活门塞、活门组件及燃气轮机燃油喷嘴的制作方法

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1.本发明涉及一种活门塞，还涉及一种包括该活门塞的活门组件及燃气轮机燃油喷嘴。

背景技术：

2.现代燃气轮机燃油喷嘴一般采用活门组件调节燃油流量，活门组成部分一般包含活门塞、活门缸和弹簧等，当燃气轮机切换工作状态时，活门塞相对活门缸发生移动，通过活门塞与活门缸之间的漏油窗口面积的变化，来实现燃油流量调节功能。活门塞和活门缸之前的配合间隙对活门组件的性能非常重要，当间隙过大时，燃油将从间隙中渗漏，活门组件无法实现密封功能；当间隙过小时，活门塞和活门缸相对运动时容易发生卡滞，造成燃油滞后率较大，无法满足活门性能要求。
3.发明人发现，在活门工作过程中，燃油中细小的杂质会积存在活门塞和活门缸的间隙中，增大活门塞和活门缸的摩擦力，影响燃油滞后率，造成活门工作状态不稳定，影响燃油喷嘴性能和安全。
4.因此，需要提供一种活门组件，可以在满足配合间隙要求的情况下解决活门长时间工作时，燃油杂质积存在活门塞和活门缸间隙的问题。

技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种活门塞，可以在配合活门缸时，满足配合间隙要求的同时，避免燃油杂质积存在活门塞和活门缸间隙。
6.本发明的另一目的是提供一种活门组件，可以在满足配合间隙要求的同时，避免燃油杂质积存在活门塞和活门缸间隙。
7.本发明的又一目的是提供一种燃气轮机燃油喷嘴，可以避免出现燃油杂质积存在活门塞和活门缸间隙的情况。
8.本发明提供一种活门塞，用于适配在活门缸的具有竖直孔段的缸孔中，所述活门塞包括柱台，所述柱台具有上下贯穿的穿孔，供流体从所述柱台的上侧流向下侧，并且所述柱台从上柱端朝向下柱端横向尺寸逐渐减小，并且所述柱台的上柱端设置成与所述竖直孔段间隙配合。
9.在一个实施方式中，所述柱台的外柱面为圆锥面。
10.在一个实施方式中，所述圆锥面的锥度为1:20～1:100。
11.在一个实施方式中，所述活门塞还包括：凸台，通过轴颈段连接在所述柱台的下方并且设置成可适配在所述竖直孔段中，并且所述凸台的外周面设置有上下延伸且向内凹陷的排流槽，所述排流槽的上端侧开放；和盖台，连接在所述凸台的下侧，用于从下侧封堵所述竖直孔段，所述排流槽的下端侧闭合在所述盖台的上侧。
12.本发明还提供一种活门组件，包括活门缸和活门塞，所述活门缸的缸孔具有竖直孔段，所述活门塞包括柱台，所述柱台具有上下贯穿的穿孔，供流体从所述柱台的上侧流向
下侧，并且所述柱台从上柱端朝向下柱端横向尺寸逐渐减小，并且所述柱台的上柱端与所述竖直孔段间隙配合，借此，所述活门塞适配在所述竖直孔段中。
13.在一个实施方式中，所述柱台的外柱面为圆锥面。
14.在一个实施方式中，所述圆锥面的锥度为1:20～1:100。
15.在一个实施方式中，所述活门缸的所述缸孔设置有引进所述流体的进流口和流出所述流体的出流口，并且所述进流口设置在所述柱台的上侧；所述出流口设置在所述竖直孔段的孔壁，随着所述活门塞相对于所述活门缸上下活动，所述出流口被所述柱台的外柱面封挡的面积逐渐变化，借此调节从所述出流口流出的流体流量。
16.在一个实施方式中，所述活门塞还包括：凸台，通过轴颈段连接在所述柱台的下方并且适配在所述竖直孔段中，并且所述凸台的外周面设置有上下延伸且向内凹陷的排流槽，所述排流槽的上端侧开放；和盖台，连接在所述凸台的下侧，用于从下侧封堵所述竖直孔段，所述排流槽的下端侧闭合在所述盖台的上侧，随着所述活门塞相对于所述活门缸上下活动，所述排流槽的槽口露出在所述竖直孔段下方的面积逐渐变化，借此调节从所述排流槽排出的流体流量。
17.本发明还提供一种燃气轮机燃油喷嘴，具有上述的活门组件，所述活门组件的出流口或排流槽通向燃烧室的主燃级或预燃级。
18.采用上述活门塞、活门组件及燃气轮机燃油喷嘴时，活门塞的柱台从与活门缸竖直孔段间隙配合的上柱端朝向下柱端横向尺寸逐渐减小，因而活门塞与活门缸之间的配合间隙可以不断增大，当燃油中的杂质进入该配合间隙时，燃油会将杂质冲出该配合间隙，不会发生燃油杂质在配合间隙的积存堵塞的情况。而且，活门塞的柱台与竖直孔段之间的配合间隙可以通过上柱端的间隙配合来满足，因而不会影响配合间隙的要求。因此，采用上述活门塞、活门组件及燃气轮机燃油喷嘴时，可以在满足配合间隙要求的同时，避免活门组件长时间工作造成燃油滞后率增大的问题，可以避免活门工作状态不稳定，提高性能。
附图说明
19.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
20.图1是根据本发明的示例性活门塞的立体图。
21.图2是根据本发明的示例性活门组件的示意图。
22.图3是活门组件在配合间隙处的局部放大图。
具体实施方式
23.下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施方式的内容限制本发明的保护范围。
24.例如，在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步
地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。
25.图1示出了示例性活门塞10的构造。图2示出了包括活门塞10的活门组件100的构造，而图3局部放大地示出了图2中活门塞10与活门缸20的配合情况。需要理解，附图均仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
26.参见图2，活门塞10用于适配在活门缸20的具有竖直孔段201的缸孔200中。活门塞10可以包括柱台1。结合图1，柱台1具有上下贯穿的穿孔12，供流体从柱台1的上侧流向下侧。图示实施方式中，柱台1可以具有沿周向c0分布的多个穿孔12。
27.参见图3，柱台1从上柱端14朝向下柱端15横向尺寸逐渐减小。柱台1的上柱端14设置成与竖直孔段201间隙配合。换言之，柱台1的最大直径(也即，柱台1在其上柱端14的直径d14)设置成允许柱台1适配在活门缸20的缸孔201中。
28.继续参见图2，活门组件10包括活门缸20和活门塞10。如前所述，活门缸20的缸孔200具有竖直孔段201，柱台1的上柱端14与竖直孔段201间隙配合，借此，活门塞10适配在竖直孔段201中。
29.文中参考图2使用诸如“上”、“下”、“竖”、“横向”等等的空间关系词语来描述附图中示出的一个元件或特征与其他元件或特征的关系，也仅是为了方便描述。需要理解，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的元件或组件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。例如，如果翻转附图中的组件，则被描述为在其他元件或特征“下”的元件的方向将改为在所述其他元件或特征“上”，因此，应相应地解释文中使用的空间关系描述词。
30.采用上述活门塞10时，柱台1从与竖直孔段201间隙配合的上柱端14朝向下柱端15横向尺寸逐渐减小，也即，采用自上而下(也即从穿孔12的进流侧朝向出流侧)渐缩的形式，活门塞10与活门缸20的配合间隙可以不断增大，当流体诸如燃油中的杂质进入活门塞10和活门缸20的配合间隙时，燃油会将杂质冲出活门塞10与活门缸20之间的配合间隙，不会发生燃油杂质在配合间隙的积存堵塞的情况。而且，柱台1与竖直孔段201之间的配合间隙可以通过上柱端14的间隙配合来满足，因而不会影响配合间隙的要求。
31.而且，采用上述活门塞10时，由于活门塞10和活门缸20之间的配合间隙至关重要，单独依靠车加工和铣加工难以达到零件所需的尺寸和形位公差要求。因此，目前对采用直柱面的活门塞进行加工时，一般会在机械加工完成后保留一定的余量，然后在调试过程中使用研磨膏手工研磨活门塞和活门缸来保证其配合间隙，这种加工方法工作量大，一致性差、零件合格率低。而上述活门塞10中，柱台1采用自上而下渐缩的形式，因此可以仅在上柱端14的尺寸精度要求高，而朝向下柱端15的部分则要求可适当降低，因而可以完全采用机械加工，能够大大减轻工作量，同时提高零件的一致性和合格率。
32.参见图2，活门组件100中，活门缸20的缸孔200设置有引进流体的进流口202a和流出流体的出流口202b(图3中示出)。
33.活门塞10适配在竖直孔段201时，进流口202a可以设置在柱台1的上侧。图示实施方式中，缸孔201还可以具有连接在竖直孔段201上侧的扩孔段201c，扩孔段201c的孔径尺寸相对于竖直孔段201略微增大，进流口202a可以设置于扩孔段201c。这样可以减少需要精
加工的竖直孔段201的长度。
34.参见图3，出流口202b可以设置在竖直孔段201的孔壁201a，随着活门塞10相对于活门缸20上下活动，出流口202b被柱台1的外柱面11封挡的面积逐渐变化，借此可以调节从出流口202b流出的流体流量。在一个实施方式中，出流口202b可以包括上下多排设置的多个小孔，活门塞10相对于活门缸20上下活动时，遮挡不同数量的孔，借此调节流量。这也是出流口202b被柱台1的外柱面11封挡的面积逐渐变化的一种形式。
35.柱台1从与竖直孔段201间隙配合的上柱端14朝向下柱端15横向尺寸逐渐减小，相比于横向尺寸不变的情况，随着活门塞10相对于活门缸20上下活动，出流口202b被柱台1的外柱面11封挡的面积逐渐变化的同时，出流口202b与外柱面11之间的横向间隙也会逐渐变化，这可以使得对从出流口202b流出的流体流量进行调节的灵敏度增加。
36.图示实施方式中，柱台1的外柱面11优选为圆锥面。相应地，活门缸20的缸孔200的竖直孔段201为直圆孔。由于构成外柱面11的圆锥面自上而下逐渐渐缩，因而也可以称之为倒圆锥面。柱台1的外柱面11可以通过倒锥磨工艺加工而成，倒锥磨工艺中，可以使圆柱形棒材沿着中心轴线自转，通过设置在该圆柱形棒材的侧边的磨头对该圆柱形棒材进行磨削，同时磨头沿着与中心轴线相交的进给方向进给，即可得到外柱面11为圆锥面的柱台1。
37.在优选的实施方式中，构成外柱面11的圆锥面的锥度r1可以为1:20～1:100。圆锥面的锥度r1＝l1/l2。如图3所示，其中，l1是柱台1的厚度，l2是柱台1在其上柱端14的直径d14减去柱台1在其下柱端15的直径以后的数值的一半，也即，柱台1在其上柱端14的半径与柱台1在其下柱端15的半径的差值。柱台1的上柱端14与竖直孔段201之间间隙配合例如可以控制在h4/g5。
38.上述锥度r1的设置范围可以满足设计需求。锥度较大时，会造成活门塞外柱面11下端与活门缸20的缸孔200的竖直孔段201间隙较大，无法满足活门塞与活门缸的密封要求及活门塞的尺寸公差要求；锥度较小时，无法解决燃油杂质积存在活门塞和活门缸间隙的问题。加工及试验发现，当锥度＞1:10时，活门塞外柱面11下端已无法满足尺寸要求，当锥度＜1:150时，已无法解决燃油杂质在该位置的积聚问题，活门工作超过3.5h后，活门滞后率变化已超过5％，无法满足设计要求。试验验证，将此处锥度设计为1:20～1:100，可以保证密封性及排污作用。
39.图示实施方式中，活门塞10还可以包括凸台2和盖台3。
40.凸台2可以通过轴颈段42连接在柱台1的下方并且设置成也可适配在竖直孔段201中。也即，活门塞10的柱台1和凸台2可以均适配在活门缸20的缸孔200的竖直孔段201中。图示实施方式中，凸台2的外周面21可以为直柱面，该直柱面的直径(也即，凸台2的直径d2)设置成允许凸台2适配在活门缸20的缸孔200的竖直孔段201中。例如，柱台1的最大直径(也即，柱台1在其上柱端14的直径d14)和凸台2的直径d2可以相同。需要理解，文中描述各个尺寸相同是允许一定的制造误差的，例如，允许相差0.01mm以内。
41.凸台2的外周面21可以设置有上下延伸且向内凹陷的排流槽22，排流槽22的上端侧p224开放，而排流槽22的下端侧p225闭合。
42.盖台3连接在凸台2的下侧，用于从下侧封堵竖直孔段201，排流槽22的下端侧p225闭合在盖台3的上侧。也即，盖台3的横向尺寸大于凸台2的横向尺寸且大于竖直孔段201的孔径尺寸，因而可以从下侧封堵竖直孔段201。图示实施方式中，凸台2、盖台3和柱台1均是
柱形台形式。
43.活门组件100中，如前所述，活门塞10的凸台2适配在活门缸20的竖直孔段201中。随着活门塞10相对于活门缸20上下活动，排流槽22的槽口220露出在竖直孔段201下方的面积逐渐变化，借此调节从排流槽22排出的流体流量。
44.上述活门组件100中，活门缸20的缸孔200内的空间由活门塞10的柱台1分成上、下两个腔室s4、s5。流体诸如燃油经由进流口202a从活门缸20的外部进入缸孔200内的上腔室s4，然后经由柱台1的穿孔12进入下腔室s5，通过活门塞10在活门缸20的缸孔200的竖直孔段201内上下滑动，排流槽22可以在被竖直孔段201的孔壁201a封堵以及槽口220露出的状态之间切换，而且槽口220露出的面积可以变化，因而可以控制从排流槽22流出的流体的流量。
45.采用上述活门塞10可以与活门缸20配合，构成一个进口(进流口202a)配置两个出口(出流口202b和排流槽22)的结构，而且，活门塞10上下活动，可以同时调节两个出口的流量。上述活门组件100特别适用于燃气轮机燃油喷嘴。
46.本发明还提供一种燃气轮机燃油喷嘴，该燃气轮机燃油喷嘴具有上述活门组件100，活门组件100的出流口202b或排流槽22通向燃烧室的主燃级或预燃级。活门组件100同时具有出流口202b和排流槽22时，出流口202b可以通向主燃级和预燃级中的第一方，而排流槽22相应地通向主燃级和预燃级中的第二方。
47.图示实施方式中，活门塞10还可以包括柱轴41，柱轴41连接在柱台1的上侧。柱轴41、柱台1、轴颈段42、凸台2、盖台3可以是一体的，例如由同一棒材机加工而成，图中以及描述中分开仅是为了描述清楚。
48.在一个实施方式中，排流槽22的横截面面积沿着槽长方向d22变化，图2中，沿着上下方向变化。排流槽22的横截面也即排流槽22的垂直于槽长方向d22的截面。可以通过排流槽22的横截面面积沿着槽长方向d22的变化情况，来灵活控制活门塞10在缸孔200内上下滑动时从排流槽22流出的流体的流量变化速率。例如，排流槽22的横截面面积可以自下而上逐渐增大，这样，在活门塞10沿着缸孔200向下滑动时，从排流槽22流出的流体的流量可以更快地增加。在另一实施方式中，排流槽22的槽口宽度可以沿着槽长方向d22变化，这样也有利于灵活控制活门塞10上下滑动时从排流槽22流出的流体的流量变化速率。排流槽22例如可以采用截面为矩形的矩形槽形式。
49.可以理解，文中使用了特定词语来描述本发明的实施方式，如“一个实施方式”、“另一实施方式”、和/或“又一实施方式”意指与本发明至少一个实施方式相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一个实施方式”或“另一实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外，本发明的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
50.在一个实施方式中，凸台2的外周面21设置有沿周向c0分布且槽长各不相同的多个排流槽22。例如，多个排流槽22可以沿周向c0均匀分布，且槽长尺寸各不相同，这样活门塞10上下滑动到不同位置时，可能槽口220露出的排流槽22的数量会变化，因而可以更加灵活地控制活门塞10上下滑动时从排流槽22流出的流体的流量变化速率。
51.图示实施方式中，活门缸20为下端开口而上端闭合的筒形构件，该筒形构件在上端具有滑孔204，供活门塞10的柱轴41穿出，与柱轴41滑动配合。滑孔204是上、下均有倒角
b1、b2的通孔。构成活门缸20的筒形构件的筒孔构成缸孔20，而缸孔200的在下端开口侧的孔段构成竖直孔段201，缸孔201在上端闭合侧的有底孔段构成前述扩孔段202。
52.实际运行时，可以通过驱动装置诸如电机驱动柱轴41穿出滑孔204的上端活动，而带动活门塞10上下滑动。
53.上述活门塞10可以采用如下步骤加工：备料-粗车外圆-粗车工艺台-精车外圆-淬火-对研顶尖孔-粗磨外圆-电加工圆孔-电加工矩形槽-精磨外圆-采用倒锥磨工艺精磨配合面-线切割工艺台-磨工艺台-检验。
54.采用上述渐缩形式的活门塞，可以采用上述全部机械加工的活门塞加工工艺，因而无需手工研磨，能够提高加工或生产效率，同时提高零件的一致性和合格率。而且，采用倒锥磨工艺来提供圆锥面形式的柱台，能够解决活门组件长时间工作燃油杂质积存在活门塞和活门缸间隙内，造成活门组件滞后率变大的问题，提高活门组件的工作稳定性。
55.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

技术特征：

1.一种活门塞，用于适配在活门缸的具有竖直孔段的缸孔中，其特征在于，所述活门塞包括柱台，所述柱台具有上下贯穿的穿孔，供流体从所述柱台的上侧流向下侧，并且所述柱台从上柱端朝向下柱端横向尺寸逐渐减小，并且所述柱台的上柱端设置成与所述竖直孔段间隙配合。2.如权利要求1所述的活门塞，其特征在于，所述柱台的外柱面为圆锥面。3.如权利要求2所述的活门塞，其特征在于，所述圆锥面的锥度为1:20～1:100。4.如权利要求1所述的活门塞，其特征在于，所述活门塞还包括：凸台，通过轴颈段连接在所述柱台的下方并且设置成可适配在所述竖直孔段中，并且所述凸台的外周面设置有上下延伸且向内凹陷的排流槽，所述排流槽的上端侧开放；和盖台，连接在所述凸台的下侧，用于从下侧封堵所述竖直孔段，所述排流槽的下端侧闭合在所述盖台的上侧。5.一种活门组件，包括活门缸和活门塞，所述活门缸的缸孔具有竖直孔段，其特征在于，所述活门塞包括柱台，所述柱台具有上下贯穿的穿孔，供流体从所述柱台的上侧流向下侧，并且所述柱台从上柱端朝向下柱端横向尺寸逐渐减小，并且所述柱台的上柱端与所述竖直孔段间隙配合，借此，所述活门塞适配在所述竖直孔段中。6.如权利要求5所述的活门组件，其特征在于，所述柱台的外柱面为圆锥面。7.如权利要求6所述的活门组件，其特征在于，所述圆锥面的锥度为1:20～1:100。8.如权利要求5所述的活门组件，其特征在于，所述活门缸的所述缸孔设置有引进所述流体的进流口和流出所述流体的出流口，并且所述进流口设置在所述柱台的上侧；所述出流口设置在所述竖直孔段的孔壁，随着所述活门塞相对于所述活门缸上下活动，所述出流口被所述柱台的外柱面封挡的面积逐渐变化，借此调节从所述出流口流出的流体流量。9.如权利要求5所述的活门组件，其特征在于，所述活门塞还包括：凸台，通过轴颈段连接在所述柱台的下方并且适配在所述竖直孔段中，并且所述凸台的外周面设置有上下延伸且向内凹陷的排流槽，所述排流槽的上端侧开放；和盖台，连接在所述凸台的下侧，用于从下侧封堵所述竖直孔段，所述排流槽的下端侧闭合在所述盖台的上侧，随着所述活门塞相对于所述活门缸上下活动，所述排流槽的槽口露出在所述竖直孔段下方的面积逐渐变化，借此调节从所述排流槽排出的流体流量。10.一种燃气轮机燃油喷嘴，其特征在于，具有如权利要求5至9中任一项所述的活门组件，所述活门组件的出流口或排流槽通向燃烧室的主燃级或预燃级。

技术总结

本发明提供一种活门塞，用于适配在活门缸的具有竖直孔段的缸孔中，活门塞包括柱台，柱台具有上下贯穿的穿孔，供流体从柱台的上侧流向下侧，并且柱台从上柱端朝向下柱端横向尺寸逐渐减小，并且柱台的上柱端设置成与竖直孔段间隙配合。本发明还提供一种包括上述活门塞的活门组件及燃气轮机燃油喷嘴。上述活门塞可以在配合活门缸时，满足配合间隙要求的同时，避免燃油杂质积存在活门塞和活门缸间隙。免燃油杂质积存在活门塞和活门缸间隙。免燃油杂质积存在活门塞和活门缸间隙。