本發(fā)明屬于葉輪機(jī)械葉頂間隙主動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置，特別涉及一種跨音速動(dòng)葉前、尾緣葉頂間隙分別冷卻控制的裝置。

背景技術(shù)：
對(duì)于常規(guī)渦輪，現(xiàn)有的動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制技術(shù)存在多種方法，根據(jù)其原理可分為葉頂間隙主動(dòng)熱控制法和葉頂間隙主動(dòng)壓力控制法。其中，葉頂間隙主動(dòng)熱控制法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中最為廣泛。其基本原理是是引入壓氣機(jī)或風(fēng)扇的冷氣對(duì)渦輪機(jī)匣和襯環(huán)支撐等結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊冷卻，通過(guò)控制冷氣的流量和溫度控制機(jī)匣的溫度場(chǎng)，改變其熱膨脹量，進(jìn)而控制其徑向位移，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)葉頂間隙的控制，該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可行性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)?？缫羲賱?dòng)葉渦輪相比于常規(guī)渦輪，在變工況時(shí)動(dòng)葉葉頂間隙的變化具有其特殊性：動(dòng)葉流場(chǎng)超音堵塞使得喉道上游流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和葉片近前緣溫度不受膨脹比變化影響，進(jìn)而造成動(dòng)葉前緣徑向伸長(zhǎng)量不隨膨脹比變化而變化；而喉道下游溫度和葉片近尾緣溫度隨膨脹比增大而減小，造成動(dòng)葉尾緣徑向伸長(zhǎng)量隨膨脹比增大而減??；這導(dǎo)致了動(dòng)葉前緣的葉頂間隙大小不會(huì)受渦輪膨脹比變化的影響，而動(dòng)葉尾緣的葉頂間隙隨膨脹比減小而減小，即動(dòng)葉前、尾緣的葉頂間隙大小在渦輪變工況時(shí)的變化規(guī)律存在差異。動(dòng)葉前、尾緣葉頂間隙變化的差異必然導(dǎo)致機(jī)匣上不同軸向位置所需的伸縮量存在差異。然而，現(xiàn)有技術(shù)中適用于常規(guī)渦輪的葉頂間隙控制系統(tǒng)所采用的單股冷氣冷卻方法不能適應(yīng)跨音速動(dòng)葉渦輪的特點(diǎn)，無(wú)法同時(shí)有效地控制跨音速動(dòng)葉渦輪不同軸向位置的動(dòng)葉葉頂間隙大小，不能保證渦輪的工作性能和安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)跨音速動(dòng)葉前、尾緣的葉頂間隙變化規(guī)律存在差異導(dǎo)致機(jī)匣上對(duì)應(yīng)位置所需的伸縮量不同，本發(fā)明提供一種跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置，能夠分別控制跨音速動(dòng)葉渦輪不同軸向位置的葉頂間隙，保證渦輪的工作性能和安全。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)解決方案是：一種跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置，包括主冷卻管道、前緣冷氣支管、尾緣冷氣支管、外機(jī)匣、內(nèi)機(jī)匣、設(shè)置于所述內(nèi)機(jī)匣中的跨音速動(dòng)葉渦輪，所述外機(jī)匣和內(nèi)機(jī)匣之間形成冷氣腔，所述跨音速動(dòng)葉渦輪包括動(dòng)葉葉盤以及設(shè)置在所述動(dòng)葉葉盤上的跨音速動(dòng)葉，其特征在于：所述主冷氣管道引入一股冷氣，然后分成前緣冷氣支路和尾緣冷氣支路，分別進(jìn)入所述前緣冷氣支管和尾緣冷氣支管；所述前緣冷氣支管和尾緣冷氣支管上分別設(shè)有前緣冷氣控制閥門和尾緣冷氣控制閥門；所述前緣冷氣控制閥門和尾緣冷氣控制閥門獨(dú)立工作，分別調(diào)節(jié)前緣冷氣支路和尾緣冷氣支路的冷氣流量；所述外機(jī)匣和內(nèi)機(jī)匣之間的冷氣腔中設(shè)置有前緣冷氣腔和尾緣冷氣腔，所述前緣冷氣支管和尾緣冷氣支管穿過(guò)所述外機(jī)匣分別與設(shè)置在冷氣腔中的所述前緣冷氣腔和尾緣冷氣腔連通，引導(dǎo)冷氣分別進(jìn)入所述前緣冷氣腔和尾緣冷氣腔；所述內(nèi)機(jī)匣的外表面上在對(duì)應(yīng)動(dòng)葉前緣、動(dòng)葉尾緣的軸向位置上分別布置有前緣冷卻肋片和尾緣冷卻肋片，所述尾緣冷卻肋片的冷卻換熱面積大于所述前緣冷卻肋片的冷卻換熱面積；所述前緣冷卻肋片和尾緣冷卻肋片的外表面分別被所述前緣冷氣腔和尾緣冷氣腔包圍，所述前緣冷氣腔和尾緣冷氣腔上設(shè)置有多個(gè)冷卻孔，用以引導(dǎo)冷氣分別噴射到所述前緣冷卻肋片和尾緣冷卻肋片表面，使得所述尾緣冷卻肋片的散熱量大于所述前緣冷卻肋片的散熱量。優(yōu)選地，所述前緣冷氣腔和尾緣冷氣腔整體均呈方形腔；所述前緣冷氣腔和尾緣冷氣腔包圍相應(yīng)冷卻肋片的部分，其外表面形狀與冷卻肋片的形狀相適配。優(yōu)選地，各所述冷卻肋片與相鄰冷氣腔壁面之間的間隔距離為冷卻肋片厚度的1/3-1/2。優(yōu)選地，所述尾緣冷卻肋片的高度大于所述前緣冷卻肋片的高度，進(jìn)一步地，所述前緣冷卻肋片的高度是所述尾緣冷卻肋片高度的1/3-1/2。優(yōu)選地，所述尾緣冷卻腔上冷卻孔的數(shù)量大于所述前緣冷氣腔上的冷卻孔數(shù)量，進(jìn)一步地，所述前緣冷氣腔上的冷卻孔數(shù)量是所述尾緣冷卻腔上冷卻孔數(shù)量的1/3-1/2。優(yōu)選地，所述主冷氣管道中的冷氣引自風(fēng)扇或者壓氣機(jī)。優(yōu)選地，所述外機(jī)匣與內(nèi)機(jī)匣之間的冷氣腔內(nèi)匯合的冷氣通過(guò)設(shè)置在所述外機(jī)匣側(cè)壁的冷氣通道出口流出。優(yōu)選地，所述內(nèi)機(jī)匣對(duì)應(yīng)跨音速動(dòng)葉渦輪的內(nèi)表面上設(shè)置有襯環(huán)，襯環(huán)的外表面設(shè)置有耐磨涂層，所述跨音速動(dòng)葉渦輪設(shè)置在襯環(huán)中，優(yōu)選地，所述襯環(huán)通過(guò)襯環(huán)支撐設(shè)置在所述內(nèi)機(jī)匣的內(nèi)表面上。本發(fā)明的跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置，其工作原理是：來(lái)自風(fēng)扇或者壓氣機(jī)的一股冷氣從冷氣管道入口進(jìn)入主冷氣管道，然后分成兩股冷氣分別進(jìn)入兩個(gè)冷氣支管。兩個(gè)冷氣支管上各布置了一個(gè)冷氣控制閥門，可以獨(dú)立調(diào)節(jié)冷氣流量。兩股冷氣分別經(jīng)兩個(gè)冷氣支管穿過(guò)外機(jī)匣進(jìn)入兩個(gè)冷卻腔，再?gòu)睦鋮s腔上的冷卻孔流出，分別噴射到內(nèi)機(jī)匣上的兩個(gè)冷卻肋片上，對(duì)其進(jìn)行冷卻。在跨音速動(dòng)葉渦輪變工況時(shí)，動(dòng)葉尾緣間隙比前緣間隙變化明顯，對(duì)機(jī)匣伸縮量變化需求更強(qiáng)。在本發(fā)明的跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置中，設(shè)置對(duì)應(yīng)尾緣位置的冷卻孔數(shù)量和冷卻肋片高度皆大于對(duì)應(yīng)前緣位置的冷卻孔數(shù)量和冷卻肋片高度，并通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立工作的冷氣控制閥門分別調(diào)節(jié)動(dòng)葉前、尾緣位置的冷氣流量，控制機(jī)匣不同軸向位置的溫度場(chǎng)，進(jìn)而控制機(jī)匣不同軸向位置的伸縮量，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)跨音速動(dòng)葉不同軸向位置葉頂間隙的控制。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于：能夠解決跨音速動(dòng)葉前、尾緣葉頂間隙變化差異引起機(jī)匣對(duì)應(yīng)位置所需伸縮量不同的問(wèn)題，分別控制跨音速動(dòng)葉不同軸向位置的葉頂間隙，保證跨音速動(dòng)葉渦輪的工作性能和安全。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置的部分剖面圖；圖3為本發(fā)明的跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置的冷卻孔布置示意圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)際上，在未背離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可以在本發(fā)明中進(jìn)行各種修改和變化，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。例如，作為一個(gè)實(shí)施例的一部分示出或描述的特征可以與另一個(gè)實(shí)施例一起使用來(lái)產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。因此，意圖是本發(fā)明將這樣的修改和變化包括在所附的權(quán)利要求書和它們的等同物的范圍內(nèi)。需要說(shuō)明的是，附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。此外，以下實(shí)施例中提到的方向用語(yǔ)，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用來(lái)說(shuō)明并非用來(lái)限制本發(fā)明。如圖1、2所示，本發(fā)明的跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置，包括主冷卻管道1、前緣冷氣支管14、尾緣冷氣支管15、前緣冷氣控制閥門2、尾緣冷氣控制閥門3、外機(jī)匣4、前緣冷氣方腔16、尾緣冷氣方腔17、內(nèi)機(jī)匣5、前緣冷卻肋片18、尾緣冷卻肋片19、襯環(huán)支撐Ⅰ6、襯環(huán)支撐Ⅱ7、襯環(huán)8和耐磨涂層9。內(nèi)機(jī)匣4對(duì)應(yīng)跨音速動(dòng)葉渦輪的內(nèi)表面上設(shè)置有襯環(huán)8，襯環(huán)8的外表面設(shè)置有耐磨涂層9，跨音速動(dòng)葉渦輪設(shè)置在襯環(huán)8中，襯環(huán)8通過(guò)襯環(huán)支撐Ⅰ6、襯環(huán)支撐Ⅱ7設(shè)置在內(nèi)機(jī)匣4的內(nèi)表面上。主冷氣管道1引入一股冷氣22，然后分成前緣冷氣支路23和尾緣冷氣支路24，分別進(jìn)入前緣冷氣支管14和尾緣冷氣支管15；前緣冷氣支管14和尾緣冷氣支管15上分別設(shè)有前緣冷氣控制閥門2和尾緣冷氣控制閥門3；前緣冷氣控制閥門2和尾緣冷氣控制閥門3獨(dú)立工作，分別調(diào)節(jié)前緣冷氣支路23和尾緣冷氣支路24的冷氣流量；前緣冷氣支管14和尾緣冷氣支管15穿過(guò)外機(jī)匣4分別與前緣冷氣方腔16和尾緣冷氣方腔17連接，引導(dǎo)冷氣分別進(jìn)入前緣冷氣方腔16和尾緣冷氣方腔17；內(nèi)機(jī)匣5上在對(duì)應(yīng)動(dòng)葉前緣20、動(dòng)葉尾緣21的軸向位置上分別布置前緣冷卻肋片18和尾緣冷卻肋片19；前緣冷卻肋片18和尾緣冷卻肋片19分別被前緣冷氣方腔16和尾緣冷氣方腔17包圍，冷卻肋片18、19表面與冷氣方腔16、17壁面之間的間隔距離為冷卻肋片厚度的1/3-1/2；前緣冷氣方腔16和尾緣冷氣方腔17上周向平均布置若干個(gè)冷卻孔12，引導(dǎo)冷氣分別噴射到前緣冷卻肋片18和尾緣冷卻肋片19表面，冷卻內(nèi)機(jī)匣5。結(jié)合圖2，本發(fā)明的跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置中，動(dòng)葉前緣葉頂間隙26、動(dòng)葉尾緣葉頂間隙27指耐磨涂層9內(nèi)壁面和動(dòng)葉葉尖前緣、動(dòng)葉葉尖尾緣之間的距離。在跨音速動(dòng)葉渦輪變工況過(guò)程中，動(dòng)葉流場(chǎng)超音堵塞使得喉道上游流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和葉片近前緣溫度不受膨脹比變化影響，進(jìn)而造成動(dòng)葉前緣20徑向伸長(zhǎng)量不隨膨脹比變化而變化；而喉道下游溫度和葉片近尾緣溫度隨膨脹比增大而減小，造成動(dòng)葉尾緣21徑向伸長(zhǎng)量隨膨脹比增大而減小。這導(dǎo)致了動(dòng)葉前緣葉頂間隙26大小不會(huì)受渦輪膨脹比變化的影響，而動(dòng)葉尾緣葉頂間隙27隨膨脹比減小而減?。贿M(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)機(jī)匣5對(duì)應(yīng)動(dòng)葉尾緣位置的所需伸縮量大于對(duì)應(yīng)動(dòng)葉前緣位置的所需伸縮量。本發(fā)明設(shè)置前緣冷卻肋片18的高度是尾緣冷卻肋片19高度的1/3-1/2，以增大內(nèi)機(jī)匣5對(duì)應(yīng)動(dòng)葉尾緣部分的冷卻換熱面積。并且，在前緣冷氣控制閥門2和尾緣冷氣控制閥門3的調(diào)節(jié)作用下，前緣冷氣支路23和尾緣冷氣支路24的冷氣流量獨(dú)立變化，分開(kāi)控制前緣葉頂間隙26和尾緣葉頂間隙27。兩股冷氣支路23、24完成對(duì)內(nèi)機(jī)匣5的冷卻后，會(huì)在外機(jī)匣4與內(nèi)機(jī)匣5之間的空腔內(nèi)匯合成一股冷氣25，通過(guò)設(shè)置在外機(jī)匣側(cè)壁的冷氣通道出口13流出。結(jié)合圖3，在本發(fā)明的跨音速動(dòng)葉葉頂間隙主動(dòng)控制裝置中，因?yàn)樵诳缫羲賱?dòng)葉渦輪變工況時(shí)，內(nèi)機(jī)匣5對(duì)應(yīng)動(dòng)葉尾緣位置的伸縮量變化需求大于對(duì)應(yīng)動(dòng)葉前緣位置的伸縮量，所以本發(fā)明設(shè)置前緣冷氣方腔16上的冷卻孔12數(shù)量是尾緣冷卻方腔17上冷卻孔12數(shù)量的1/3-1/2，以增強(qiáng)內(nèi)機(jī)匣5對(duì)應(yīng)動(dòng)葉尾緣部分的換熱效果。盡管本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到在不離開(kāi)本發(fā)明的范圍下可以進(jìn)行多種改變并且可以用等價(jià)物替代其中的部件。另外在不離開(kāi)本發(fā)明的基本范圍下可以進(jìn)行許多改進(jìn)以調(diào)整具體的情況以適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)。因此本發(fā)明不受實(shí)施本發(fā)明的最好的構(gòu)思所公開(kāi)的實(shí)施例的限制，而是本發(fā)明將包括落在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)地任何實(shí)施例。