导叶调节机构及膨胀机

技术领域

本发明涉及膨胀机技术领域，具体涉及一种导叶调节机构及膨胀机。

背景技术

目前，径流式透平膨胀机通过设计可调导叶机构，在变工况下适当调节膨胀机入口导叶安装角，改善叶轮进口处气体速度三角形，从而降低流道内气体流动损失，大幅提升变工况下主机效率。但是，现有的可调导叶机构大多通过气动或电动执行机构，推动导杆进行直线往复运动，再通过一系列传动元件将直线往复运动转化为导叶旋转运动。其主要的缺陷是：1、导杆运动所需驱动力由执行机构直接提供，对驱动源的驱动力要求较高；2、受限于膨胀机壳体内空间尺寸，导杆直线往复运动行程较小，导致入口导叶调节精度不高。

因此，如何解决上述的现有导叶调节机构调节精度低并且对驱动源的驱动力要求高的问题，亟待研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导叶调节机构及膨胀机，以实现对于导叶的精准有效调节。

为达上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种导叶调节机构，用于设于一膨胀机中，所述导叶调节机构包括：

动力源，与所述膨胀机固定连接；

第一传动件，连接并受动于所述动力源而旋转；

第二传动件，套设并受动于所述第一传动件，并沿所述第一传动件的轴向运动；

第三传动件，具有相接的第一端、第二端和第三端，所述第一端与所述第二传动件铰支连接，所述第二端与所述膨胀机铰支连接；

第四传动件，具有相接的支部和主体，所述支部与所述第三端铰支连接，所述主体的一面上呈环形分布有多个第一限位柱；

多个导叶，一端开设有第一腰型孔，另一端设有第二限位柱，各所述导叶的第一腰型孔中分别穿过一个所述第一限位柱，各所述导叶分别经由所述第二限位柱与所述膨胀机铰支连接，各所述导叶旋转而聚拢或散开。

本发明的一些实施例中，所述动力源为伺服电机或步进电机；

所述伺服电机或步进电机中的一个的机轴与所述第一传动件同轴连接。

本发明的一些实施例中，所述第一传动件的外周面上设有第一螺旋槽，所述第一螺旋槽以所述第一传动件的轴向为旋转轴而螺旋延伸；

所述第二传动件上开设有一贯穿孔，所述第一传动件穿过所述第二传动件；

所述贯穿孔的内壁上开设有第二螺旋槽，所述第一螺旋槽与所述第二螺旋槽具有相同的旋转方向和尺寸，并且相互配合。

本发明的一些实施例中，所述第一螺旋槽与所述第二螺旋槽均具有呈齿轮齿廓形的横截面；

所述第一螺旋槽螺旋盘绕形成第一螺旋棱，所述第二螺旋槽螺旋盘绕形成第二螺旋棱，所述第一螺旋棱伸入所述第二螺旋槽，所述第二螺旋棱伸入所述第一螺旋槽。

本发明的一些实施例中，所述第一螺旋槽与所述第二螺旋槽均具有半圆形的横截面，并共同围合出一螺旋腔道，所述螺旋腔道为螺旋延伸的柱状；

所述螺旋腔道内设有多个滚珠，所有的所述滚珠均在所述螺旋腔道内滚动。

本发明的一些实施例中，所述第二传动件的外周面上凸出设置有第三限位柱，所述第三传动件的第一端上开设有第一通孔；

所述第三限位柱穿过所述第一通孔。

本发明的一些实施例中，所述第三传动件的第三端上设有腰型缺口或者第二腰型孔，所述第四传动件的支部上设有第二通孔；

所述腰型缺口或者第二腰型孔中的一个与所述第二通孔之间穿设有销钉。

本发明的一些实施例中，所述第四传动件的主体呈环形，所有的所述第一限位柱环绕所述主体的中心轴设置。

本发明的一些实施例中，所述导叶的正投影形状为气动外型，并包括相接的头部和尾部；

所述头部的正投影形状大致呈圆形，所述尾部的正投影形状大致呈三角形；

所述第一腰型孔设于所述头部上，所述第二限位柱设于所述尾部上。

本发明的一些实施例中，所述导叶调节机构还包括一轴承；

所述轴承与所述膨胀机固定连接，并与所述第一传动件上背离所述动力源的一端转动连接。

为达上述目的，本发明还提供以下技术方案：

一种膨胀机，所述膨胀机包括上述的导叶调节机构。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明提供的导叶调节机构及膨胀机，通过依次连接的动力源、第一传动件、第二传动件、第三传动件、第四传动件以及多个导叶，实现了驱动控制各个导叶发生旋转以及一定程度的平移，进而各个导叶相互间聚拢或散开；具体的，动力源带动第一传动件旋转，第一传动件带动第二传动件做直线往复运动，第二传动件驱动第三传动件旋转，第三传动件再驱动第四传动件旋转，最终带动各个导叶发生同向旋转以及一定程度的平移，以使各个导叶相互聚合或者散开，从而实现了对于导叶的精准有效调节。

2、本发明提供的导叶调节机构及膨胀机，采用伺服电机或步进电机作为动力源并提供旋转扭矩输出，进而驱动第一传动件旋转，进而驱动第二传动件沿着第一传动件的轴向做直线往复运动，使第三传动件转动，进而使第四传动件绕支部旋转，从而使得各个导叶旋转和平移进而聚拢或者散开，以实现对于导叶开合状态的调节控制；并且，相较于现有技术中采用一系列传动件将直线往复运动转化为导叶的旋转运动的方案，本发明所采用的调节方式具有调节精度高、对动力源的载荷要求更小的优点。

3、本发明的一些实施例中，所述膨胀机可以是径流式透平膨胀机；具体的，所述的导叶调节机构可以设置于径流式透平膨胀机的入口位置，以在变工况的条件下调节膨胀机入口的导叶安装角，进而改善叶轮进口处的气体速度三角形的参数，从而降低流道内气流能量的损耗，得以大幅提升变工况条件下的膨胀机运行效率。

4、本发明提供的导叶调节机构及膨胀机，采用外周面设有螺旋槽和螺旋棱的第一传动件，以及通孔内壁设有相应的螺旋槽和螺旋棱的第二传动件，二者相互配合，从而实现了“第一传动件绕自身轴向旋转，并驱动套设在第一传动件外周的第二传动件沿着第一传动件的轴向做直线往复运动”的作用，该传动方式具有高效可靠的优点，提高了整个导叶调节机构的可靠度。

5、本发明提供的导叶调节机构及膨胀机，通过外周面设有具有半圆形截面的螺旋槽的第一传动件、通孔内壁面上设有具有半圆形截面的螺旋槽的第二传动件以及设于螺旋腔道内的多个滚珠的配合，实现了从第一传动件到第二传动件的省力且可靠的传动效果，进一步减小了对于动力源的载荷要求，并且也能满足对于导叶调节的精度要求。

6、本发明提供的导叶调节机构及膨胀机中的第一传动件上远离动力源的一端经由一轴承获得支撑，提高了第一传动件的刚度，避免了运行过程中发生较大的挠度变形所带来的安全隐患，提高了整个调节机构传动过程的精确度，减少了由运动偏差导致的磨损，从而延长了整个工件的服役寿命，并且，由于减少了维修频率也能提高生产效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施方式提供的导叶调节机构在第一视角下的结构示意图；

图2为图1中的导叶调节机构在第二视角下的结构示意图；

图3为图1中的导叶调节机构在第三视角下的结构示意图；

图4为图1中的第二传动件的结构示意图；

图5为图1中的第三传动件的结构示意图；

图6为图1中的第四传动件的结构示意图；

图7为图1中的导叶的结构示意图。

本发明说明书附图中的主要附图标记说明如下：

1-动力源；

2-第一传动件；

3-第二传动件；31-贯穿孔；311-第二螺旋槽；32-限位柱；

4-第三传动件；41-第一端；411-第一通孔；42-第二端；43-第三端；431-腰型缺口；

5-第四传动件；51-支部；511-第二通孔；52-主体；521-第一限位柱；

6-导叶；61-第一腰型孔；62-第二限位柱；63-头部；64-尾部；

7-膨胀机；

8-轴承。

具体实施方式

下面将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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的技术方案提供一种导叶调节机构及膨胀机，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本发明实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

实施例1

如图1和图2所示，本发明的一些实施例中，一种导叶调节机构，用于设于一膨胀机7中，所述导叶调节机构包括：动力源1，与膨胀机7固定连接；第一传动件2，连接并受动于所述动力源1而旋转；第二传动件3，套设并受动于所述第一传动件2，并沿所述第一传动件2的轴向运动；第三传动件4，具有相接的第一端41、第二端42和第三端43，所述第一端41与所述第二传动件3铰支连接，所述第二端42与所述膨胀机7铰支连接；第四传动件5，具有相接的支部51和主体52，所述支部51与所述第三传动件4的第三端43铰支连接，所述主体52的一面上呈环形分布有多个第一限位柱521；多个导叶6，一端开设有第一腰型孔61，另一端设有第二限位柱62，各所述导叶6的第一腰型孔61中分别穿过一个所述第一限位柱521，各所述导叶6分别经由所述第二限位柱62与所述膨胀机7铰支连接，各所述导叶旋转而聚拢或散开。具体的，通过依次连接的动力源1、第一传动件2、第二传动件3、第三传动件4、第四传动件5以及多个导叶6，实现了驱动控制各个导叶6发生旋转，进而各个导叶6相互聚拢或者散开；具体的，动力源1带动第一传动件2旋转，第一传动件2带动第二传动件3做直线往复运动，第二传动件3驱动第三传动件4旋转，第三传动件4再驱动第四传动件5旋转，最终带动各个导叶6发生同向旋转，以使各个导叶6相互聚合或者散开，从而实现了对于导叶6的精准有效调节。

值得说明的是，本发明的一些实施例中，所述膨胀机7可以是径流式透平膨胀机；具体的，所述的导叶调节机构可以设置于径流式透平膨胀机的入口位置，以在变工况的条件下调节膨胀机入口的导叶安装角，进而改善叶轮进口处的气体速度三角形的参数，从而降低流道内气流能量的损耗，得以大幅提升变工况条件下的膨胀机运行效率。

本发明的一些实施例中，所述动力源1为伺服电机或步进电机；所述伺服电机或步进电机中的一个的机轴(未标号)与所述第一传动件2同轴连接。相较于现有技术中采用一系列传动件将直线往复运动转化为导叶的旋转运动的方案，本发明提供的导叶调节机构，采用伺服电机或步进电机作为动力源1并提供旋转扭矩输出，进而驱动第一传动件2旋转，进而驱动第二传动件3沿着第一传动件2的轴向做直线往复运动，使得第三传动件4转动，进而使第四传动件5绕支部51旋转，从而使得各个导叶6旋转而聚拢或者散开，以实现对于导叶6开合状态的调节控制。

如图2和图3所示，本发明的一些实施例中，所述第一传动件2的外周面设有第一螺旋槽，所述第一螺旋槽以所述第一传动件2的轴向为旋转轴而螺旋延伸；所述第二传动件3上开设有一贯穿孔31，所述第一传动件2穿过所述贯穿孔31；所述贯穿孔31的内壁上开设有第二螺旋槽311，所述第一螺旋槽与所述第二螺旋槽311具有相同的旋转方向和尺寸，并且相互配合，以使第一传动件2绕其自身轴向旋转的运动转化成第二传动件3的直线往复运动。

本发明的一些实施例中，所述第一螺旋槽与所述第二螺旋槽311均具有呈齿轮齿廓形的横截面，所述第一螺旋槽螺旋盘绕形成第一螺旋棱，所述第二螺旋槽311螺旋盘绕形成第二螺旋棱，所述第一螺旋棱伸入所述第二螺旋槽311，所述第二螺旋棱伸入所述第一螺旋槽。可以理解的是，上述传动结构方式实现了“第一传动件绕自身轴向旋转，并驱动套设在第一传动件外周的第二传动件沿着第一传动件的轴向做直线往复运动”的作用，并且该传动方式具有高效可靠的优点，提高了整个导叶调节机构的可靠度。具体的，本发明的一些实施例中，所述第一传动件2可以是蜗杆，并可以根据实际需求调整蜗杆的型号、规格和参数。

参考图3，本发明的一些实施例中，所述第一螺旋槽与所述第二螺旋槽311均具有半圆形的横截面，并共同围合出一螺旋腔道，所述螺旋腔道为螺旋延伸的柱状；所述螺旋腔道内设有多个滚珠(未示出)，所有的所述滚珠均在所述螺旋腔道内滚动。本发明的一些实施例中，所述第一传动件2可以是滚珠丝杆，第二传动件3可以是滚珠座，具体采用何种规格、型号的滚珠丝杆和滚珠座则可以根据实际需求加以选定和调整。具体的，通过外周面设有具有半圆形截面的螺旋槽的第一传动件2、通孔内壁面上设有具有半圆形截面的螺旋槽的第二传动件3以及设于螺旋腔道内的多个滚珠的配合，实现了从第一传动件2到第二传动件3的省力且可靠的传动效果，进一步减小了对于动力源1的载荷要求，并且也能满足对于导叶调节的精度要求。

本发明的一些实施例中，膨胀机7可以是膨胀机；更具体的，可以是径流式透平膨胀机。可以理解的是，本发明将上述的滚珠丝杆结构融入膨胀机入口导叶调节膨胀机中，通过丝杆的回转实现滚珠座的微进给，大大提高了导叶调节精度。

值得说明的是，现有技术中，相关的导叶调节方案都是采用作直线往复运动的驱动源，为了给相应的的负载，即导叶，提供足够大的驱动力，就要求执行膨胀机满足大推力和高精度的要求，从而导致了执行膨胀机的技术要求更高且价格昂贵。本发明则是采用作回转运动的动力源1，配合上述的滚珠丝杆结构，实现了极大地降低了扭矩要求，并且可以采用常规的伺服电机或步进电机来实现驱动，从而也极大地降低了对于动力源1的载荷要求。

如图3所示，本发明的一些实施例中，所述第二传动件3的外周面上凸出设置有第三限位柱32，所述第三传动件4的第一端41上开设有第一通孔411；所述第三限位柱32穿过所述第一通孔411。可以理解的是，上述设置能使得导叶调节机构中各个零部件之间的配合协同关系更加的高效紧凑而合理，并且各部件的服役作动表现也具有高效可靠稳定性好的优点。

如图4所示，本发明的一些实施例中，所述第三传动件4的第三端43上设有腰型缺口431，所述第四传动件5的支部51上设有第二通孔511；所述腰型缺口431与所述第二通孔511之间穿设有销钉(未标号)。可以理解的是，上述销钉的作用是，将第三传动件4的转动转化成第四传动件5的转动；上述的腰型缺口431的作用是，容许销钉在腰型缺口431中发生一定程度的平移，以在第三传动件4与第四传动件5的转动关系中协调配合。本发明的另一些实施例中，可以采用第二腰型孔(未示出)来同等地替换上述的腰型缺口431，也能够实现同等地协调配合第三传动件4与第四传动件5之间的转动关系的效果。可以理解的是，上述的腰型缺口431、第二腰型孔以及销钉的具体尺寸参数可根据实际情况加以选择和调整。

如图5所示，本发明的一些实施例中，所述第四传动件5的主体52呈环形，所有的所述第一限位柱521环绕所述主体52的中心轴设置，以与上述的膨胀机7适配，主体52的具体形状和尺寸可根据实际采用的膨胀机7的种类和尺寸加以调整和设计。本发明的一些实施例中，膨胀机7是径流式透平膨胀机，并且导叶调节机构安装在上述的透平膨胀机的入口处。

如图6所示，本发明的一些实施例中，所述导叶6的正投影形状为气动外型，并包括相接的头部63和尾部64；所述头部63的正投影形状大致呈圆形，所述尾部64的正投影形状大致呈三角形；所述第一腰型孔61设于所述头部63上，所述第二限位柱62设于所述尾部64上；上述设计实现了可通过本发明提供的整个导叶调节机构实现导叶6共同聚拢并围合形成一个大圆，或者调节后各个导叶6自身旋转后各自散开，从而调节导叶6。本发明的一些实施例中，膨胀机7可以是径流式透平膨胀机；具体的，导叶调节机构可以设置于径流式透平膨胀机的入口位置，以在变工况的条件下调节膨胀机入口的导叶安装角，进而改善叶轮进口处的气体速度三角形的参数，从而降低流道内气流能量的损耗，得以大幅提升变工况条件下的膨胀机运行效率。

如图6所示，本发明的一些实施例中，导叶6的正投影形状呈勺状，或者司南形状，也可根据实际情况对导叶6的形状加以调整设计。

如图1所示，本发明的一些实施例中，所述导叶调节机构还包括一轴承8；所述轴承8与所述膨胀机7固定连接，并与所述第一传动件2上背离所述动力源1的一端转动连接。可以理解的是，轴承8与第一传动件2的配合，提高了第一传动件2的刚度，避免了运行过程中发生较大的挠度变形所带来的安全隐患，提高了整个调节机构传动过程的精确度，减少了由运动偏差导致的磨损，从而延长了整个工件的服役寿命，并且，由于减少了维修频率也能提高生产效益。

实施例2

一种膨胀机，包括如实施例1中所述的导叶调节机构；具体的，该膨胀机可以是径流式透平膨胀机。可以理解的是，该膨胀机因采用了上述的导叶调节机构，从而获得了对于导叶的高精度调节并且省力的效果，不仅如此，因为上述的导叶调节机构的结构设计具有高效紧凑且可靠性好的特点，也就使得该膨胀机整体的结构设计更加的高效紧凑且可靠性好。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。此外，说明书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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。