CN102428254A - 用于涡轮机组的带有变螺距叶片的无涵道螺旋桨 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡轮机组，包括至少一个带可变螺距叶片的无涵道螺旋桨(22、24)，各自的盘(36)带有的叶片(34)，该盘(36)安装为在转子元件的径向外壳中枢转，并且连接控制环(42)，该控制环(42)被驱动绕着涡轮机组的轴(A)一起和转子元件旋转，并且控制环沿着所述的轴平移移动，以使盘绕着它们的轴枢转，控制环被居中，并且被引导绕着装置(60)上的轴(A)旋转，该装置(60)在旋转中是固定的，并且通过涡轮机组定子(56)所带有的致动器(52)沿着所述轴平移移动。

Description

用于涡轮机组的带有变螺距叶片的无涵道螺旋桨
技术领域
本发明涉及具有至少一个无涵道螺旋桨的涡轮机组，该螺旋桨具有变螺距类型的叶片。
背景技术
开放转子或无涵道风扇类型的涡轮机组在共轴上具有两个外部反转的无涵道螺旋桨，分布是上游螺旋桨和下游螺旋桨，每个螺旋桨由涡轮机组中涡轮机旋转驱动及在涡轮机组的吊舱外侧基本上径向地延伸。
每个螺旋桨包括环形转子元件，该环形转子元件具有围绕着涡轮机组的纵轴设置的基本上径向的外壳，基本上圆柱形的盘安装在其中用于支持螺旋桨的各自叶片。该盘能够在转子元件的外壳中枢转，并且通过适合的装置驱动它们绕着叶片轴枢转，以调整叶片的角距，来根据它们的运行情况优化叶片距。
在现有技术中，用于枢转地驱动盘的装置包括由涡轮机组的旋转部分所带有的致动器，这构成了缺陷，因为存在没有给致动器正确地提供动力的风险。而且，在运行中这些致动器受到了相对高的离心力，这可能特别地妨碍它们的运行。
已经提出的建议如下：通过控制环控制涡轮机组螺旋桨叶片的角距，该控制环绕着涡轮机组的轴延伸并且通过联杆连接盘，该环能够沿着涡轮机组的轴平移移动，以驱动盘绕着叶片的轴枢转。在现有技术中，控制环构成了螺母，并且它安装在涡轮机组的旋转部分上，该部分形成蜗杆，所述旋转部分和环之间的相对转动引起环沿着涡轮机组的轴平移，因此使叶片支持盘枢转。
然而，该技术方案不是令人满意的，因为整个机构设定为当涡轮机组运转时其旋转。而且，制造和使用起来相对复杂。
发明内容
本发明的一个特别的目的是对这些问题提供方案，该方案简单、有效并且便宜。
为此，本发明提出了涡轮机组，其包括至少一个具有变螺距叶片的无涵道螺旋桨，各个基本上圆柱形的盘带有叶片，该圆柱形的盘安装为在环形转子元件的径向外壳中绕着它们的轴枢转，并且在它们的径向内端连接控制环，该控制环被驱动绕着涡轮机组的轴一起和转子元件旋转，并且控制环可以沿着所述的轴平移移动，以驱动盘绕着它们的轴枢转，涡轮机组的特征在于控制环被居中，并且被引导绕着装置上涡轮机组的轴旋转，该装置在旋转中是固定的，并且通过涡轮机组定子所带有的致动器可以沿着所述轴平移移动。
因此，在本发明中，用于使控制环沿着涡轮机组的轴平移移动的装置在旋转时是固定的，并且它们不受运行中离心力的作用。仅仅控制环和将所述环连接于叶片支持盘的装置绕着涡轮机组的轴旋转移动。
根据本发明的另一个特征，用于将控制环居中和引导控制环的装置包括绕着涡轮机组的轴延伸的环形轨道，和安装在轨道和控制环之间的滚动装置。这些滚动装置用来限制用于居中和引导的装置的轨道磨损。
有利地，轨道有基本上U形的截面和包括两个侧壁，这两个侧壁限定它们之间的向外开口的环形槽，所述控制环接合在该环形槽中，滚动装置安装在所述环和侧壁之间控制环的任一侧。
轨道优选地由共轴的互相固定在一起的两个环形部件组成，第一部件限定该轨道侧壁之一，第二部件具有基本上L形截面，该L形截面限定槽的底部和轨道的另一个侧壁。轨道的两个部件可以通过螺钉互相固定在一起，该螺钉有规律地围绕涡轮机组的轴分布。
举例说明，滚动装置由滚珠轴承构成。例如，致动器可以是电的、液压的或气压的致动器。
连接控制环和叶片支持盘的每个装置可以包括联杆，其一端铰接到被固定于或形成在盘的径向内端的元件，其另一端铰接到本身绕着轴被铰接于控制环的马蹄钩上的元件，该轴平行于涡轮机组的轴。
本发明的涡轮机组可以是这样的类型：具有上述类型的共轴的两个反转无涵道螺旋桨。
通过阅读下面的非限制性实施方式及参考附图所进行的描述，可以更好地理解本发明，并且本发明的其它细节、特征和优点看起来更清楚。其中：
附图说明
图1是具有无涵道螺旋桨的涡轮机组的示意性轴向截面视图。
图2和图3是本发明装置的示意图，该装置用于将枢转力应用于涡轮机组的无涵道螺旋桨的叶片支持盘，该图表示所述盘的两种不同角度设置位置。和
图4和5是部分立体图，表示图2和图3的驱动装置的实施方式。
具体实施方式
首先参考图1，其表示涡轮机组10，其具有无涵道螺旋桨(也称作开放转子或无涵道风扇)，该涡轮机组在涡轮机组内气流的流动方向上从上游到下游包括：压缩机12；环形燃烧室14；上游高压涡轮机16；两个反转的下游低压涡轮机18和20，即，涡轮机在运行中以相反的方向绕着涡轮机组的纵轴A旋转。
这些下游涡轮机18、20中每个涡轮机都被限制为与外部螺旋桨22、24一起旋转，该外部螺旋桨在涡轮机组吊舱26的外侧径向地延伸，所述吊舱26基本上是圆柱形和沿着轴A绕着压缩机12、燃烧室14和涡轮机16、18、20延伸。
穿过压缩机12的气流28被压缩，然后和燃料混合，并且在燃烧室14中燃烧，燃烧的气体然后被注射到涡轮机中以驱动螺旋桨22和24旋转，因此输送涡轮机组所产生的大部分推力。燃烧的气体离开涡轮机，并且最后通过喷嘴32(箭头30)排出以增加所述推力。
螺旋桨22和24前后地设置在共轴上。每个螺旋桨22和24都有各自基本上圆柱形盘所带有的多个叶片34，该盘36接合在转子38的环形元件的径向外壳中，如图4和图5中所示的部分。该转子元件38绕着涡轮机组的轴A延伸，并且它通过适合的装置连接到下游涡轮机18、20中一个涡轮机的转子，以被驱动旋转。
用于支持叶片34的盘36安装为绕着转子元件38的径向外壳中它们各自的轴枢转，并且它们连接枢轴驱动装置40用于枢转所述盘，以便于调整叶片绕着它们各自的轴B的角距，因此根据涡轮机组的运行条件来优化叶片距。
在图2和图3中示意了用以枢转地驱动盘36的本发明的装置40，该盘36用于支持叶片34，并且在图4和图5中更详细地示意了。
这些驱动装置40首先包括连接叶片支持盘36以及连接转子元件38的旋转元件，其次包括连接涡轮机组定子的非旋转元件。
本发明的驱动装置40的旋转元件包括控制环42，该控制环42绕着涡轮机组的轴A延伸，并且绕着所述轴与转子元件38一起被驱动旋转。该控制环42通过联杆类型元件连接到叶片支持盘36。
每个联杆44连接盘36和环42，该连杆44的一端铰接在从盘的径向内端径向地向内延伸的圆柱形栓46上，并且另一端铰接在元件48上，该元件48本身铰接在环42的马蹄钩50上。相对于盘36和元件48的联杆的铰链轴是平行的，并且定向为基本上平行于相应盘的轴B。盘上圆柱形栓46的轴C平行于所述盘的轴B，并且位于盘的外周边附近，以便于轴B和轴C不互相对齐。元件48和环的马蹄钩之间的铰链轴基本上平行于涡轮机组的轴A。
使用本发明驱动装置40的非旋转元件，控制环42沿着涡轮机组的轴A平移移动，该驱动装置40包括致动器52，该致动器52的圆柱体54固定于涡轮机组的定子，并且它的连杆58连接装置60以将控制环42居中和导引控制环42绕着轴A枢转，以沿着轴A移动所述装置60。
致动器52可以是液压的、气压的或电的。
用于将环42居中和导引环42的装置60包括环形轨道62，该轨道62绕着涡轮机组的轴A延伸和沿着所述轴通过致动器52平移移动，该轨道包括环形槽64，该环形槽64具有安装在其中用于引导控制环的滚动装置66。
在图4和5的实施方式中，轨道62由两个环形部件68和70组成，这两个部件共轴并且互相固定，以在它们之间限定上述槽64用于容纳环42。第一部件68基本上是平面的和径向的，并且它限定了槽的第一侧壁。第二部件70具有基本上L形截面，并且它包括平面部分和圆柱形部分，该平面部分限定槽64的另一个侧壁，该圆柱形部分限定了槽64的底部，平面部分在其内周边连接到圆柱形部分的一端，并且圆柱形部分的自由端固定到第一部件68的内周边。
这个第一部件68在其内周边上包括轴孔72以通过螺钉，该轴孔与第二部件70的圆柱形部分的自由端中内螺纹孔74对齐。这些孔72、74有规律地绕着轴A分布。
在该实施例中的滚动装置66是两个滚珠轴承，它们安装在所述轨道和该轨道的上述侧壁之间的轨道62的任一侧。该实施例中每个轴承66中滚珠在环形槽76、78中绕着共轴和互相面对地被引导，槽分别地形成在轨道62的侧壁中和环42的相应侧壁中。
本发明的驱动装置40运行如下：沿着涡轮机组的轴A移动致动器52的连杆58引起轨道62沿着所述的轴平移移动，因此引起轨道的环形槽64中所放置的控制环42沿着其移动。环42的平移移动通过联杆44起作用以引起盘36绕着叶片34的轴B枢转。在图1中，致动器的连杆58位于其缩回位置，并且轨道62和环42位于后退的位置，在这个位置叶片34相对于它们各自的轴B具有一定的角位置。在图2中，致动器的连杆58处于其伸出的位置，并且轨道和环处于前进的位置，在该位置叶片相对于它们各自的轴B处于另一个角位置。叶片绕着它们的轴最大角移动是约75°(大约-30°和+45°之间)。
在一个特定的实施方式中，控制环42的转速V是每秒73米(m/s)的数量级(V＝ω.R，ω＝每分钟1000转(rpm)或每秒104弧度角(rad/s)，并且R＝726毫米(mm))。这个速度比涡轮机组高压轴的旋转元件的速度要更慢，在特定的实施方式中，其是V′＝102m/s(ω＝16,000rpm或1674rad/s，和R＝61mm)。

Claims (7)

1.一种涡轮机组，包括至少一个带可变螺距叶片的无涵道螺旋桨(22、24)，基本上圆柱形的盘(36)带有叶片(34)，该圆柱形的盘(36)安装为在环形转子元件(38)的径向外壳中绕着它们各自的轴(B)枢转，并且通过它们的径向内端连接控制环(42)，该控制环(42)被驱动绕着涡轮机组的轴(A)一起和转子元件旋转，并且控制环沿着所述的轴平移移动，以使盘绕着它们各自的轴枢转，控制环被居中，并且被引导绕着装置(60)上涡轮机组的轴旋转，该装置(60)在旋转中是固定的，并且通过涡轮机组定子(56)所带有的致动器(52)沿着所述轴平移移动，涡轮机组的特征在于：用于将控制环(42)居中和引导控制环(42)的装置(60)包括基本上U形截面的环形轨道(62)，该轨道绕着涡轮机组的轴延伸，并且包括两个侧壁，这两个侧壁限定它们之间的向外开放的环形槽(64)，并且控制环(42)接合在该环形槽(64)中，滚动装置(66)安装在所述轨道和该轨道的侧壁之间的控制环的任一侧。
2.根据权利要求1所述的涡轮机组，其特征在于：轨道(62)由共轴的互相固定在一起的两个环形部件(68、70)组成，第一部件(68)限定该轨道的侧壁之一，第二部件(70)具有基本上L形截面，该L形截面限定槽(64)的底部和该轨道的另一个侧壁。
3.根据权利要求2所述的涡轮机组，其特征在于：轨道(62)的两个部件(68、70)通过螺钉互相固定在一起，该螺钉有规律地围绕涡轮机组的轴(A)分布。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的涡轮机组，其特征在于滚动装置(66)是滚珠轴承。
5.根据前述任一权利要求所述的涡轮机组，其特征在于：致动器(52)是电的、液压的、气压的致动器。
6.根据前述任一权利要求所述的涡轮机组，其特征在于：控制环(42)通过联杆连接用于支持叶片(34)的盘(36)，联杆一端铰接于被固定或形成在盘的径向内端上的元件，其另一端铰接于本身绕着轴被铰接于控制环的马蹄钩(50)上的元件(48)，该轴平行于涡轮机组的轴(A)。
7.根据前述任一权利要求所述的涡轮机组，其特征在于：它具有两个上述类型的共轴的反转无涵道螺旋桨(22、24)。
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