CN102418712B - 用于涡轮压缩机的可变静叶组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮压缩机的可变静叶组件。具体而言，本发明公开了一种用于具有多个静叶(22)的压缩机(12)的可变静叶组件(20)。该可变静叶组件(20)通常可包括同步环(26)以及固定至同步环(26)的多个附连螺柱(58)。该可变静叶组件(20)还可包括多个杆臂(24)，其中各杆臂(24)具有第一端(66)和第二端(68)。各杆臂(24)的第一端(66)可附连至其中一个静叶(22)。另外，多个旋转附连装置(60)可设置为用以使各杆臂(24)的第二端(68)可旋转地联接至其中一个附连螺柱(58)，从而在其之间限定旋转接口(76)。此外，各附连螺柱(58)可在旋转接口(76)处刚性地附连至其中一个旋转附连装置(60)，从而使得在同步环(26)的旋转期间，在同步环(26)与该多个杆臂(24)之间基本上没有相对的径向和周向滑动运动。

Description

用于涡轮压缩机的可变静叶组件
技术领域
本主题大体而言涉及燃气涡轮，并且更具体地说，涉及一种用于具有多个静叶的压缩机的可变静叶组件(variable vane assembly)。
背景技术
燃气涡轮通常包括压缩机、多个燃烧器和涡轮段。压缩机压缩流入涡轮中的空气。从压缩机中排出的压缩空气流入燃烧器中。进入各燃烧器的空气与燃料混合并燃烧。热的燃烧气体通过过渡段从各燃烧器流至燃气涡轮的涡轮段以便驱动涡轮并产生动力。
用于燃气涡轮的典型压缩机可设置为多级轴流式压缩机，并且可包括旋转构件和固定构件。轴驱动中心转子鼓轮(drum)或叶轮(wheel)，其具有许多环形转子。压缩机的转子级在相似数量的固定的定子级之间旋转，其中各转子级包括固定至转子叶轮的多个转子静叶，并且各定子级包括固定至压缩机的外壳的多个定子静叶。在操作期间，空气流穿过压缩机级，并且被顺序地压缩，其中各个相继的下游级增加压力直至以最大压力将空气从压缩机出口排出。
为了改善压缩机的性能，其中一个或多个定子级可包括可变定子静叶，其设置为用以围绕其纵向轴线或径向轴线旋转。这种可变定子静叶通常允许增强压缩机的效率和可操作性，这通过使定子静叶相对于空气流所定向的角度旋转来控制流入和通过压缩机的空气量而实现。可变定子静叶的旋转通常通过将杆臂附连至各定子静叶并将各个杆连接至相对于压缩机外壳基本同心设置的协调环或同步环而实现。同步环又联接至促动器，该促动器设置为用以使环围绕压缩机的中心轴线旋转。当同步环通过促动器而旋转时，杆臂相应地旋转，从而导致各定子静叶围绕其径向轴线或纵向轴线旋转。
目前的同步环和杆臂组件通常使杆臂设置为与同步环在这样的构件之间的旋转接口处具有滑动接合。具体地说，杆臂通常设置为，当环旋转时可在杆臂和同步环之间的旋转接口处径向和/或周向地滑动。这种滑动接合通常对设置在该滑动接口处的组装构件产生过度磨损。此外，在传统组件中所利用的滑动接合通常为同步环提供不恰当的支撑。具体地说，在环的旋转期间，由于发生在杆臂和同步环之间的相对滑动，设置在同步环顶部的杆臂通常不会支撑任何环重量。因此，设置在同步环底部周围的杆臂必须支撑环的全部重量。这种不恰当的支撑可导致设置在杆臂和同步环之间的附连接口处的构件甚至进一步的磨损。此外，不恰当的支撑还可导致围绕压缩机外壳周向间隔的摩擦块的过度磨损，因为必须利用摩擦块来支撑一部分环重量。
因此，为同步环提供增强支撑并且还减少磨损发生的可变静叶组件在技术方面将是受欢迎的。
发明内容
本发明的方面和优点在下述描述中被部分地阐述，或者可从该描述中显而易见，或者可通过实践本发明而被教导。
在一个方面，本主题公开了一种用于具有多个静叶的压缩机的可变静叶组件。该可变静叶组件通常可包括同步环以及固定至同步环的多个附连螺柱。该可变静叶组件还可包括多个杆臂，其中每个杆臂具有第一端和第二端。各杆臂的第一端可附连至其中一个静叶。另外，多个旋转附连装置可设置为用以使各杆臂的第二端可旋转地联接至其中一个附连螺柱，从而在其之间限定旋转接口。此外，各附连螺柱可在旋转接口处刚性地附连至其中一个旋转附连装置，从而使得在同步环的旋转期间，在同步环和杆臂之间基本上没有相对的径向和周向滑动运动。
在另一方面，本主题公开了一种用于具有多个静叶的压缩机的可变静叶组件。该可变静叶组件通常可包括同步环以及固定至同步环的多个附连螺柱。该可变静叶组件还可包括多个杆臂，其中每个杆臂具有第一端和第二端。各杆臂的第一端可附连至其中一个静叶。另外，该可变静叶组件可包括多个轴承，该轴承具有内部构件以及设置为用以相对于内部构件旋转的外部构件。各轴承的外部构件可被安装到其中一个杆臂的第二端上。此外，各附连螺柱可刚性地附连至其中一个轴承的内部构件，从而使得在同步环的旋转期间，在同步环和内部构件之间基本上没有相对运动。
在还有一方面，本主题公开了一种燃气涡轮的压缩机。该压缩机通常可包括外壳以及部分地设置在外壳中的多个定子静叶。该多个定子静叶中的每个定子静叶可包括延伸穿过外壳的柱状部段。该压缩机还可包括可变静叶组件。该可变静叶组件通常可包括同步环以及固定至同步环的多个附连螺柱。该可变静叶组件还可包括多个杆臂，其中每个杆臂具有第一端和第二端。各杆臂的第一端可附连至其中一个静叶。另外，多个旋转附连装置可设置为用以使各杆臂的第二端可旋转地联接至其中一个附连螺柱，从而在其之间限定旋转接口。此外，各附连螺柱可在旋转接口处刚性地附连至其中一个旋转附连装置，从而使得在同步环的旋转期间，在同步环和杆臂之间基本上没有相对的径向和周向滑动运动。
参考下面的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。被包括到该说明书中并组成该说明书的一部分的附图显示了本发明的实施例，并且与该描述一起用来说明本发明的原理。
附图说明
对于本领域普通技术人员而言，在该说明书中阐述了本发明的完全和充分的公开(包括其最佳模式)，其对附图进行了参考，在附图中：
图1提供了燃气涡轮的示意图；
图2提供了根据本主题的方面的可变静叶组件的一个实施例的截面图，其特别地显示了联接到压缩机的多个可变定子静叶的其中一个静叶上的可变静叶组件；
图3提供了图2中所示的可变静叶组件的实施例的一部分的放大图，其特别地显示了杆臂至同步环的附连；以及
图4提供了可变静叶组件的一个实施例的局部透视图，其特别地显示了同步环以及联接至同步环的促动装置。
项目清单
参考标号 项目
10 燃气涡轮
12 压缩机
14 燃烧器
16 涡轮段
18 轴
20 可变静叶组件
22 可变定子静叶
24 杆臂
26 同步环
28 促动装置
30 压缩机外壳
32 翼型部段
34 第一侧或压力侧
36 空气
38 弦线(chord)
40 前缘
42 后缘
44 内顶端
46 外根部
48 整体的柱状部段
50 环形孔
52 衬套
54 转子叶片
56 转子盘或叶轮
58 附连螺柱
60 旋转附连装置
61 轴承
62 中心轴线
64 推杆连杆(push-rod linkage)
66 (杆臂24的)第一端
68 (杆臂24的)第二端
70 带键的基座
72 带螺纹的柱状部
74 带螺纹的螺母
76 旋转接口(rotational interface)
78 底部部段
80 中间部段
82 顶部部段
84 肩部部段
86 中心轴线
88 底切圆角
90 下延伸部
92 上延伸部
94 螺纹孔
96 内部球
98 外环孔
100 开孔
102 止动装置
104 径向外表面
106 间隙
108 相邻表面
110 距离
112 径向内表面
114 距离
116 渐缩形轮廓
具体实施方式
现在将对本发明的实施例进行详细参考，在附图中显示了其中一个或多个示例。每个示例通过对本发明进行说明而不是对本发明进行限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出许多修改与变型。例如，作为一个实施例的部分而显示或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生更进一步的实施例。因此，本发明意图包括这样落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改与变型。
本主题大体上公开了一种用于涡轮压缩机的可变静叶组件。该可变静叶组件通常可包括多个杆臂，其可通过多个附连螺柱和旋转附连装置而可旋转地联接至同步环。因此，可允许各杆臂相对于同步环围绕由其中一个旋转附连装置所限定的旋转接口旋转和/或转动。另外，可变静叶组件的各附连螺柱可在旋转接口处刚性地附连至其中一个旋转附连装置的一部分，从而使得在环的旋转期间在同步环和旋转接口之间没有相对运动或基本上没有相对运动。因此，可防止或基本上防止杆臂相对于同步环而径向地、周向地或在任何其它方向上滑动。此外，如将在下文描述的那样，这种刚性附连可减少和/或防止磨损沿着杆臂与同步环联接的点发生，并且还可增加提供给同步环的支撑量。
参照附图，图1显示了燃气涡轮10的示意图。燃气涡轮10通常包括压缩机12、多个燃烧器14以及涡轮段16。压缩机12和涡轮段16通常可通过轴18联接。轴18可以是单个轴或联接在一起以形成轴18的多个轴段。在一个实施例中，压缩机12可包括多级轴流式压缩机，其具有多个相应的转子级和定子级。在这样一个实施例中，其中一个或多个定子级可包括多个可变定子静叶。例如，压缩机12可在其下游级中包括多个固定的定子静叶，其中可变定子静叶设置在其上游级中。或者，压缩机12的所有定子级都可包括可变定子静叶。
在燃气涡轮10的操作期间，压缩机12将压缩空气供给至燃烧器14。空气和燃料在各燃烧器14中混合和燃烧，并且热的燃烧气体在热气通路中从燃烧器14流向涡轮段16，在涡轮段16中从燃烧气体提取能量以产生功。
现在参照图2-图4，其显示了根据本主题的方面的用于促动多个可变定子静叶22的可变静叶组件20的实施例的不同视图。具体地说，图2显示了所公开的联接至其中一个定子静叶22的可变静叶组件20的一个实施例的截面图。图3显示了图2中所示的可变静叶组件20的一部分的放大图，特别地显示了杆臂24至同步环26的附连。另外，图4显示了所公开的可变静叶组件20的一个实施例的局部透视图，特别地显示了同步环26以及联接至同步环26的促动装置28。
如在图2中特别示出的那样，燃气涡轮10的压缩机12可包括一个或多个定子级，其具有可旋转地安装在压缩机外壳30中的多个可变定子静叶22(显示了其中一个)。各定子静叶22通常包括翼型部段32，其具有第一侧或压力侧34以及周向相对的第二侧或吸力侧(未显示)，这些侧限定静叶22的空气动力学表面，在压缩机12的操作期间，空气36在该表面上流动。压力侧和吸力侧通常沿着弦线38在相对的前缘40和后缘42之间轴向延伸，并且从径向内顶端44径向跨越至径向外根部46。各定子静叶22还包括整体的柱状部段48，其从翼型段32同轴延伸以及径向向外延伸并穿过限定在外壳中的互补的圆柱形孔50。柱状部段48通常可安装在孔50中以用于在其中旋转。例如，衬套52可设置在外壳30和柱状部段48的接口处，以便允许定子静叶22相对于外壳30旋转。
压缩机12的各定子静叶22通常可设置为用以将流过压缩机12的空气36引导至相应行或相应级的转子叶片54，转子叶片54从支撑转子盘或叶轮56径向向外延伸。具体地说，被引导通过各级定子静叶22和转子叶片54的空气36可在压缩机12中被顺序地压缩，以用于将其排放到燃气涡轮10的燃烧器14中。如通常理解的那样，通过改变或旋转定子静叶22相对于空气36的流所定向的角度，可通过调整流入和经过压缩机12的空气36的量而提高压缩机的效率和可操作性。为了促进定子静叶22的这种旋转，可利用如下文详细描述的可变静叶组件20。
参照图2-图4，本主题的可变静叶组件20通常包括同步环26，其设置为用以促动多个向外延伸的杆臂24，杆臂24安装在并刚性地附连在压缩机12的特定的定子级的各定子静叶22上。同步环26通常可通过沿着环26的外周固定的多个附连螺柱58联接到杆臂24上。另外，可变静叶组件20还可包括多个旋转附连装置60，其设置在杆臂24和附连螺柱58之间，从而限定旋转接口，杆臂24可相对于附连螺柱58和/或同步环26围绕该旋转接口旋转。此外，如图4中特别示出的那样，同步环26还可联接至一个或多个合适的促动装置28，促动装置28设置为用以使同步环26围绕压缩机12的中心轴线62旋转。例如，同步环26可经由任何合适的手段(例如通过推杆连杆64)联接至促动装置28，使得促动装置28可使同步环26围绕中心轴线62顺时针或逆时针旋转。因此，当同步环26通过促动装置28而旋转时，杆臂24可相应地围绕附连螺柱58旋转。旋转的杆臂24又引起定子静叶22旋转，从而改变静叶22相对于压缩机12中的空气36的流所定向的角度。
通常，可变静叶组件20的同步环26可包括径向向外于压缩机外壳30并与压缩机外壳30基本同心设置的圆形或环状结构。在若干实施例中，同步环26可被制造为整体结构或多件式结构，并且可由任何合适材料(例如不锈钢或能够承受通常施加至同步环的负载的任何其它材料)形成。另外，同步环26通常可具有任何合适的截面，例如矩形、椭圆形或圆形的截面。如图2和图3中特别示出的那样，在一个实施例中，同步环26可限定大致“C形”的截面。因此，在不损失环26的结构完整性的情况下，同步环26可设置为具有相对较轻的重量。
更具体地参照图2，可变静叶组件20的各杆臂24通常可包括刚性地附连到可变定子静叶22的柱状部段48上的第一端66以及通过附连螺柱58与同步环26可旋转地接合并刚性地附连至同步环26的第二端68。通常，可使用任何合适的手段将各杆臂24的第一端66固定至定子静叶22。例如，在一个实施例中，定子静叶22可包括从柱状部段48径向向外延伸的带键的基座70(例如“D形”基座)，以及从带键的基座70径向向外延伸的带螺纹的柱状部72。带键的基座70通常可设置为一种自对准的特征以用于将杆臂24安装在定子静叶22的顶部。例如，杆臂24的第一端66可限定安装孔，其设置为用以与带键的基座70的形状(例如D形安装孔)相对应，从而允许杆臂24安装到定子静叶22上以用于随之旋转。然后可通过使带螺纹的螺母74(例如固定螺母或锁定螺母)定位在带螺纹的柱状部72上而将杆臂24固定至定子静叶22。
本领域中的普通技术人员应当理解，在本主题的范围内可利用各种其它构造来使杆臂24的第一端66安装和/或刚性地附连到定子静叶22的柱状部段48上。例如，在若干实施例中，可利用带键的花键、配合一致的细圆齿状表面或其它合适手段来安装杆臂24与定子静叶22或另外地使杆臂24与定子静叶22接合。同样，在不同的实施例中，可使用定位销或闩锁、通过将构件焊接在一起或使用任何其它合适的紧固手段和/或固定手段将杆臂24固定至定子静叶22。
现在参照图3，各杆臂24的第二端68通常可设置为用以通过附连螺柱58与同步环26可旋转地联接。具体地说，旋转附连装置60可设置在各杆臂24与其相应的附连螺柱58之间，从而在其之间限定旋转接口76。因此，在这种接口76处可允许杆臂24相对于同步环26和/或附连螺柱58旋转。此外，各附连螺柱58还可设置为用以刚性地附连至旋转附连装置60的一部分，从而使得在同步环26和旋转接口76之间没有相对运动或基本上没有相对运动，其中杆臂24围绕旋转接口76旋转。因此，在环26的旋转期间可防止或基本上防止杆臂24相对于同步环26和/或附连螺柱58径向地、周向地或在任何其它方向上滑动。
为了允许可变静叶组件20的不同构件的这种旋转联接和刚性附连，在一个实施例中，各附连螺柱58通常可包括多个部段，例如底部部段78、中间部段80、顶部部段82以及设置在底部部段78与中间部段80之间的肩部部段84。如图3中所示，各部段78、80、82、84通常可沿着附连螺柱58的中心轴线86同轴对准。另外，在一个实施例中，各部段78、80、82、84可为基本圆柱形的形状。然而，在备选实施例中，应当理解，各部段78、80、82、84通常可具有允许部段78、80、82、84如本文所述起作用的任何合适形状。此外，在本主题的一个特定实施例中，各部段78、80、82、84可通过底切圆角88分开。这种圆角88通常可设于附连螺柱58上以适合低应力/应力消除的区域。另外，底切圆角88还可设置为用以增强部段78、80、82、84至可变静叶组件20的不同其它构件的附连。具体地说，圆角88可允许部段78、80、82、84和其它构件的表面和/或面定位得或另外地设置得彼此基本齐平。
仍然参照图3，附连螺柱58的底部部段78通常可设置为用以被固定至同步环26的一部分。例如，在所示的实施例中，底部部段78可固定至大体上“C形”的同步环26的下延伸部90，使得附连螺柱58从其中基本径向向外地延伸。在备选实施例中，应当理解，底部部段78可在任何其它合适位置处固定至同步环26。例如，在另一实施例中，底部部段78可固定到同步环26的上延伸部92上，使得附连螺柱58从其中径向向外地延伸或径向向内地延伸。此外，在同步环26未限定大体上“C形”的截面的实施例中，底部部段78可固定至同步环26的任何合适部分，其允许所公开的可变静叶组件20如本文所述起作用。
另外，应当理解，附连螺柱58的底部部段78通常可使用本领域中已知的任何合适的附连方法固定至同步环26。例如，如图3中所示，底部部段78可以是带螺纹的，从而使其可固定在限定于同步环26中的相应螺纹孔94中。在另一实施例中，底部部段78可设置为用以压配合或粘附地结合在限定于同步环26中的相应开孔(未显示)中。
仍然参照图3，在一个实施例中，各附连螺柱58的中间部段80通常可用作杆臂24与同步环26之间的旋转附连点。因此，中间部段80可设置为用以接收本领域中已知的任何合适的旋转附连装置60，以用于使杆臂24与同步环26经由附连螺柱58可旋转地接合。例如，在所示的实施例中，旋转附连装置60包括安装在或另外地设置在中间部段80周围的轴承61，从而在杆臂24和附连螺柱58之间限定旋转接口76。因此，应当理解，中间部段80通常可具有适于接收轴承61的形状和构造。例如，在一个实施例中，中间部段80可限定平滑的圆柱形表面或支承面，使得轴承61可安装在其上。另外，中间部段80可定制大小，从而在轴承61和附连螺柱58之间提供紧密受控的配合。例如，设置在轴承61与中间部段80之间的公差可小于大约1毫米(mm)的松直径公差(loose on a diameter)，例如小于大约0.5mm的松直径公差或小于大约0.1mm的松直径公差。在本主题的一个特定实施例中，公差可在从大约0.01mm的松直径公差至大约0.07mm的松直径公差的范围内，例如从大约0.03mm的松直径公差至大约0.05mm的松直径公差以及其之间的所有其它子范围。然而，在备选实施例中，应当理解，所设置的公差可大于1mm的松直径公差。
大体而言，在本主题的范围内可利用本领域中已知的任何合适的轴承以便提供杆臂24与附连螺柱58之间的旋转接合。如图3中所示，在一个实施例中，轴承61可包括球面轴承，其具有安装在附连螺柱58的中间部段80上的内部球96以及固定在相应开孔100中的外环孔98，开孔100限定在杆臂24的第二端68中。外环孔98通常可具有与内部球96的外凸的球面相对应的内凹的球面，以便允许外环孔98相对于内部球96在一个或多个正交方向上旋转。因此，当同步环26通过促动装置28而旋转时，各杆臂24可围绕限定在轴承61的内部球96和外环孔98之间的旋转接口76而旋转和/或转动。
本领域中的普通技术人员应当容易理解，在本主题的范围内可利用各种其它合适的旋转附连装置60，以使杆臂24与同步环26经由附连螺柱58可旋转地接合，并且因此提供旋转接口76，杆臂24可相对于环26和/或附连螺柱58围绕该旋转接口旋转。例如，在备选实施例中，旋转附连装置60可包括合适的枢轴连接的一部分，例如球窝连接、髁状连接、铰链连接等等，其设置为用以与限定在或另外地被包括在附连螺柱58上的相应特征相配合。在另一实施例中，附连螺柱58本身可用作可变静叶组件20的旋转附连装置60。例如，杆臂24或安装至杆臂24的构件可设置为用以直接围绕附连螺柱58(例如围绕中间部段80)旋转，使得附连螺柱58的外表面大体上限定旋转接口76。
仍然参照图3，如上面指出的那样，杆臂24的第二端68还可设置为用以经由附连螺柱58刚性地联接至同步环26，使得在同步环26和旋转接口76之间没有相对运动或基本上没有相对运动，其中杆臂24围绕旋转接口76旋转。因此，在一个实施例中，附连螺柱58的顶部部段82通常可适于接收止动装置102，止动装置102设置为用以允许旋转附连装置60刚性地附连至附连螺柱58。例如，如图3中所示，轴承61的内部球96限定杆臂24与附连螺柱58之间的旋转接口76，内部球96可刚性地附连至附连螺柱58，使得内部球96在环26的旋转期间不会相对于同步环26滑动或另外地移动。具体地说，附连螺柱58的顶部部段82可以是带螺纹的，从而允许带螺纹的止动装置102(例如锁定螺母或固定螺母)紧紧地固定在轴承61的内部球96上。另外，如图所示，附连螺柱58的肩部部段84通常可从附连螺柱58的中心轴线86向外延伸得比中间部段80更远，使得内部球96可定位得或另外地设置得靠着肩部部段84的径向外表面104。因此，当止动装置102固定在轴承61上时，内部球96可被夹住、压住或刚性地附连在止动装置102以及肩部部段84的外表面104之间，以防止同步环26与旋转接口76之间的任何相对运动，其中杆臂24围绕旋转接口76旋转。此外，应当理解，限定在附连螺柱58中的底切圆角88可设置为用以增强内部球96至附连螺柱58的刚性附连。例如，限定在肩部部段84和中间部段80之间的圆角88可设置为用以允许内部球96定位得与肩部部段84的外表面104齐平。同样，限定在顶部部段82和中间部段80之间的圆角88可设置为用以允许顶部部段82的螺纹埋置或另外地完全设置在止动装置102中。
还应当理解，在备选实施例中，可利用各种其它止动装置102(例如锁销、闩锁或任何其它合适的紧固机构)来使球面轴承61的内部球96刚性地附连到附连螺柱58上。类似地，还可利用任何合适的固定/紧固手段(例如焊接、粘合等等)来使内部球96刚性地附连到附连螺柱58上。例如，在本主题的一个特定实施例中，附连螺柱58的一部分(例如中间部段80)可设置为使得内部球96可被压配合到附连螺柱58上，以便提供它们之间的刚性附连。另外，在通过不同于轴承61的手段提供附连螺柱58与杆臂24之间的旋转接合的实施例中，应当理解，可利用相似的止动装置102和/或固定手段来防止同步环26和旋转接口76之间的相对运动，其中各杆臂围绕旋转接口76旋转。
通过使同步环26经由附连螺柱58刚性地附连到杆臂24上，可给所公开的可变静叶组件20提供许多优点。例如，由于旋转接口76处的刚性附连，可防止或至少减少可另外地发生于杆臂24和同步环26之间的周向和径向滑动运动。因此，可显著地减少和/或防止发生在附连螺柱58、轴承61、杆臂24和/或同步环26上的任何磨损。此外，各杆臂24至同步环26的刚性附连确保所有杆臂24围绕同步环26的整个外周刚性地支撑同步环26的重量。因此，可保持同步环26的同心度或圆度。另外，提供给同步环26的增加的支撑还可减少发生在摩擦块(未显示)上的磨损量，如果有任何摩擦块的话，其设置在同步环26与压缩机外壳30之间(因为不需要使摩擦块支撑相当大部分的环重量)。此外，刚性联接还可减少在可变静叶组件20的装配和校准期间使同步环26居中于压缩机外壳30上的负担。
仍然参照图3，附连螺柱58的肩部部段84通常可设置为使得，当杆臂24可旋转地附连到附连螺柱58上时，在杆臂24以及同步环26的相邻表面108之间提供间隙106。通常，该间隙106可设置为用以适应杆臂24的可相对于附连螺柱58和/或同步环26发生的任何转动。例如，当杆臂24利用安装在附连螺柱58上的球面轴承61与同步环26可旋转地接合时，轴承61可允许杆臂24围绕附连螺柱的中心轴线86旋转，并沿着其纵向轴线在顺时针方向或逆时针方向上转动。因此，肩部84通常可设计为用以提供间隙106，其允许杆臂24在不与同步环26的相邻表面108接触或摩擦的情况下围绕旋转接口76转动。
此外，在本主题的一个特定实施例中，肩部部段84可设置为用以被固定至同步环26，以便提供额外的手段以用于将附连螺柱58连接到同步环26上。例如，如图3中所示，可围绕肩部部段的周边的至少一部分将肩部部段84焊接到同步环26的相邻表面108上。在这样一个实施例中，肩部部段84可设置为具有三角形、矩形、五边形、六边形或相似的形状，从而限定至少一个平坦的边缘，以用于提供合适的表面来将肩部部段84焊接到同步环26上。此外，当底切圆角88限定在底部部段78与肩部部段84之间时，肩部部段84可直接定位在同步环26的相邻表面108上并与同步环26的相邻表面108基本齐平。因此，可在肩部部段84与环26之间提供改善的焊接附连。
回来参照图2，在本主题的一个实施例中，可变静叶组件20的杆臂24可以是悬臂式的。因此，同步环26可悬置在压缩机外壳30上。应当理解，同步环26悬置在压缩机外壳30上的距离110通常可取决于压缩机12的构造和/或可变静叶组件20的构造而变化。然而，通常，可选择距离110，从而使得当环26旋转时悬置的同步环26不与压缩机外壳30发生摩擦或另外地接触。另外，在一个实施例中，可沿着压缩机外壳30的外周提供一个或多个摩擦块(未显示)以提供表面，悬置的同步环26在环26的旋转期间可在该表面上滑动(如果需要)。在这样一个实施例中，如图3中所示，附连螺柱58可设置为使得底部部段78在固定到同步环26上时相对于环26的径向内表面112凹入。因此，可防止附连螺柱58在环26的旋转期间绊住任何摩擦块和/或压缩机外壳30。
另外，在本主题的若干实施例中，杆臂24可设计为是柔性的。具体地说，杆臂24可设置为用以在支撑同步环26时径向向内和/或径向向外地挠曲或弯曲。因而，在本主题的一个特定实施例中，可选择同步环26的直径和/或定子静叶22的柱状部段48的高度，从而使得杆臂24至附连螺柱58的附连点比杆臂24至柱状部段48的附连点径向向外设置得更远。因而，如图2中所示，杆臂可在其第一端66与第二端68之间径向向外地挠曲或弯曲一定距离114。这种向外的弯曲或挠曲确保杆臂24被径向向内地加载。因此，当同步环26被促动并且杆臂24在旋转的同时改变水平度时，杆臂24可将向内的负载连续地施加在环26上以支撑其重量。杆臂24的这种向内加载还可在同步环26上提供自居中作用，从而允许可变静叶组件20的更有效的装配和校准。此外，如图2中所示，在一个实施例中，杆臂还可在第一端66与第二端68之间沿其长度的一部分限定基本渐缩形的轮廓116。这种渐缩形轮廓116通常可防止臂24旋转时响应于同步环26的促动而发生在杆臂24中的应力集中。
应当理解，虽然已关于可变定子静叶22描述了本主题的可变静叶组件20，但是，还可利用该组件来促动压缩机12的可变入口导叶的级或者燃气涡轮10的涡轮段16的可变涡轮叶片或静叶的级。此外，应当容易理解，所公开的可变静叶组件20可与工业燃气涡轮一起利用，或者可适于供本领域中已知的任何其它合适的涡轮机械使用，例如用于推进应用的那些涡轮机械。
该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使本领域技术人员能实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由所附权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这种其它示例具有与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件，则这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于具有多个静叶(22)的压缩机(12)的可变静叶组件(20)，所述可变静叶组件(20)包括：
同步环(26)；
固定至所述同步环(26)的多个附连螺柱(58)，所述多个附连螺柱(58)中的每个附连螺柱(58)包括中间部段(80)和肩部部段(84)，所述肩部部段(84)包括相对于所述中间部段(80)径向向外延伸的径向外表面(104)；
多个杆臂(24)，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂具有第一端(66)和第二端(68)，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂的所述第一端(66)附连至所述多个静叶(22)的其中一个静叶；以及
多个旋转附连装置(60)，所述多个旋转附连装置(60)中的每个旋转附连装置设置为用以使所述多个杆臂(24)中的每个杆臂的所述第二端(68)可旋转地联接至所述多个附连螺柱(58)的其中一个附连螺柱的所述中间部段(80)，从而在其之间限定旋转接口(76)，所述多个旋转附连装置(60)中每个旋转附连装置被支撑靠着所述多个附连螺柱(58)中一个附连螺柱(58)的所述肩部部段(84)的所述径向外表面(104)；
其中，所述多个附连螺柱(58)中的每个附连螺柱刚性地附连至临近所述旋转接口(76)的所述多个旋转附连装置(60)的其中一个旋转附连装置，从而使得在所述同步环(26)的旋转期间，在所述同步环(26)与所述多个杆臂(24)之间基本上没有相对的径向和周向滑动运动；
其中，所述肩部部段(84)设置为使得当所述多个杆臂(24)中的每个杆臂(24)可旋转地联接至所述多个附连螺柱(58)的其中一个附连螺柱的所述中间部段(80)时，在每个杆臂(24)以及所述同步环(26)的相邻表面(108)之间限定间隙(106)。
2.根据权利要求1所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个附连螺柱(58)中的每个附连螺柱刚性地附连至所述多个旋转附连装置(60)的其中一个旋转附连装置，从而使得在所述同步环(26)的旋转期间，在所述同步环(26)与所述旋转接口(76)之间基本上没有相对运动。
3.根据权利要求1所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个旋转附连装置(60)包括多个轴承(61)，所述多个轴承(61)中的每个轴承包括内部构件(96)以及设置为用以相对于所述内部构件(96)旋转的外部构件(98)。
4.根据权利要求3所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个轴承(61)中的每个轴承的所述内部构件(96)刚性地附连至所述多个附连螺柱(58)的其中一个附连螺柱的所述中间部段(80)，从而使得在所述同步环(26)的旋转期间，在所述同步环(26)以及所述多个轴承(61)中的每个轴承的所述内部构件(96)之间基本上没有相对运动。
5.根据权利要求4所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个轴承(61)中的每个轴承的所述内部构件(96)使用带螺纹的止动装置(102)刚性地附连至所述多个附连螺柱(58)的其中一个附连螺柱。
6.根据权利要求1所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂是悬臂式的，从而使得所述同步环(26)至少部分地悬置在所述压缩机(12)的外壳(30)上方。
7.根据权利要求1所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂在其第一端(66)与第二端(68)之间径向向外地挠曲。
8.根据权利要求1所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂在其长度的至少一部分上限定渐缩形的轮廓(116)。
9.一种用于具有多个静叶(22)的压缩机(12)的可变静叶组件(20)，所述可变静叶组件(20)包括：
同步环(26)；
固定至所述同步环(26)的多个附连螺柱(58)；
多个杆臂(24)，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂具有第一端(66)和第二端(68)，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂的所述第一端(66)附连至所述多个静叶(22)的其中一个静叶；以及
多个轴承(61)，所述多个轴承(61)中的每个轴承包括内部构件(96)以及设置为用以相对于所述内部构件(96)旋转的外部构件(98)，所述多个轴承(61)中的每个轴承的所述外部构件(98)被安装到所述多个杆臂(24)的其中一个杆臂的所述第二端(68)上，
其中，所述多个附连螺柱(58)中的每个附连螺柱刚性地附连至所述多个轴承(61)的其中一个轴承的所述内部构件(96)上，从而使得在所述同步环(26)的旋转期间，在所述同步环(26)以及所述多个轴承(61)中的每个轴承的所述内部构件(96)之间基本上没有相对运动；
其中所述多个杆臂(24)中每个杆臂(24)连接在所述同步环(26)和所述多个静叶(22)中的一个静叶(22)之间，使得每个静叶(22)的重量由所述多个杆臂(24)中的一个杆臂(24)支撑，其中所述多个附连螺柱(58)中的每个附连螺柱(58)包括中间部段(80)和肩部部段(84)，所述肩部部段(84)包括相对于所述中间部段(80)径向向外延伸的径向外表面(104)，所述多个轴承(61)的每个轴承的所述内部构件(96)被支撑靠着所述多个附连螺柱(58)中一个附连螺柱(58)的所述径向外表面(104)。
10.根据权利要求9所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个轴承(61)中的每个轴承的所述内部构件(96)使用带螺纹的止动装置(102)刚性地附连至所述多个附连螺柱(58)的其中一个附连螺柱的所述中间部段(80)。
11.根据权利要求9所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂是悬臂式的，从而使得所述同步环(26)至少部分地悬置在所述压缩机(12)的外壳(30)上方。
12.根据权利要求9所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂在其第一端(66)与第二端(68)之间径向向外地挠曲。
13.根据权利要求9所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂在其长度的至少一部分上限定渐缩形的轮廓(116)。
14.根据权利要求9所述的可变静叶组件(20)，其特征在于，所述肩部部段(84)设置为使得当所述多个杆臂(24)中的每个杆臂(24)可旋转地联接至所述多个附连螺柱(58)的其中一个附连螺柱时，在每个杆臂(24)以及所述同步环(26)的相邻表面(108)之间限定间隙(106)。
15.一种用于燃气涡轮(10)的压缩机(12)，所述压缩机(12)包括：
外壳(30)；
部分地设置在所述外壳(30)中的多个静叶(22)，所述多个静叶(22)中的每个静叶包括延伸穿过所述外壳(30)的柱状部段(48)；和
可变静叶组件(20)，所述可变静叶组件(20)包括：
同步环(26)；
固定至所述同步环(26)的多个附连螺柱(58)；
多个杆臂(24)，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂具有第一端(66)和第二端(68)，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂的所述第一端(66)附连至所述多个静叶(22)的其中一个静叶的所述柱状部段(48)；以及
多个旋转附连装置(60)，所述多个旋转附连装置(60)中的每个旋转附连装置设置为用以使所述多个杆臂(24)中的每个杆臂的所述第二端(68)可旋转地联接至所述多个附连螺柱(58)的其中一个附连螺柱，从而在其之间限定旋转接口(76)，
其中，所述多个附连螺柱(58)中的每个附连螺柱刚性地附连至临近所述旋转接口(76)的所述多个旋转附连装置(60)的其中一个旋转附连装置，从而使得在所述同步环(26)的旋转期间，在所述同步环(26)与所述多个杆臂(24)之间基本上没有相对的径向和周向滑动运动；以及
其中所述多个杆臂(24)中每个杆臂(24)连接在所述同步环(26)和所述多个静叶(22)中的一个静叶(22)之间，使得每个静叶(22)的重量由所述多个杆臂(24)中的一个杆臂(24)支撑而不是由所述外壳(30)支撑，其中所述多个附连螺柱(58)中的每个附连螺柱(58)包括中间部段(80)和肩部部段(84)，所述肩部部段(84)包括相对于所述中间部段(80)径向向外延伸的径向外表面(104)，所述多个旋转附连装置(60)中每个旋转附连装置被支撑靠着所述多个附连螺柱(58)中一个附连螺柱(58)的所述径向外表面(104)。
16.根据权利要求15所述的压缩机(12)，其特征在于，所述多个附连螺柱(58)中的每个附连螺柱刚性地附连至所述多个旋转附连装置(60)的其中一个旋转附连装置，从而使得在所述同步环(26)的旋转期间，在所述同步环(26)与所述旋转接口(76)之间基本上没有相对运动。
17.根据权利要求15所述的压缩机(12)，其特征在于，所述多个旋转附连装置(60)包括多个轴承(61)，所述多个轴承(61)中的每个轴承包括内部构件(96)以及设置为用以相对于所述内部构件(96)旋转的外部构件(98)。
18.根据权利要求17所述的压缩机(12)，其特征在于，所述多个轴承(61)中的每个轴承的所述内部构件(96)刚性地附连至所述多个附连螺柱(58)的其中一个附连螺柱的所述中间部段(80)，从而使得在所述同步环(26)的旋转期间，在所述同步环(26)以及所述多个轴承(61)中的每个轴承的所述内部构件(96)之间基本上没有相对运动。
19.根据权利要求17所述的压缩机(12)，其特征在于，所述多个轴承(61)中的每个轴承的所述内部构件(96)使用带螺纹的止动装置(102)刚性地附连至所述多个附连螺柱(58)的其中一个附连螺柱。
20.根据权利要求15所述的压缩机(12)，其特征在于，所述多个杆臂(24)中的每个杆臂是悬臂式的，从而使得所述同步环(26)至少部分地悬置在所述压缩机(12)的外壳(30)上方。
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