燃气轮机叶片顶部间隙调节单元、系统及燃气轮机的制作方法

1.本发明涉及一种燃气轮机，具体而言，涉及一种燃气轮机叶片顶部间隙调节单元、系统及燃气轮机。

背景技术：

2.燃气轮机的结构设计中，透平护环直接是通过透平持环上的钩槽和周向定位销来固定，动叶片是直接固定在转子上。透平护环和动叶叶片之间形成了转静子间的间隙，一般通过加工时磨削动叶叶顶来保证设计间隙，防止动叶叶片和透平护环之间产生摩擦。此外，为防止瞬态情况下可能发生的碰磨，一般在间隙设计时会增大此处的叶片顶部间隙。多余的叶片顶部间隙增加了动叶叶顶的泄漏损失，降低了整机的效率。基于此，在现有技术中常采用各种方法在燃气轮机运行时对叶片顶部间隙进行调整，但可靠性都不高。
3.专利cn204436483u中公开了一种涡轮叶尖间隙主动控制机构，通过摇臂和螺栓结构改变叶尖间隙。如图1所示，作动环1-4做旋转运动，带动摇臂1-7，摇臂1-7带动进给螺栓1-2产生进给运动，以保障涡轮叶尖间隙处于合适的范围内。该专利结构简单，可靠性差，不仅螺栓纹路容易损坏，导致使用寿命较短，且无法进行间隙的自动调整，难以保证调整的精确性。
4.专利cn105840549a中公开了一种压气机叶顶间隙自动调节机构，如图2所示，通过电机4驱动蜗轮蜗杆传动机构3移动，进而拖动滑环34带动波纹型内机匣2移动，调节压气机叶顶间隙。该发明采用的蜗轮蜗杆机构的传动效率低，结构较为复杂，且同样容易磨损，可靠性不高。
5.鉴于以上技术问题，特推出本发明。

技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种燃气轮机叶片顶部间隙调节单元、系统及燃气轮机，以解决现有技术中在燃气轮机运行时进行间隙调整方法可靠性低的难题。
7.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种燃气轮机叶片顶部间隙调节单元，包括叶片，持环，护环，以及间隙调节结构，护环和持环沿叶片的径向分布，护环靠近叶片，并与叶片的顶部之间形成流道间隙，护环与持环之间可活动连接，间隙调节结构带动护环相对于持环移动，以改变流道间隙的尺寸。
8.进一步的，持环设有滑槽，护环与持环通过滑槽连接，间隙调节结构带动护环在滑槽中移动。
9.进一步的，滑槽的延伸方向与燃气轮机的轴向平行，间隙调节结构带动护环沿燃气轮机的轴向移动，以改变流道间隙的尺寸。
10.进一步的，护环包括圆锥面，圆锥面与燃气轮机的轴向呈第一倾斜角度，圆锥面靠近叶片顶部，与叶片顶部的端面形成流道间隙。
11.进一步的，叶片顶部的端面与燃气轮机的轴向呈第二倾斜角度，第二倾斜角度与
第一倾斜角度相同。
12.进一步的，间隙调节结构包括连杆，连杆包括第一杆和第二杆，第二杆的轴线偏离第一杆的轴线。
13.进一步的，第二杆与护环活动连接，第一杆沿其轴线转动带动第二杆偏心转动，第二杆偏心转动带动护环沿滑槽移动。
14.进一步的，护环设有凹槽，第二杆插设在凹槽中，并且第二杆可在凹槽中偏心转动。
15.进一步的，持环包括通孔，第一杆的一端套设在通孔中，第一杆相对持环转动。
16.进一步的，间隙调节结构还包括摇臂，摇臂连接第一杆的另一端，摇臂以第一杆的轴线为中心转动，带动第一杆转动。
17.进一步的，间隙调节结构还包括驱动部，驱动部转动带动摇臂转动。
18.进一步的，间隙调节结构还包括驱动杆，驱动杆一端连接驱动部，驱动杆的另一端连接摇臂，驱动杆将驱动部的转动转化为摇臂的转动。
19.进一步的，驱动部为周向驱动环，驱动部在外部液压驱动下沿燃气轮机的轴线转动，通过驱动杆带动摇臂转动。
20.进一步的，叶片顶部间隙调节单元还包括缸体，间隙调节结构设置在缸体内部。
21.进一步的，驱动部与缸体之间通过滚轮支撑。
22.进一步的，通孔与第一杆之间设有轴承。
23.进一步的，驱动杆分别与驱动部和摇臂通过关节轴承连接。
24.本发明提出的燃气轮机叶片顶部间隙调节单元，实现了如下技术效果：
25.1、燃气轮机叶片顶部间隙调节单元采用偏心连杆机构带动护环沿轴向移动，进而调整叶片顶部间隙，具有结构简单可靠性高的特点，且调节范围固定，特别适用于小范围间隙调节；
26.2、燃气轮机叶片顶部间隙调节单元具有灵活性的特点。在燃气轮机运行时，通过实时测量叶片顶部间隙，根据测量结果驱动周向驱动环转动一定的角度，可以实时调整叶片顶部间隙的大小；
27.3、燃气轮机叶片顶部间隙调节单元可自动精确调整叶片顶部间隙，周向驱动环在外部液压驱动下沿燃气轮机的轴线转动，通过自动控制液压驱动来精确控制周向驱动环的转动角度，从而自动精确调整叶片顶部间隙的大小；
28.4、燃气轮机叶片顶部间隙调节单元能够在不同负荷工况下达到最佳叶顶间隙，实现减少叶顶气流泄漏损失、优化透平效率的作用。
29.为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种燃气轮机叶片顶部间隙调节系统，包括多个叶片顶部间隙调节单元，其中多个叶片形成叶片组，多个叶片顶部间隙调节单元周向分布，对叶片组的流道间隙进行调整。
30.本发明提出的燃气轮机叶片顶部间隙调节系统，实现了如下技术效果：
31.1、燃气轮机叶片顶部间隙调节系统采用偏心连杆机构带动护环沿轴向移动，进而调整叶片顶部间隙，具有结构简单可靠性高的特点，并且调节范围固定，适用于小范围间隙调整；
32.2、在燃气轮机运行时，通过实时测量叶片顶部间隙，根据测量结果驱动周向驱动
环转动一定的角度，可以实时统一调整各周向叶片顶部间隙的大小；
33.3、燃气轮机叶片顶部间隙调节系统可自动精确调整各周向叶片顶部间隙，周向驱动环在外部液压驱动下沿燃气轮机的轴线转动，通过自动控制液压驱动来精确控制周向驱动环的转动角度，从而自动精确调整各周向叶片顶部间隙的大小；
34.4、燃气轮机叶片顶部间隙调节系统能够在不同负荷工况下达到最佳叶顶间隙，实现减少叶顶气流泄漏损失、优化单级透平效率的作用。
35.为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提出了一种燃气轮机，包括多个叶片顶部间隙调节系统，多个叶片顶部间隙调节系统沿燃气轮机的轴向分布，以调节多级叶片组的流道间隙。
36.应用本发明提出的燃气轮机，实现了如下技术效果：
37.1、通过独立的多个叶片顶部间隙调节系统可实现对各级叶片间隙进行独立调整，调节更佳灵活；
38.2、该燃气轮机采用偏心连杆机构带动护环沿轴向移动，进而调整叶片顶部间隙，具有结构简单可靠性高的特点，并且调节范围固定，适用于小范围间隙调整；
39.3、在燃气轮机运行时，通过实时测量各级叶片顶部间隙，根据测量结果驱动各级周向驱动环转动一定的角度，可以实时单独调整各级周向叶片顶部间隙的大小；
40.4、该燃气轮机中周向驱动环在外部液压驱动下沿燃气轮机的轴线转动，通过自动控制液压驱动来精确控制各级周向驱动环的转动角度，从而自动精确调整各级周向叶片顶部间隙的大小；
41.5、该燃气轮机能够在不同负荷工况下达到最佳叶顶间隙，实现减少叶顶气流泄漏损失、优化多级透平效率的作用。
附图说明
42.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
43.图1示出了现有技术中涡轮叶尖间隙主动控制机构的剖视图；
44.图2示出了现有技术中压气机叶顶间隙自动调节机构的剖视图；
45.图3示出了本专利实施例中的燃气轮机叶片顶部间隙调节单元结构剖视图；
46.图4示出了本专利实施例中的燃气轮机叶片顶部间隙调节单元结构示意图；
47.图5示出了本专利实施例中的燃气轮机叶片顶部间隙调节系统结构轴测图；以及
48.图6示出了本专利实施例中的燃气轮机。
49.其中，上述附图包括以下附图标记：
50.1、叶片顶部间隙调节系统；2、多级叶片；10、叶片顶部间隙调节单元；100、间隙调节结构；110、连杆；111、第一杆；112、第二杆；120、摇臂；130、驱动部；140、驱动杆；200、叶片；300、持环；310、滑槽；320、通孔；400、护环；410、圆锥面；420、凹槽；1123、轴承。
具体实施方式
51.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
52.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。术语“包括”在使用时表明存在特征，但不排除存在或增加一个或多个其它特征；术语“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
53.在描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
54.实施例
55.根据本发明的一个方面，提出了一种燃气轮机叶片顶部间隙调节单元10，根据图3和图4所示，包括叶片200，持环300，护环400，以及间隙调节结构100。护环400和持环300沿叶片200的径向分布，护环400靠近叶片200，并与叶片200的顶部之间形成流道间隙。护环400与持环300之间可活动连接，间隙调节结构100带动护环400相对于持环300移动，以改变流道间隙的尺寸。通过间隙调节结构带动护环移动，进而调节叶片顶部间隙，该结构简单且可靠性较高。
56.具体来说，叶片顶部间隙调节单元10中的持环300上设有滑槽310，护环400与持环300通过滑槽310连接，间隙调节结构100带动护环400在滑槽310中移动。叶片顶部间隙调节单元10中的滑槽310的延伸方向与燃气轮机的轴向平行，间隙调节结构100带动护环400沿燃气轮机的轴向移动，以改变流道间隙的尺寸。
57.此外，叶片顶部间隙调节单元10中的护环400包括圆锥面410，圆锥面410与燃气轮机的轴向呈第一倾斜角度，圆锥面410靠近叶片200顶部，与叶片200顶部的端面形成流道间隙。叶片200顶部的端面与燃气轮机的轴向呈第二倾斜角度，第二倾斜角度与第一倾斜角度相同，护环400与叶片200之间为锥形结构。采用该结构在对叶片顶部间隙进行调节时，可保证叶片顶部不同位置与护环之间的间隙保持一致。
58.根据图3和图4所示，间隙调节结构100设置在缸体内部，包括连杆110。连杆110包括第一杆111和第二杆112，第二杆112的轴线偏离第一杆111的轴线。第二杆112与护环400活动连接，第一杆111沿其轴线转动带动第二杆112偏心转动，第二杆112偏心转动带动护环400沿滑槽310移动。采用偏心连杆机构来调整叶片顶部间隙，具有结构简单可靠性高的特点，且调节范围固定，特别适用于小范围间隙调节。
59.具体来说，持环300包括通孔320，第一杆111的一端套设在通孔320中，通孔320与第一杆111之间设有轴承1123，保证第一杆111沿其轴线相对持环300转动。护环400设有凹槽420，第二杆112插设在凹槽420中，并且第二杆112可在凹槽420中偏心转动。第二杆112偏心转动带动护环400沿滑槽310移动。
60.根据图4所示，间隙调节结构100还包括摇臂120，摇臂120连接第一杆111的另一端，摇臂120以第一杆111的轴线为中心转动，带动第一杆111转动。
61.此外，间隙调节结构100包括驱动部130，驱动部130转动带动摇臂120转动。间隙调节结构100还包括驱动杆140，驱动杆140一端连接驱动部130，驱动杆140的另一端连接摇臂120，驱动杆140将驱动部130的转动转化为摇臂120的转动，从而带动第一杆111以轴线为中心转动。
62.具体而言，驱动部130为周向驱动环，驱动部130在外部液压驱动下沿燃气轮机的轴线转动，通过驱动杆140带动摇臂120转动。驱动部130与缸体之间通过滚轮支撑。驱动杆140分别与驱动部130和摇臂120通过关节轴承连接。通过驱动部130沿燃气轮机的轴线转动，带动第一杆111沿其轴线转动带动第二杆112偏心转动。在燃气轮机运行时，通过实时测量叶片顶部间隙，根据测量结果驱动周向驱动环转动一定的角度，可以实时调整叶片顶部间隙的大小。通过自动控制液压驱动来精确控制周向驱动环的转动角度，从而自动精确调整叶片顶部间隙的大小。
63.本发明提出的燃气轮机叶片顶部间隙调节单元，实现了如下技术效果：1、燃气轮机叶片顶部间隙调节单元采用偏心连杆机构带动护环沿轴向移动，进而调整叶片顶部间隙，具有结构简单可靠性高的特点，且调节范围固定，特别适用于小范围间隙调节；2、燃气轮机叶片顶部间隙调节单元具有灵活性的特点。在燃气轮机运行时，通过实时测量叶片顶部间隙，根据测量结果驱动周向驱动环转动一定的角度，可以实时调整叶片顶部间隙的大小；3、燃气轮机叶片顶部间隙调节单元可自动精确调整叶片顶部间隙，周向驱动环在外部液压驱动下沿燃气轮机的轴线转动，通过自动控制液压驱动来精确控制周向驱动环的转动角度，从而自动精确调整叶片顶部间隙的大小；4、燃气轮机叶片顶部间隙调节单元能够在不同负荷工况下达到最佳叶顶间隙，实现减少叶顶气流泄漏损失、优化透平效率的作用。
64.为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提出了一种燃气轮机叶片顶部间隙调节系统1，如图5所示，包括多个叶片顶部间隙调节单元10，其中多个叶片200形成叶片组，多个叶片顶部间隙调节单元10周向分布，分别对叶片组中的多个叶片200的流道间隙进行调整。
65.本发明提出的燃气轮机叶片顶部间隙调节系统，实现了如下技术效果：1、燃气轮机叶片顶部间隙调节系统采用偏心连杆机构带动护环沿轴向移动，进而调整叶片组中的多个叶片的顶部间隙，结构简单，可靠性高，调节范围固定，适用于小范围间隙调整；2、在燃气轮机运行时，通过实时测量叶片顶部间隙，根据测量结果驱动周向驱动环转动一定的角度，可以实时统一调整各周向叶片顶部间隙的大小；3、燃气轮机叶片顶部间隙调节系统可自动精确调整各周向叶片顶部间隙，周向驱动环在外部液压驱动下沿燃气轮机的轴线转动，通过自动控制液压驱动来精确控制周向驱动环的转动角度，从而自动精确调整各周向叶片顶部间隙的大小；4、燃气轮机叶片顶部间隙调节系统能够在不同负荷工况下达到最佳叶顶间隙，实现减少叶顶气流泄漏损失、优化单级透平效率的作用。
66.为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提出了一种燃气轮机，如图6所示，包括多级叶片顶部间隙调节系统1，多级叶片顶部间隙调节系统1沿燃气轮机的轴向分布，并与多级叶片组对应设置，以调节多级叶片组的流道间隙。通过多个独立的叶片顶部间隙调节系统对多级叶片组进行间隙调整，调节更佳灵活。
67.应用本发明提出的燃气轮机，实现了如下技术效果：1、通过独立的多个叶片顶部间隙调节系统可实现对各级叶片组间隙进行独立调整，调节更佳灵活；2、该燃气轮机采用
偏心连杆机构带动护环沿轴向移动，进而调整叶片顶部间隙，具有结构简单可靠性高的特点，并且调节范围固定，适用于小范围间隙调整；3、在燃气轮机运行时，通过实时测量各级叶片顶部间隙，根据测量结果驱动各级周向驱动环转动一定的角度，可以实时单独调整各级周向叶片顶部间隙的大小；4、该燃气轮机可自动精确调整各级周向叶片顶部间隙，周向驱动环在外部液压驱动下沿燃气轮机的轴线转动，通过自动控制液压驱动来精确控制各级周向驱动环的转动角度，从而自动精确调整各级周向叶片顶部间隙的大小；5、该燃气轮机能够在不同负荷工况下达到最佳叶顶间隙，实现减少叶顶气流泄漏损失、优化多级透平效率的作用。
68.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种燃气轮机叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，包括叶片(200)，持环(300)，护环(400)，以及间隙调节结构(100),所述护环(400)和所述持环(300)沿所述叶片(200)的径向分布，所述护环(400)靠近所述叶片(200)，并与所述叶片(200)的顶部之间形成流道间隙，所述护环(400)与所述持环(300)之间可活动连接，所述间隙调节结构(100)带动所述护环(400)相对于所述持环(300)移动，以改变所述流道间隙的尺寸。2.根据权利要求1所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述持环(300)设有滑槽(310)，所述护环(400)与所述持环(300)通过所述滑槽(310)连接，所述间隙调节结构(100)带动所述护环(400)在所述滑槽(310)中移动。3.根据权利要求2所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述滑槽(310)的延伸方向与燃气轮机的轴向平行，所述间隙调节结构(100)带动所述护环(400)沿所述燃气轮机的轴向移动，以改变所述流道间隙的尺寸。4.根据权利要求1所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述护环(400)包括圆锥面(410)，所述圆锥面(410)与所述燃气轮机的轴向呈第一倾斜角度，所述圆锥面(410)靠近所述叶片(200)顶部，与所述叶片(200)顶部的端面形成所述流道间隙。5.根据权利要求4所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述叶片(200)顶部的端面与所述燃气轮机的轴向呈第二倾斜角度，所述第二倾斜角度与所述第一倾斜角度相同。6.根据权利要求2所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述间隙调节结构(100)包括连杆(110)，所述连杆(110)包括第一杆(111)和第二杆(112)，所述第二杆(112)的轴线偏离所述第一杆(111)的轴线。7.根据权利要求6所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述第二杆(112)与所述护环(400)活动连接，所述第一杆(111)沿其轴线转动带动所述第二杆(112)偏心转动，所述第二杆(112)偏心转动带动所述护环(400)沿所述滑槽(310)移动。8.根据权利要求7所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述护环(400)设有凹槽(420)，所述第二杆(112)插设在所述凹槽(420)中，并且所述第二杆(112)可在所述凹槽(420)中偏心转动。9.根据权利要求8所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述持环(300)包括通孔(320)，所述第一杆(111)的一端套设在所述通孔(320)中，所述第一杆(111)相对所述持环(300)转动。10.根据权利要求9所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述间隙调节结构(100)还包括摇臂(120)，所述摇臂(120)连接所述第一杆(111)的另一端，所述摇臂(120)以所述第一杆(111)的轴线为中心转动，带动所述第一杆(111)转动。11.根据权利要求10所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述间隙调节结构(100)还包括驱动部(130)，所述驱动部(130)转动带动所述摇臂(120)转动。12.根据权利要求11所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述间隙调节结构(100)还包括驱动杆(140)，所述驱动杆(140)一端连接所述驱动部(130)，所述驱动杆(140)的另一端连接所述摇臂(120)，所述驱动杆(140)将所述驱动部(130)的转动转化为所
述摇臂(120)的转动。13.根据权利要求12所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述驱动部(130)为周向驱动环，所述驱动部(130)在外部液压驱动下沿所述燃气轮机的轴线转动，通过所述驱动杆(140)带动所述摇臂(120)转动。14.根据权利要求11-13任一项所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，还包括缸体，所述间隙调节结构(100)设置在所述缸体内部。15.根据权利要求14所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述驱动部(130)与所述缸体之间通过滚轮支撑。16.根据权利要求9所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述通孔(320)与所述第一杆(111)之间设有轴承(1123)。17.根据权利要求12或13所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其特征在于，所述驱动杆(140)分别与所述驱动部(130)和所述摇臂(120)通过关节轴承连接。18.一种燃气轮机叶片顶部间隙调节系统(1)，其特征在于，包括多个权利要求1-17任一项所述的叶片顶部间隙调节单元(10)，其中多个所述叶片(200)形成叶片组，所述多个叶片顶部间隙调节单元(10)周向分布，对所述叶片组的所述流道间隙进行调整。19.一种燃气轮机，其特征在于，包括多个权利要求18所述的叶片顶部间隙调节系统(1)，所述多个叶片顶部间隙调节系统(1)沿所述燃气轮机的轴向分布，以调节多级所述叶片组的所述流道间隙。

技术总结

本申请提出一种燃气轮机叶片顶部间隙调节单元，包括叶片，持环，护环，以及间隙调节结构，护环和持环沿叶片的径向分布，护环靠近叶片，并与叶片的顶部之间形成流道间隙，护环与持环之间可活动连接，间隙调节结构带动护环相对于持环移动，以改变流道间隙的尺寸。本申请通过间隙调节结构带动护环沿轴向移动，进而调节叶片顶部间隙，该结构简单且可靠性较高。该结构简单且可靠性较高。该结构简单且可靠性较高。