CN102171417B - 用于控制涡轮发动机中变几何装置的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一个用于控制至少两个涡轮机上的变几何装置的控制系统，该系统包括一个致动器，该致动器致动两个装置(22，110，210)；其中一个装置包括至少一个变螺距定子叶片(14)级(10)，另一个装置为一个用在涡轮机机身上的放气阀(136)。所述控制系统用于当所述致动器的致动参数增长时，控制所述叶片级逐渐地开启，和控制所述放气阀逐渐地关闭。结果，通过应用这种单一控制系统的方式，该控制系统可以方便地控制两个装置。本发明还提供了一个包含有该控制系统的涡轮机。

Description

用于控制涡轮发动机中变几何装置的系统
本发明涉及控制涡轮机中变几何装置的通用领域。更具体地，本发明寻求最优化多个涡轮机装置的控制。
术语“变几何装置”用在此处意指：包括尺寸、形状、位置，和/或速度的控制元件的任何装置，该控制元件能够根据检测到的事件或者根据涡轮机速度而被改变，以对涡轮机的运行发生作用。这些装置中变几何的例子包括压缩机的放气阀的位置，涡轮叶片顶端之间的间隙，燃料泵的速率等等。
术语“机身”用在此处意指涡轮机子组件，该涡轮机子组件包括作为主构件的压缩机和涡轮机，该压缩机和涡轮机装配在共同的轴上。这种机身的特别例子是后燃烧机身，该后燃烧机身中的压缩机单独地由收缩喷嘴制成，如冲压式喷气发动机中所使用的。涡轮机不同机身的典型例子是由涡轮喷气发动机的低压和高压转子组成。
通常，涡轮机转子被设计成能够相互独立的运行。他们的转速是独立的，即使在特定的运行速度下它们会相互连接或者相互关联。
按照惯例，由于涡轮机的不同转子之间的这种独立性，为了控制连接有不同的转子的变几何装置，需要给这些装置提供各自不用的控制系统，用于控制这些装置。这就是为什么控制连接有两个不同的转子的两个变几何装置需要两个控制电路，两个致动器，两个电源等等。
这样引起该种控制系统的重量，成本和尺寸相对比较庞大。当这种涡轮机装配在小型飞行器上时，也引出了一些特别的问题，这些问题格外的尖锐。
因此，本发明的第一个目的在于定义一种控制系统，该系统用于控制涡轮机中至少两个变几何装置，该系统包括致动上述两个装置的致动器，包括具有至少一级变螺距定子叶片的装置，以及一种装置是或者至少包括涡轮机机身的放气阀；该控制系统至少部分改善了上述所提及的浪费，成本和尺寸的问题。
完成上述目的，事实上在于设置控制系统，以随着所述致动器的致动参数增加，控制所述叶片级逐渐地开启，和控制所述放气阀逐渐地关闭。
在一个具体实施方式中，所述控制系统使用一个致动器，适用于控制三个或者四个变几何装置。
在一个具体实施方式中，变几何装置对于多个涡轮机转子，特别地，对于两个转子是常用的。
通过应用一个致动器用来控制多个(至少两个)变几何装置，所述控制系统减少了涡轮机的部件数量，从而达到本发明的目的。用于第二变几何装置的第二控制系统的重量，体积和成本被消除了，至少消除了很大的外形。
特别是在两转子涡轮机，例如，具有高压转子和低压转子的涡轮机中适于实施本发明。变螺距叶片级通常为高压转子的一部分。在这种情况下，由控制系统控制的第一装置可以是涡轮机的低压转子的一部分，而第二控制装置，包括变螺距叶片级，为高压转子的一部分。
当涡轮机高压转子的变螺距叶片级和低压转子的装置位于高压转子的外围(并且相对的上游)时，它们特别地适于一起被控制：因此，它们位于高压转子的附近。这种邻近的设置，更容易实现用于叶片级和低压转子的变几何装置的共同的控制系统。
在一个具体实施方式中，在第二装置中，所述叶片级由多个叶片和控制环组成，每个叶片枢转地安装在涡轮机外壳上，控制环围绕外壳，该控制环与叶片级上的每个叶片通过各自的连接杆连接，所述致动器适于通过致动构件使叶片级上的控制环转动，该致动构件枢轴地安装在外壳上。
在一个具体实施方式中，变几何装置为或者至少包括涡轮机的至少一个放气阀，并且可以是单独的阀或者等同的一组阀，用来泄气或者放气。
在不同的具体实施方式中，是或者包括至少一个放气阀的变几何装置是或者包括任何一个下列组件或者下列装置之一的组件：
可变增压的放气阀(VBV)；
瞬时放气阀(TBV)或者开始放气阀(SBV)，用于对来自高压压缩机的空气进行放气并且提供按比例的开启；
操作放气阀(HBV)，用于对来自高压压缩机的空气进行基于开和开/关的放气。
低压涡轮活动间隙控制(LPTACC)阀或者高压涡轮活动间隙控制(HPTACC)阀，用于调节空气流，该气流有助于控制间隙。
此外，本发明的控制系统特别包括有如下的各种改进：
在一个具体实施方式中，在控制系统中，致动器包括活动的控制元件，该控制元件通过运动将命令传递给两个装置。该控制元件例如可以是致动器的臂。
在一个不同的具体实施方式中，致动器通过改变参数，在第一装置的致动范围内对所述第一装置进行致动，超出该致动范围，所述致动器对第一装置不起作用，所述致动器通过使相同的参数在所述第二装置的致动范围内改变，对第二装置致动，超出该致动范围，所述致动器对第二装置不起作用，所述第一装置的致动范围的至少一部分位于所述第二装置的致动范围之外。
上述的致动器参数通常指致动器的致动元件的位置参数。例如这个参数为致动器臂的末端的位置。引起这个参数的变化相当于移动致动器的末端或者移动致动器操作末端的位置。
在这个控制系统中，通过应用一个致动器来控制两个变几何装置变得很容易，事实上这两个装置的致动范围并不相适应，其中的一个装置(第一装置)的致动范围中包括的一部分并不是来自另一个装置(第二装置)的致动范围的部分。
控制系统的运转通常被设计成适用于每一个装置，装置的致动范围边界之间的致动参数的变化，通过足够的振幅，足以致动所述范围的装置。
此外，当在范围内变化的致动参数超出了装置之一的致动范围，这个装置将不会被致动器致动。没有动作被有效地应用于装置之一的这种致动器参数的范围值构成了“停转”。在这个范围内，不管参数如何变化，致动器都不会对所述装置起(有意义的)作用。
与使用这种控制系统有关的控制难点在于对于致动器的每个动作都被或者可以被传递到一个和/或另外一个装置上，这取决于是否致动器位于它们各自致动范围中的一个或者另一个或者两个范围。
例如，使致动参数在第一装置致动范围变化时，如果这个变化也位于另外一个装置的致动范围，接着，新的命令同时传递给了两个装置，因为相同参数，即，致动参数的变化决定了这两个命令。
当两个装置的致动范围之间的重叠非常小时，和/或当至少一个装置的控制变化的振幅可以保持的小或者有限的时，而致动参数在另一个装置的整个致动范围变化，使用本发明控制系统的难点还要考虑可被接受，并且有时被忽视或者不存在。
因此，尽管在使用上的这种困难，但是通过同时控制涡轮机中两个变几何装置的可行性所获得的节省，从而摆脱了拥有两个控制系统的重量，尺寸和成本是优点。
通过选择适合的实施方式也可以最小化使用该控制系统的难点。
在一个具体实施方式中，第二装置的致动范围包含在第一装置的致动范围内。这样规定使得第一装置可以具有大的致动振幅，因此，有利于其机械实施和限制控制构件和/或受控元件所受到的机械应力。
在一个具体实施方式中，第二装置的致动范围具有第一装置致动范围总振幅的小于20％，或者小于10％的振幅。因此，第二装置的致动范围的振幅减小了。结果，当第二装置的范围包含在第一装置的范围内时，对第二装置的控制动作只能对第一装置的控制引起微小的变化，这些变化几乎感觉不到。这个规定可以更易于使用单个控制系统用来控制两个受控装置。当第二装置被控制在该装置所提供的完全控制振幅范围时，第一装置的控制基本上保持恒定，或者至少它的变化很小或者很少。
在一个具体实施方式中，致动器和其中一个装置之间的连接包括制动装置，该制动装置适于通过致动参数范围值内的致动器，停止驱动所述装置。这个参数范围因此位于所述装置的致动范围以外。因此，这个制动装置用于保留部分致动范围，用于控制除了所考虑装置以外的一个或者更多的装置。即使应用于其它装置之一的的控制变化，所考虑的装置也必须不受到影响，这可以是必要的。
作为这个具体实施方式的一个变化，制动装置包括第一控制构件，所述第一控制构件在第二控制构件的中空空间内活动，所述空间提供了第二装置的空动。通过活动控制构件所提供的空动，可以自由地控制第一装置的同时，该控制不对第二控制装置产生任何影响。
在一个具体实施方式中，该控制系统包括致动缩放装置，该装置设置在致动器和其中一个装置之间的连接处。因此，由于该致动缩放装置提供的缩放，即使该装置的致动范围具有很小的振幅，也可以通过很大的振幅来控制该装置。这种缩放装置的例子是臂。
在一个具体实施方式中，该控制系统也包括回位装置，至少当致动参数在装置致动范围以外的范围变化时，该回位装置用于将其中的一个装置的控制构件保持在预定位置上。
本发明的第二目的是限定涡轮机，该涡轮机装配有控制系统，该控制系统包括致动器，该致动器适于控制该涡轮机的两个变几何装置，所述装置形成了两个不同的机身部分，该涡轮机呈现出很小的重量，成本，和/或尺寸。
通过下述达到该目的，涡轮机装配有上述控制系统。
通过阅读以非限制性实施例方式所示的下面实施方式的详细描述，可以更好地理解本发明，并且其优点更明显：说明书参考了附图，其中
图1为本发明控制系统的透视图；
图2、3和4为图1系统的平面图，分别展示了致动器的最小，居中，和最大的扩展延伸位置；
图5为图1至图4中所示的控制系统的纵向截面图，作为一个特殊情况，其中所述变几何装置是高压转子的放气舱口；
图6展示了一个不同的分离系统，该系统能够提供一定数量的“空转”；
图7为曲线图，表示对本发明控制系统所控制的装置的作用，所述控制系统结合了图6中所示的脱机装置。
参考图1至图4，本发明的控制系统1的具体实施方式如下描述。
控制系统1用于控制控制环22的转动以及第二装置110的控制构件115的移动，该控制环22用于控制变螺距叶片的级10(第一装置10)。
第二变几何装置110可以具有多种类型，例如，它可以是涡轮机的放气阀。
作为一个例子，变螺距叶片级10形成涡轮机压缩机的一部分。该压缩机包括环形定子罩12，所述环形定子罩12(或者外壳)位于涡轮机的X-X轴线的居中部位。
级10包括多个叶片14，这些叶片14围绕着涡轮机x-x轴线径向设置。每个叶片14绕着穿过外壳12的销钉16(枢轴)枢转。
每个变螺距叶片14的枢轴16都与控制杆或者连杆18的一个末端连接，该控制杆或者连杆18的另一末端铰接于控制环22上径向延伸的栓19上。
控制环22环绕外壳12，并且位于涡轮机的X-X轴线的中心。通过围绕涡轮机X-X轴线转动控制环22，叶片14的角位置由此可以同时改变。
此外，所述控制系统包括圆柱形的致动器24，该致动器24固定在外壳12上，用于经由曲柄型传动构件26，驱动该级10的控制环22旋转，该曲柄型传动构件26的枢轴安装在涡轮机外壳12的部件28上.
所述致动器24通过电力控制部件100控制(图2至4所示)。
套筒螺母型的控制连接棒32用于将曲柄型传动构件26的运动传送给环22。该连接棒成切线延伸到环22，并且经由连接叉27固定在环22上。自连接叉27的相对末端，该连接棒32被固定在曲柄型传动构件26的一个臂(或分支)上，在那里铰接。
所述曲柄型构件26和连接棒32构成了从致动器24到控制环22的致动传输系统。
该命令起初经由同步杆30传送至第二受控装置110。
所述同步杆30将致动器24的动作经由曲柄型从动构件26’传动至第二装置110，同样地，该曲柄型从动构件26’枢轴固定在外壳12的部件28上。
因此，所述控制系统的同步杆30将传动曲柄26和从动曲柄26‘的两个独立的臂38和40通过铰接连接在一起。所述致动器24与传动曲柄26的第三个臂42铰接，第三个臂42与所述连接棒32连接的臂34相对。
此外，图1至4所述的控制系统包括致动缩放装置20(对于发明不是必要的)，该装置20置于致动器24和变几何装置110之间。
该装置特别地包括附加枢轴构件44(或者附加曲柄)，设置于从动构件26’和变几何装置110之间。该附加曲柄44枢轴地安装在从动构件26‘上，以及，经由导杆50和铰接支座54间接安装在外壳12上。
所述附加曲柄44具有臂46，该臂46的第一末端与变几何装置110的控制线缆60的一个末端62铰接。该臂46的第二末端枢轴地安装在从动曲柄26’的臂36末端上。在该臂46的第二末端处，所述附加曲柄44也包括有枢轴栓48，该枢轴栓48沿着从动构件26’上的附加曲柄44的枢轴轴线z垂直延伸至第一臂46。所述导杆50穿过该枢轴栓48，。导杆50可滑动地安装在滑动环52上，该滑动环52经由焊接在外壳上的铰接支座54枢轴地固定在外壳12上。
所述致动缩放装置20和变几何装置110之间远程连接，也就是说，经由推-拉线缆60(例如Bowden缆线类型)和滑动连接构件120远程连接。
致动器24的驱动，经由曲柄26，同步杆30，从动曲柄26’传递，并且由致动缩放装置20放大(该装置的运转过程在后面描述)，传输至推-拉控制线缆60。
所述控制线缆60的末端64与U型叉126的中部连接。该U型叉126的两个分支穿过所述变几何装置110的控制构件115的每一面，用于控制装置110沿箭头A的指示方向的运动。该控制构件115为一种具有椭圆形孔124的长方形金属板，U型叉126的两个分支通过杆122连接在一起，杆122穿过所述椭圆形孔124.
所述U型叉126和杆122在长形孔124中滑动，构成了滑动连接构件120。致动器24经由所述滑动连接构件120驱动该第二装置110，其可滑动，限定一定量的空转。只要杆122在长形孔124中移动而没有与孔124的任意一端相接，所述控制构件115就不会移动，或者换句话说，致动器24的移动并没有引起装置110的控制构件115的移动。
应在另外一个具体实施方式中观察到(没有展示)，所述控制线缆60的末端62可以与从动曲柄26’的臂36的末端直接连接(图1)，因此，获得了与第一控制装置10(变螺距叶片级10上的控制环22)一样的行程。这个具体实施方式被用于当所述第二装置的控制不需要任何致动行程的缩放时。
为了理解控制系统1的运转过程，图2至图4展示了该系统在三个位置上的运动，与致动器24位置的最小扩展范围，居中扩展范围，和最大扩展范围相适应。在控制系统1中，本发明24的扩展构成了致动器的致动参数。
作为一种举例，图2展示了装置的起始动作。在初始位置(图2)，所述致动器位于它的的最小扩展范围位置；这些变螺距叶片14位于其开口位置。
从此位置开始，致动致动器24引起曲柄26转动，并且通过同步杆30驱动也引起从动曲柄26’的转动。部件28上曲柄26绕着其枢轴点的转动，接着驱动连接杆32，从而使环22沿一个方向转动或者沿涡轮机的X-X的轴线转动。如上述所所提到的，转动环22通过控制杆18导致叶片14的级10的角位置的同步改变。
此外，曲柄26’的转动导致曲柄44开始转动一个角度，该角度相对曲柄26’转动的角度被缩放。角度缩放事实上与下列事实有关：从动曲柄26’的枢转导致该附加曲柄44的枢轴栓(臂48)非常接近外壳(铰接支座54)上的枢轴点。在这种情况下，从动曲柄26’上的非常小量的转动导致了附加曲柄44相应的大量的转动。
附加曲柄44的转动驱动所述控制线缆60在其外壳内滑动，并驱动所述U型叉126，所述线缆和U型叉通过附加曲柄44的臂46被向后推动。
图3对应于致动器24特殊的扩展延伸位置。
当致动器24扩展延伸时，所述控制线缆60将U型叉126和与之一起的位于椭圆形孔124中的杆122沿箭头A方向向后推动。图3中所展示的特殊位置为特定的，因为它对应于特定时刻，在该时刻固定到U型叉126上的杆122沿箭头A的方向(控制构件115的致动方向)与孔124的邻接。从这个位置上，杆122开始驱动变几何装置110的控制构件(板115)运动。相反地，从致动器24扩展延伸开始，一直到这个位置，所述控制构件115并没有离开初始位置(图2)，不管U型叉126如何运动。因此，致动器24的致动范围位于初始位置(图2)到特殊的中间位置(图3)之间时，构成了第二控制装置110的空转。
与之相反，如图3所示，从特殊位置开始或者从起始致动位置开始，任何致动器24的额外的扩展延伸，都将导致固定在U型叉126上的杆122沿箭头A指示方向向后推动控制构件115，从而驱动它。
大于或者等于这个位置的致动器24的位置，构成了第二装置110的致动范围。
可以看到，当致动器54超过了这个起始致动位置，起到返回作用的弹簧112用来保持所述控制构件115与杆122永久地接触。因此，所述控制构件115时刻跟随着杆122沿着箭头A的方向或者其相反方向运动。相反地，当滑动连接构件120空动时，所述控制构件115在其图2和图3的“低位“位置保持被阻挡。
最后，所述控制系统包括一个位置传感器114，该位置传感器114设置在所述变几何装置的附近并且用于传递相关的变几何装置110的位置的信息。在此具体实施方式中，该传感器114被设计成确定所述变几何装置110的控制构件115的位置，并且将其位置传递到电子控制单元100.
通过参考图5，接着对本发明的控制系统2的一个具体实施方式进行描述。该图展示了一个特殊的环境，其中第二变几何装置为一个放气系统210，该放气系统210包括一套放气舱口136.
该控制系统2与参考图1至4所描述的系统非常相似，相应的元件保持采用相同的附图标记。
图5为涡轮机150的部分剖面图，该涡轮机为旁路涡轮喷气发动机。在该涡轮机150的上游位置，该涡轮机吸收的空气流被分离成主气流146和从气流148。所述主气流构成使燃料燃烧的氧化剂，注入到燃烧室内。
通过燃烧释放的第一部分能量被第一涡轮机(高压涡轮机)通过涡轮机的第一主要组件，也就是，所述的高压转子151回收。所述高压转子被称作“高压“是因为，在射入到燃烧室之前，主气流中的燃气通过压缩机152被压缩成高压气体，高压压缩机的一部分可以在图5中看到。
通过燃烧释放的第二部分能量被第二涡轮机通过涡轮机的第二主要组件，也就是，所述的低压转子153回收。所述低压转子包括至少一级叶片(风扇片)，该叶片被驱动旋转从而产生一个大部分的推力，该推力通过涡轮机的反作用力传递过来。
这种设计的结果，所述高压和低压转子相互独立，尤其在旋转速度方面。接着应用于这些装置上的命令，根据各种环境，受完全不同或者独立的考虑所控制。
在通常的方式，从上游至下游穿过涡轮机的从气流后，所述从气流初始被一个气压压缩机压缩，然后被高压压缩机压缩；然后射入到燃烧室，然后经膨胀，持续性的通过所述高压和低压涡轮机。所述高压压缩机因此位于低压压缩机的下游。
所述主气流146和从气流148穿过涡轮机150内的各自独立同心环通道156和158。用于主气流的通道156在一个外部整流装置138和一个内部整流装置140之间延伸。用于从气流的通道158在一个由发动机舱的内部整流装置组成的外部整流装置(未示)和一个内部整流装置142之间延伸。
所述第二控制系统2放置在位于主气流和从气流之间的整流装置138和142之间。
按照通常的做法，所述变螺距叶片级的叶片位置根据周围压力的作用和高压转子的转动速度来控制。
此外，按照通常的做法，所述放气舱口136的开启根据周围压力的作用和来自低压压缩机的出口处地空气流速的作用。
虽然用于控制所述变螺距叶片级和出气舱口的常用参数不同，但是，如上述概括的那样，该控制系统2可以控制这两个装置：首先是变螺距叶片级10，10’，10”；其次是由一组放气舱口136组成的变几何装置210。
所述变螺距叶片级10，10’和10”分别具有三个叶片系列14，14’和14”，适用于分别按各自的枢轴16，16’和16”旋转。两个叶轮15，15’带有活动叶片17，17’分别设置在叶片级10和10’，10’和10”之间。
出于简单的目的，只是展示了对第一叶片级10的控制，但没有展示对级10’和级10”的控制。对这些级的控制与图1至4中所描述的形式相同。所述第二控制装置为一组放气舱口136。在下面描述中，只有一个放气舱口被描述；然而，事实上，该涡轮机组具有一组相同的舱口，这些放气舱口被环绕设置在涡轮机的整流装置138的内，并且所有的放气舱口都和放气舱口136以相同的方式被控制。
该放气舱口136具有多种功能。其中一种功能为，当被涡轮机吸收的空气具有大量的水(雨水，雪水，或者冰水)时，从主气流中排出这部分空气，从而避免由于燃烧混合物中含有太多的水而干扰燃烧。另一个功能为，用于卸载通过减速的高速主气流环路或者低速的主气流。由致动器24发出的命令经由推-拉线缆60，U型叉126和控制构件115传送至放气舱口136。所述推-拉线缆通过支撑部130和132被固定在整流装置138和142上。所述支撑部130也提供了指导U型叉126和控制构件115的移动。
对舱口136的控制与图1至图4中所描述的装置有一些不同，因为返回装置(弹簧212)的设置不同于图1至图4中的弹簧112。
所述舱口136适合于枢轴方向的轴线134(箭头I的指示方向)。通常，该舱口136处于关闭状态或者并且通过弹簧212趋近于关闭状态。弹簧212的一个末端安装在支撑部160上，该支撑部160固定在整流装置142上，弹簧212的另一末端向一个驱动臂144传递一个回力，所述驱动臂144安装在舱口136上，用于提供关闭舱口136。
为了开启舱口136，致动器24经过控制需要提供一个足够扩展延伸的位置从而使舱口136的控制构件115移动(也就是超过了图3所描述的特定位置)。从这个特定位置或者起始致动位置，超过它，所述致动参数24改变了舱口136的致动范围。首先的一个结果是，不管何时渴望开启舱口136，该叶片14根据致动器24会形成一个大大缩小的螺旋角度。
超过这个致动范围，该叉126移动所述舱口136的控制构件115。所述控制构件115为金属板型，通过一个杆119延伸。杆119的末端通过驱动臂144支撑。通过移动控制构件115来推动所述驱动臂114，从而导致舱口136沿枢轴转动并且打开。
从舱口136主气流释放的气体转流到从气流(这一阶段在图5中没有展示)。这些气流加入到通过风扇叶片的加速的空气从气流中。
当所述致动器伸展或者扩展延伸时，也就是其需要舱口136重新闭合时，所述U型叉126和控制构件115通过控制线缆60向相反方向推进。舱口136在弹簧212的作用下关闭。
图6展示了形成控制系统一部分的分离系统220，用来控制两个变几何装置，这两个装置对应于两个不同的机身，所述第二装置为装置310。所述分离系统220类似于图1至4所述的分离系统，由滑动连接构件120构成。采用类似的方式，所述分离系统220也提供了“空动”。
所述分离系统220被设计成设置在推-拉控制线缆60的端部。所述推-拉线缆60的端部被固定在致动棒222上，沿线缆的B轴垂直延伸。
所述分离系统220还包括一个控制构件215。所述控制构件具有一个沿轴B方向拉伸的椭圆形孔224，棒222穿过该孔。因此，棒222适用于，一旦该棒222与椭圆形孔224的一端相接时，驱动控制构件215平移。
一个起到压缩作用的回位弹簧312被放置在控制构件215的第一末端217与一个支撑部360之间，该支撑部固定在涡轮机的固定部分362上。通过控制构件215的末端217上的一个加力，所述回位弹簧312推进沿轴B方向的控制构件，该方向与推-拉线缆60的第一移动方向相应(箭头C)。
所述分离系统的运转方式如下所述：
超过作用在推-拉控制线缆60上的致动器的第一范围值，棒222与椭圆形孔224的一端相接触，回位弹簧312被压缩。该控制构件215的运动与棒222的运动相同。
超过致动器的第二范围值，一旦回位弹簧312伸长并且达到其最大延伸范围，回位弹簧312不再起任何作用。棒222可以通过推-拉线缆60被进一步的推进，但是不能控制所述控制构件215的移动。该第二范围值作为致动参数，构成了第二控制装置310的空动。
所述控制构件215并不能直接作用在第二控制装置310上。该控制构件215的第二端部219，与第一端部217相对，以铰接的方式与控制杆230上的一个端部232相连接。控制杆230上的另一个端部234以铰接的方式与控制装置310相连接。该控制杆230提供了控制构件215的移动范围，可以大于，等于或者小于一个系数；或者实际上可以改变致动器的方向。
图7以更理性的方式展示了两个装置是如何被控制系统所控制的，该控制系统包括一个图6中所展示的分离装置220.
该图所提到的情形中，所述第一控制装置为一个变螺距定子叶片级VSV，所述第二装置为一组可变放气阀VBV。
致动器参数的变化通过沿着横坐标X轴标出，也就是，这条轴表明了致动器24扩展延伸得更大还是更小。这个参数X在一个初始位置和一个终止位置之间变化，该初始位置对应于涡轮机处于空闲状态或者慢速运转状态，该终止位置对应于涡轮机处于高速运转状态。
该纵坐标轴对应于变螺距定子叶片VSV的螺旋角和可变定子叶片VBV的开口角度。这两个装置中的每一个装置，这些角度可在两个位置之间变化，标记“O”表示“开启”，标记“C”表示“关闭”。
叶片级VSV的控制关系通过下部曲线来表示。它表示在致动范围E内叶片逐步打开。根据控制系统的设置，可以突然打开更多或更少，如该具有斜率的曲线所表示，该斜率或多或少是急剧的。
排气阀VBV的控制关系通过上部曲线来表示。在一个相应的致动范围D内，当致动器参数X增大时(也就是致动器扩展延伸)，该放气阀VBV逐渐关闭。
图7中可以看出，在关闭放气阀VBV的过程中，相应的涡轮机以慢速运行，所述变螺距定子叶片VSV大致保持关闭；直到放气阀VBV几乎关闭时，该变螺距定子叶片也不会开始开启。
同样的，一旦放气阀VBV很大程度地关闭，所述变螺距叶片VSV开始开启。这里可以明了，通过应用一个致动器作为包含在本发明中的控制系统，可以同时获得变螺距定子叶片和放气阀的很好的控制。
在图1至图5中所展示的所述分离装置120在致动器参数变化范围的开始阶段提供了空动。
相比之下，图7所提到的应用在控制系统中的分离装置220，所述空动位于致动器参数变化范围的末端(很大的横坐标X值)。
该控制系统被安排用于，以当放气阀VBV关闭时，变螺距定子叶片VSV开始开启(也就是，当叶片开始开启并且部分开始，其中部分开启低于50％，例如开启20％)的方式，来关闭放气阀VBV。这样安排，便于一个致动范围的装置，该装置可以完全关闭放气阀VBV，取得一个致动高值范围，而不管是否该装置有小的振幅。通过应用一个致动适当范围的装置，在一个很小的致动范围(例如占致动器的致动总量的20％或者10％甚至5％)就可能控制所述变几何装置310。
然后，该放气阀VBV被关闭或者至少大致关闭，所述控制系统适于获得和提供变螺距叶片级上的叶片的大部分的关闭。因此，当放气阀VBV被关闭并且不再被致动器致动时，该致动器仍然完全起到对其他装置，例如变螺距叶片级上的叶片，进行操作和调整的作用。

Claims (15)

1.一种控制系统，用于控制涡轮机中的至少两个变几何装置，所述系统包括用于致动所述至少两个变几何装置(22，110，210)的致动器(24)；其中所述至少两个变几何装置中一个是具有至少一级(10)的变螺距定子叶片(14)的叶片装置，以及其中所述至少两个变几何装置中另一个是构成涡轮机的机身上的放气阀(136)的阀装置；其特征在于：所述控制系统用于当所述致动器的致动扩展增加时，控制所述叶片级逐渐地开启，和控制所述放气阀逐渐地关闭。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：该控制系统通过以下方式来控制关闭所述的放气阀：当所述致动器的所述致动扩展逐渐增加时，在所述放气阀关闭的过程中，所述变螺距定子叶片(14)开始开启。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：当所述放气阀大致关闭时，所述控制系统适于执行所述变螺距定子叶片级上的叶片的大部分的开启。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述级(10)包括多个叶片(14，14’)，每个叶片枢轴装配在所述涡轮机的外壳(12)上，所述级还包括环绕在外壳上的控制环(22)，该控制环(22)通过相应的杆(18)与所述叶片级上的每个叶片(14)连接，所述致动器适于通过驱动构件(26)使在级(10)上的控制环(22)转动来致动所述叶片装置，该驱动构件枢轴地安装在外壳(12)上。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述致动器包括活动的控制构件(26)，该控制构件(26)通过自身的活动将命令传递给所述的两个变几何装置。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：致动器(24)通过改变所述致动扩展，在所述至少两个变几何装置中一个装置的致动范围内(D)对所述至少两个变几何装置中一个装置进行致动，超出所述至少两个变几何装置中一个装置的致动范围，所述致动器(24)对所述至少两个变几何装置中一个装置不起作用，所述致动器(24)通过使所述致动扩展在所述至少两个变几何装置中另一个装置的致动范围内(C)改变，对所述至少两个变几何装置中另一个装置致动，超出所述至少两个变几何装置中另一个装置的致动范围，所述致动器对所述至少两个变几何装置中另一个装置不起作用，至少一部分所述至少两个变几何装置中一个装置的致动范围(D)位于所述至少两个变几何装置中另一个装置的致动范围(C)之外。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述至少两个变几何装置中另一个装置的致动范围(C)包含在所述至少两个变几何装置中一个装置的致动范围内。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：在所述致动器(24)和所述变几何装置中一个装置(110)之间的连接，此后称为连接装置，包括分离装置(120)，适于在致动器的所述致动扩展(X)的范围，通过致动器(24)分离所述连接装置(110)的驱动。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于：所述分离装置包括第一控制构件(115)，所述第一控制构件(115)在第二控制构件(126)的中空空间内活动，所述空间提供了连接装置(110)的空动。
10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：进一步包括回位装置(112，212)，该回位装置(112，212)用于，至少当所述致动扩展(X)变化范围超出了具有控制构件的所述变几何装置中的一个装置(110，210)的致动范围(C)时，将所述变几何装置中的一个装置(110，210)的所述控制构件(115)保持在预定位置上。
11.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：进一步包括致动缩放装置(20)，该致动缩放装置设置在致动器和所述变几何装置中一个装置之间的连接处。
12.根据权利要求4所述的控制系统，进一步包括设置在致动器和所述变几何装置中一个装置之间的致动缩放装置(20)，其中所述致动缩放装置包括从属构件(26’)，该从属构件(26’)枢轴地固定在所述外壳上，附加枢轴构件(44)设置在所述从属构件(26’)和所述阀装置之间，用于将来自于致动器(24)的控制传递给所述阀装置，所述附加枢轴构件(44)枢轴地固定在所述外壳(12)和所述从属构件(26’)之上。
13.涡轮机，包括权利要求1至12中任一权利要求所述的控制系统。
14.根据权利要求1至12中任一权利要求所述的控制系统，其中叶片装置是涡轮机的高压转子的一部分，而阀装置是涡轮机的低压转子的一部分。
15.涡轮机，包括高压转子和低压转子，还包括根据权利要求14的控制系统，该控制系统的叶片装置是所述高压转子的一部分，该控制系统的阀装置是低压转子的一部分。
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