封裝置和葉輪腔的較低壓力需要的情況下，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片冷卻所需要的壓力。所以，本發(fā)明的一個(gè)目的是在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)不同的部分內(nèi)可以進(jìn)行壓力補(bǔ)償，本發(fā)明的另一個(gè)目的是使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的壓力分布最佳化，以便獲得最大效率和達(dá)到最大功率。
現(xiàn)在已經(jīng)知道，可以在內(nèi)覆環(huán)處插入一個(gè)可變面積節(jié)流閥以代替原來固定幾何形狀的流通面積，從而減小上述問題并達(dá)到上述目的。本發(fā)明提供一種可變面積的補(bǔ)償閥，其用于改善葉片冷卻所需壓力和將空氣供應(yīng)到級(jí)間密封裝置及葉輪腔的較低壓力需要之間的匹配。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的可變面積補(bǔ)償閥包括具有一個(gè)具有固定的最小流通面積的彈簧加載組件，通過預(yù)先設(shè)定進(jìn)口和殼體或閥體之間的開口的最小尺寸來控制固定的最小流通面積。預(yù)加載彈簧在這個(gè)最小尺寸時(shí)保持上升高度，直到橫跨流通面積的壓降超過某一數(shù)值時(shí)為止。高于這個(gè)臨界壓降，閥升起，引起流通面積增加，從而降低為獲得足以將工作溫度保持在技術(shù)要求范圍內(nèi)的葉輪腔流量所需要的供應(yīng)壓力。
本發(fā)明的附圖如下

圖1是本發(fā)明的可變面積補(bǔ)償閥及其周圍的常用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的剖面圖。
圖2是沿圖1的剖面線A-A所作的剖面圖，說明本發(fā)明的可變面積補(bǔ)償閥的進(jìn)口和末端常用的形狀。
圖3是沿圖2的B-B線所作的剖面圖，說明本發(fā)明的可變面積補(bǔ)償閥節(jié)流面積的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明用于改善氣流冷卻所需壓力和將氣體供應(yīng)到級(jí)間密封裝置及葉輪腔所需的較低壓力之間的匹配。如上所述，在內(nèi)覆環(huán)處固定的低節(jié)流流通面積通常用來將空氣供應(yīng)到密封裝置和葉輪腔。在圖1中說明可變面積補(bǔ)償閥的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，通過在內(nèi)覆環(huán)處插入一個(gè)可變面積節(jié)流閥以代替原來的固定幾何形狀的流通面積，從而使上述問題減至最少。
現(xiàn)在參看圖1，在氣流系統(tǒng)中，例如在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)50內(nèi)形成的氣流系統(tǒng)中，在進(jìn)口52和出口54之間設(shè)置可變面積節(jié)流閥100的優(yōu)選實(shí)施例?？勺兠娣e節(jié)流閥100最好包括連接在進(jìn)口52上的殼體120。殼體120最好具有和出口54相通的殼體通道122?？勺兠娣e節(jié)流閥100還具有與殼體120相連接的可調(diào)內(nèi)部件104，以及一個(gè)環(huán)繞內(nèi)部件104設(shè)置并在其中滑動(dòng)接合的活塞106?；钊?06具有一個(gè)末端106，其設(shè)置在進(jìn)口52與殼體120之間的可變距離(Cmin)處。在優(yōu)選的實(shí)施例中，內(nèi)部件104是帶螺紋的，并與殼體120上的螺紋相擰合。通過旋轉(zhuǎn)內(nèi)部件104，活塞106能夠運(yùn)行的距離得到調(diào)整，從而可以改變可變距離Cmin。彈簧108最好設(shè)置在活塞106和內(nèi)部件104之間，這樣，活塞的末端116被推向阻塞進(jìn)口52的位置。
如圖2所示，殼體120通過一個(gè)或更多的支座110與渦輪機(jī)50相連接。在圖2中還可以看到和進(jìn)口52相通的開口的推薦形狀。在優(yōu)選的實(shí)施例中，活塞106的末端包括一個(gè)凸起的非圓形的凸起部126，用以限定在進(jìn)口52和殼體120之間的通道。如圖所示，距離L1和L2限定這些區(qū)域間的關(guān)系。另外，在圖3中更詳細(xì)表示本發(fā)明這些方面，在圖3中顯示非圓形凸起部126的放大的斷面圖以及它和上述距離Cmin相互間的關(guān)系。
因此，當(dāng)所揭示的閥結(jié)構(gòu)100處于工作中，而且在進(jìn)口52處的壓降達(dá)到預(yù)定值時(shí)，活塞106抵抗彈簧108的偏壓力移動(dòng)，形成更大的面積，也就是說距離Cmin增大，因而壓力降低，流量增大。從圖2中可以看出，具有固定的最小流通面積的彈簧加載閥組件100是通過下述方式被控制的，即，通過局部的支座110預(yù)先設(shè)定最小距離(Cmin)。在最小距離Cmin處預(yù)載彈簧108保持上升高度，直到通過最小距離Cmin產(chǎn)生的穿過流通面積的壓降(P1-P2)超出某一預(yù)定的臨界壓降值時(shí)為止。高于這一臨界壓降，閥100的活塞106上升，引起流通面積增大，從而降低原來為獲得足以將葉輪腔溫度保持在技術(shù)要求范圍內(nèi)的葉輪腔流量所需要的供應(yīng)壓力。
因此，本發(fā)明為燃?xì)鉁u輪機(jī)在覆環(huán)內(nèi)定子葉片處提供一個(gè)可變面積的節(jié)流孔，它提供增補(bǔ)的冷卻氣流，而不相應(yīng)增加供應(yīng)壓力。更一般地說，本說明書公開了一種在氣流系統(tǒng)中設(shè)在進(jìn)口和出口之間的可變面積節(jié)流閥，它包括與進(jìn)口相連接的殼體，殼體具有與出口相通的通道。設(shè)置在進(jìn)口和殼體通道之間的活塞使在進(jìn)口和出口之間的面積，即節(jié)流口可以變化，因而當(dāng)進(jìn)口處的壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，活塞移動(dòng)，形成更大面積，從而降低壓力，增大流量。
雖然上面已經(jīng)詳細(xì)地?cái)⑹隽吮景l(fā)明的某些實(shí)施例，但這些實(shí)施例是描述性的，本發(fā)明并不局限于此。在審閱上面的敘述時(shí)，本專業(yè)的技術(shù)人員可立即對(duì)本文所揭示的構(gòu)思進(jìn)行各種不同的改進(jìn)、變型和修改，而并不脫離本發(fā)明精神。例如，現(xiàn)有多種公知的可變節(jié)流閥，它們可以采用本文公開的構(gòu)思。另一方面，除上面提供的渦輪機(jī)特例外，上文所揭示的可變節(jié)流閥結(jié)構(gòu)可以容易地安裝在其它氣流系統(tǒng)中，因此，為了限定本發(fā)明的全部范圍，應(yīng)參閱附加的權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.在氣流系統(tǒng)中，設(shè)置在進(jìn)口和出口之間的一種可變面積節(jié)流閥，它包括連接在進(jìn)口上的殼體，殼體具有與出口相通的殼體通道；連接在殼體上的可調(diào)內(nèi)部件；環(huán)繞內(nèi)部件設(shè)置的一個(gè)活塞，該活塞具有設(shè)置在進(jìn)口與殼體之間的可變距離處的末端；設(shè)置在活塞和內(nèi)部件之間的一個(gè)彈簧；因此，當(dāng)進(jìn)口處的壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，活塞移動(dòng)，形成更大的面積，從而降低壓力，增大流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變面積節(jié)流閥，其特征在于，內(nèi)部件是帶螺紋的，并與殼體上的螺紋相擰合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變面積節(jié)流閥，其特征在于殼體通過一個(gè)或更多的支座連接在進(jìn)口上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變面積節(jié)流閥，其特征在于活塞的末端有凸起的非圓形凸起部，用于在進(jìn)口與殼體之間限定一個(gè)通道。
5.在氣流系統(tǒng)中，設(shè)置在進(jìn)口和出口之間的一種可變面積節(jié)流閥，它包括連接在進(jìn)口上的殼體，殼體具有與出口相通的殼體通道；設(shè)置在進(jìn)口與殼體通道之間的活塞。因此，當(dāng)進(jìn)口處的壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，活塞移動(dòng)，形成更大的面積，從而降低壓力，增大流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可變面積節(jié)流閥，其特征在于內(nèi)部件是帶螺紋的，并與殼體上的螺紋相擰合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可變面積節(jié)流閥，其特征在于殼體通過一個(gè)或更多的支座連接在進(jìn)口上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可變面積節(jié)流閥，其特征在于活塞的末端有凸起的非圓形凸起部，用于在進(jìn)口與殼體之間限定一個(gè)通道。
9.一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，它包括在定子葉片內(nèi)覆環(huán)處的可變面積節(jié)流閥，用于供應(yīng)增補(bǔ)的冷卻氣流，當(dāng)供應(yīng)增補(bǔ)的冷卻氣流時(shí)，供應(yīng)壓力保持在基本恒定的數(shù)值上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于內(nèi)覆環(huán)包括氣流的進(jìn)口和出口，可變面積節(jié)流閥包括連接在進(jìn)口上的殼體，殼體具有與出口相通的殼體通道；連接在殼體上的可調(diào)內(nèi)部件；環(huán)繞內(nèi)部件設(shè)置的一個(gè)活塞，該活塞具有設(shè)置在進(jìn)口與殼體之間的可變距離處的末端；設(shè)置在活塞和內(nèi)部件之間的一個(gè)彈簧；因此，當(dāng)進(jìn)口處的壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，活塞移動(dòng)，形成更大的面積，從而降低壓力，增大流量。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于可變面積節(jié)流閥的內(nèi)部件是帶螺紋的，并與殼體上的螺紋相擰合。
全文摘要
本發(fā)明所揭示的可變面積節(jié)流閥最好應(yīng)用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上,以便在葉片輪廓冷卻所需壓力和將空氣供應(yīng)到級(jí)間密封裝置和葉輪腔的稍微降低的壓力需要之間提供改進(jìn)的協(xié)調(diào)作用,在優(yōu)選的實(shí)施例中,本發(fā)明的閥包括具有通過在進(jìn)口和殼體或閥體之間開啟的預(yù)定最小面積來控制固定的最小流通面積的彈簧負(fù)載閥組合件,在該最小面積的情況下,預(yù)定負(fù)載彈簧保持上升高度,直到穿過流通面積的壓降超過某一數(shù)值時(shí)為止,上述的這一臨界壓降,閥上升高度引起流通面積增大,從而降低其它必需的供應(yīng)壓力,獲得充足的葉輪腔流量,保持在技術(shù)要求中的溫度。
文檔編號(hào)F01D25/08GK1200164SQ96197690
公開日1998年11月25日 申請(qǐng)日期1996年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月17日
發(fā)明者簡(jiǎn)·皮爾·斯梅德 申請(qǐng)人:西屋電氣公司