一种可变角度的导流板式减涡器

1.本发明涉及冷却系统技术领域，特别是涉及一种可变角度的导流板式减涡器。


背景技术：

2.随着现代航空工业不断发展，航空发动机朝着高推重比、高效率、高可靠性、低油耗的方向发展，提高涡轮进口温度能有效增加推重比，而增加压气机压缩比能够降低油耗。由于涡轮材料的限制，必须将涡轮前叶片温度冷却到较低的一个范围内。目前现有的航空发动机热端部件进行冷却是通过空气系统来进行的，内部引气使空气从压气机鼓筒孔进入，经过高速旋转的压气机盘腔流入轴心通道中，最后进入涡轮盘腔。这一径向引气段处于高离心力场下，且由于自由涡发展，哥氏力的存在同样对气体的径向内流造成阻碍。冷却气体从压气机适当部位引出后，经过一个设计的流动通道，最后到达目标位置，在这个引气通道内，会产生一系列的压力损失。因此在设计上需要采取一系列措施，尽可能地减小冷气的压力损失。
3.现阶段应用较为广泛的减涡器形式为管式减涡器、反旋喷嘴减涡器和翅片式减涡器。在压气机盘腔间进行减涡器的安装可以有效限制自由涡的发展，从而降低哥氏力和离心力，减少气体的压力损失。不过这几种减涡器都存在着不足，尤其是气流在流经减涡器结构的入口位置，会产生明显的压力损失，限制了减涡器的减阻效果。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种可变角度的导流板式减涡器，以实现通过调整入口角度，减少入口位置气体的压力损失。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种可变角度的导流板式减涡器，所述减涡器包括：周向均匀分布在压气机盘腔内的导流板，分别与每个所述导流板连接的角度调整装置，所述角度调整装置用于调整所述导流板的入口角度；所述入口角度为导流板的入口所在的平面与导流板的入口的中心所在圆周的切线的夹角。
7.可选的，所述角度调整装置包括伺服电机、传动轴和支撑轴；
8.所述伺服电机固定设置在围成所述压气机盘腔的上游压气机盘或下游压气机盘的内侧面，对应的所述支撑轴一端固定设置在围成所述压气机盘腔的下游压气机盘或上游压气机盘的内侧面；
9.所述传动轴的一端与所述伺服电机的输出轴固定连接；所述传动轴的另一端与所述导流板的一侧面固定连接；
10.所述支撑轴的另一端与所述导流板的另一侧面可转动的连接；
11.所述支撑轴、所述传动轴和所述伺服电机的输出轴在同一轴线上，所述伺服电机用于驱动所述导流板绕所述轴线转动。
12.可选的，所述导流板包括转动部和固定部；
13.所述角度调整装置包括伺服电机和转动轴；
14.所述伺服电机固定设置在围成所述压气机盘腔的上游压气机盘或下游压气机盘的内侧面；
15.所述固定部的两侧面分别与围成所述压气机盘腔的上游压气机盘和下游压气机盘的内侧面固定连接；
16.所述转动轴的两端通过轴承可转动的设置在所述固定部靠近所述转动部的的一侧面上，所述转动部的靠近所述固定部的一侧与所述转动轴固定连接，所述伺服电机的输出轴与所述转动轴的一端连接。
17.可选的，所述减涡器还包括pid控制器及设置在每个导流板的入口的速度传感器；
18.所述每个所述速度传感器均与所述pid控制器；所述pid控制器分别与每个所述伺服电机的驱动器的控制端连接；
19.所述速度传感器用于检测流入所述导流板的入口的气流速度；
20.所述pid控制器用于分别根据每个所述速度传感器检测的气流速度与所述减涡器的实际转速的差值，采用pid控制算法控制每个所述速度传感器所在入口的伺服电机调整每个所述导流板的入口角度，使所有的所述差值均小于预设阈值。
21.可选的，所述减涡器还包括无线感应供电系统和整流滤波器；
22.所述无线感应供电系统包括外部电源、电阻、三极管和电感；
23.所述电阻的一端和所述电感的初级线圈的一端均与所述外部电源的正极连接；
24.所述电阻的另一端与所述三极管的基极连接，所述电感的初级线圈的另一端与所述三极管的集电极连接；
25.所述三极管的发射极与所述外部电源的负极连接；
26.所述外部电源、所述三极管和所述电感的初级线圈组成震荡电路；
27.所述震荡电路设置在所述压气机盘腔的外部；
28.所述电感的次级线圈和所述整流滤波器设置在所述压气机盘腔的内部，并随所述压气机盘腔转动，所述次级线圈的两端与所述整流滤波器的输入端连接，所述整流滤波器的输出端分别与伺服电机的驱动器的电源输入端、pid控制器的电源输入端和速度传感器的电源输入端连接。
29.可选的，同轴设置的上游压气机盘和下游压气机盘，及沿上游压气机盘和上游压气机盘的外缘处垂直延伸而成的鼓筒围成所述压气机盘腔。
30.可选的，所述鼓筒上设置有多个鼓筒孔，多个所述鼓筒孔分别与所述多个所述导流板的入口对应设置。
31.可选的，所述鼓筒孔为长圆形孔。
32.可选的，所述入口角度的调节范围为0
°
～90
°
。
33.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
34.本发明公开一种可变角度的导流板式减涡器，所述减涡器包括：周向均匀分布在压气机盘腔内的导流板，分别与每个所述导流板连接的角度调整装置。本发明利用角度调整装置实现导流板的入口角度的调整，减小入口位置的压力损失。
35.本发明的减涡器还包括了pid调节器，以根据每个导流板的入口的气流速度自适应的调整每个导流板的入口角度。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术行人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例1提供的可变角度的导流板式减涡器的结构示意图；
38.图2为本发明实施例1提供的角度调整装置及导流板的第一种实施方式的结构示意图；
39.图3为本发明实施例1提供的角度调整装置及导流板的第二种实施方式的结构示意图；
40.图4为本发明实施例1提供的角度调整装置及导流板的第三种实施方式的结构示意图；
41.附图标记说明：
42.1、上游压气机盘；2、下游压气机盘；3、导流板；31、转动部；32、固定部；4、鼓筒；41、鼓筒孔；5、伺服电机；6、传动轴；7、支撑轴；8、转动轴。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术行人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.本发明的目的是提供一种可变角度的导流板式减涡器，以实现通过调整入口角度，减少入口位置气体的压力损失。
45.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
46.实施例1
47.本发明实施例1提供一种可变角度的导流板式减涡器，如图1所示，所述涡流器可布置在航空发动机二次空气系统的压气机盘腔内，并位于压气机的径向引流段处，所述压气机盘腔为由在两侧对应布置的上游压气机盘1和下游压气机盘2，及沿上游压气机盘1和下游压气机盘2的外缘处垂直延伸而成的鼓筒4，形成的盘腔，所述鼓筒4上设有若干鼓筒孔41，每一鼓筒孔41用于引入气流，所述涡流器包括：
48.周向均匀分布在压气机盘腔内的导流板3，分别与每个所述导流板3连接的角度调整装置，所述角度调整装置用于调整所述导流板3的入口角度；所述入口角度为导流板3的入口所在的平面与导流板3的入口的中心所在圆周的切线的夹角。每一导流板3均与上游压气机盘1和下游压气机盘2同轴，每一导流板3的结构相同，每一导流板3的安装半径相同，每一导流板3沿轴向贯通所述压气机盘腔。
49.其中，在所述压气机运行状态，所述若干个导流板3与所述两侧的压气机盘同轴、同速、同向的旋转，气流流经所述若干个鼓筒孔41进入所述压气机盘腔内，经由所述若干导流板3引流进入压气机的轴向通道。
50.示例性的，如图2所示，可将导流板3作为一个整体，通过对整个导流板3的角度的调节实现其入口角度的调节。此时，所述角度调整装置包括伺服电机5、传动轴6和支撑轴7；所述伺服电机5固定设置在围成所述压气机盘腔的上游压气机盘1或下游压气机盘2的内侧面，对应的所述支撑轴7一端固定设置在围成所述压气机盘腔的下游压气机盘2或上游压气机盘1的内侧面；所述传动轴的一端与所述伺服电机5的输出轴固定连接；所述传动轴的另一端与所述导流板3的一侧面固定连接；所述支撑轴7的另一端与所述导流板3的另一侧面可转动的连接；所述支撑轴7、所述传动轴和6所述伺服电机5的输出轴在同一轴线上，所述伺服电机5用于驱动所述导流板3绕所述轴线转动。
51.示例性的，如图3所示，可将所述导流板3划分为转动部31和固定部32，转动部31可相对于固定部32转动，通过调整转动部31实现导流板3入口角度的调整。此时，所述角度调整装置包括伺服电机5，所述导流板3包括转动部31和固定部32；所述固定部32的两侧面分别与围成所述压气机盘腔的上游压气机盘1和下游压气机盘2的内侧面固定连接；所述转动部31和所述固定部32通过转动轴8连接；所述转动轴8的两端通过轴承可转动的设置在所述固定部32靠近所述转动部31的的一侧面上，所述转动部31的靠近所述固定部32的一侧与所述转动轴8固定连接，所述伺服电机5的输出轴与所述转动轴8的一端连接。此时，如图4所示，还可在导流板3的出口处设置另外一转动部，来调整出口平面的角度。导流板3的出口平面和导流板3出口中心点所在圆周切线形成夹角可被调节的范围为0
°
～45
°
。
52.示例性的，所述减涡器还包括pid控制器及设置在每个导流板3的入口的速度传感器；所述每个所述速度传感器均与所述pid控制器；所述pid控制器分别与每个所述伺服电机的驱动器的控制端连接；所述速度传感器用于检测流入所述导流板3的入口的气流速度；所述pid控制器用于分别根据每个所述速度传感器检测的气流速度与所述减涡器的实际转速的差值，采用pid控制算法控制每个所述速度传感器所在入口的伺服电机调整每个所述导流板3的入口角度，使所有的所述差值均小于预设阈值，该预设阈值可以根据实际需要进行设置，在此不做限定。
53.示例性的，所述减涡器还包括无线感应供电系统和整流滤波器；所述无线感应供电系统包括外部电源、电阻、三极管和电感；所述电阻的一端和所述电感的初级线圈的一端均与所述外部电源的正极连接；所述电阻的另一端与所述三极管的基极连接，所述电感的初级线圈的另一端与所述三极管的集电极连接；所述三极管的发射极与所述外部电源的负极连接；所述外部电源、所述三极管和所述电感的初级线圈组成震荡电路；所述震荡电路设置在所述压气机盘腔的外部，该震荡电路独立于压气机盘腔，不随压气机盘腔转动；所述电感的次级线圈和所述整流滤波器设置在所述压气机盘腔的内部，并随所述压气机盘腔转动，所述次级线圈的两端与所述整流滤波器的输入端连接，所述整流滤波器的输出端分别与伺服电机的驱动器的电源输入端、pid控制器的电源输入端和速度传感器的电源输入端连接。
54.示例性的，每个鼓筒孔41均被配置成能够提升气流在鼓筒孔41处的流通能力，示例性的，所述鼓筒孔41为长圆形孔。
55.示例性的，所述入口角度的调节范围为0
°
～90
°
。
56.基于上述实施例，本发明的优点如下：
57.本发明充分考虑了气动特性，避免了气流流经减涡器入口段时由于分离产生的压
力损失，同时，增大气流的流通面积，在抑制径向入流盘腔中的自由涡发展的同时，减少了气流因转折和气流流通道的快速变化产生的耗散，降低了系统内的压力损失。
58.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
59.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术行人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。