CN104632702B - 轴流压气机进气导叶的同步传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴流压气机进气导叶的同步传动机构，包括回转盘、两级转杆及其导向板，回转盘截面呈“┏”形，其底环贴合套装在进气导叶前端的缸体外周上，转圈末端固定连接第一级转杆前端；第一级转杆末端通过回转副连接第一级导向板前端、第一级导向板末端通过回转副连接第二级转杆前端；第二级转杆末端固定连接第二级导向板前端、第二级导向板末端通过回转副连接进气导叶的转轴部；回转盘在轴流压气机内设置的导叶驱动单元的驱动下转动。本发明可用于安装空间较小，导叶数量较多的结构；实现了整圈导叶高精度大范围同步转动；通过弹力预紧装置，对导叶进行预紧，方便结构调整，并能进一步提高机构精度；锁紧装置结构简单，精度相对较高。

Description

轴流压气机进气导叶的同步传动机构

技术领域

本发明专利涉及轴流压气机，具体是一种用于轴流压气机进气导叶的同步转向传动机构。

背景技术

本产品主要开发用于轴流压气机进气导叶转向调节，由于轴流压气机转速、压比都较高，进口调节机构对整机气动性能影响较大，因此要求其结构紧凑、调节效率高。并要求整圈导叶同步转动。常规的转动结构主要包含两种方式：

1、齿环式转动机构（如图1所示）：此类结构常用于空气压缩机。在每个导叶顶端安装齿轮，依靠齿轮与齿环传动实现导向。齿环由外部统一输入动力，可实现整圈同步转动，但此类导叶转向机构由于齿轮结构限制，尺寸较大对于导叶数量相对较多的压气机不适用。

2、连杆式转动机构（如图2所示）：此类结构常用于水轮机。由中间轮盘输入动力，各相邻导叶间靠连杆结构与轮盘连接从而进行调节。此类导叶转向机构通过内外环的相对转动实现角度调节，适用于辐流式机组，但由于该结构比较复杂，且尺寸较大，不适用于安装空间小，导叶数量多的轴流式机组。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种可用于轴流压气机导叶转向机构，满足导叶数量多，气道狭小，转动精度高，转动范围大的要求，同时该机构可实现导叶片沿轴向夹角的调节。

本发明的目的是通过如下方式实现的：

轴流压气机进气导叶的同步传动机构，轴流压气机的进气导叶包括连接为一体的工作部和转轴部，工作部沿径向均布在轴流压气机圆环状的进气通道上，轴流压气机缸体上对应进气导叶的数量设置有供转轴部插入的安装孔，且转轴部末端伸出缸体的外周面；所述同步传动机构包括回转盘、两级转杆及其导向板，所述转杆沿径向设置、其对应的导向板垂直于所配套的转杆；所述回转盘由相互连接的转圈和底环构成、截面呈“┏”形，该回转盘的底环贴合套装在进气导叶前端的缸体外周上，转圈末端固定连接第一级转杆前端；第一级转杆末端通过回转副连接第一级导向板前端、第一级导向板末端通过回转副连接第二级转杆前端；第二级转杆末端固定连接第二级导向板前端、第二级导向板末端通过回转副连接进气导叶的转轴部；所述回转盘在轴流压气机内设置的导叶驱动单元的驱动下转动。

所述缸体外壁上、沿圆周方向凸出设置一整圈滑轨，对应的回转盘底环的内周面上设置有一圈滑轨凹槽；滑轨对应滑轨凹槽两侧设置有半球面形的安装槽，安装槽内设置有突出滑轨侧面、接触滑轨凹槽侧壁的滚珠。

所述滑轨凹槽截面呈由外向内逐渐缩小的梯形、对应的滑轨截面呈由顶部至底部呈逐渐增大的梯形。

所述导叶驱动单元的输出轴上固定套装有齿轮，对应的回转盘外壁上、沿圆周方向固定安装有与之啮合的齿条。

所述同步传动机构外部套装有罩壳，导叶驱动单元的输出轴上套装一个锁紧圈，该锁紧圈一侧固定连接罩壳、另一侧设有将其分为两瓣的缺口，缺口处设置有间隙调整装置，间隙调整装置调整缺口处的间隙减小、锁紧圈内圈与输入轴逐渐接触紧密并将其抱紧。

所述安装孔内依次设置有套装在进气导叶转轴部上的轴套和弹力预紧装置；在安装进气导叶时，弹力预紧装置为进气导叶提供轴向的弹力，轴套与弹力预紧装置一起形成密封结构、轴向定位进气导叶。

所述轴套是自润滑材料轴套。

本发明有益的积极效果是：

本发明的轴流压气机进气导叶的同步传动机构，每组传动机构对应独立的进气导叶、各组进气导叶之间的传动为同步转动，各机构间不会发生干涉，可以解决如现有技术中进气导叶数量多、气道狭小所导致的安装空间小的问题。本发明采用空间四杆结构，各杆件传动时可占用相邻机构的安装空间，使得传动中机构运动范围增大，可实现正负30°范围内任意角度的转动，实现转动范围大的要求。本发明的回转盘带动导向机构整圈转动，实现了整圈导叶高精度大范围同步转动；同时采用自润滑轴套，对导叶进行周向定位，同时由于其自润滑特性、可作为轴承使用，同时可增强该处密封性能。本发明的夹持结构简单且定位较准确，精度靠齿轮及传动部件精度控制。本发明进气导叶安装孔内的弹簧吸收安装间隙、可有效提高传动精度，通过该弹力预紧装置，对导叶进行预紧，方便结构调整，并能进一步提高机构精度。本发明的锁紧装置结构简单，精度相对较高。本发明密封效果较好，满足高精度要求，适用于转动部件多、转动范围大、结构尺寸小的场合，特别适用于轴流压气机组的调节机构。

附图说明

图1 是现有技术齿环式转动机构的结构示意图；

图2是现有技术连杆式转动机构的结构示意图；

图3是本发明轴流压气机进气导叶的同步传动机构的结构示意图；

图4是本发明同步传动机构的展开结构示意图；

图5是本发明同步传动机构去除罩壳、沿导叶剖断轴侧的装配结构示意图；

图6是本发明锁紧结构轴向视图的结构示意图；

图中代号含义：1-进气导叶、2-轴套、3-弹簧、4-推力轴承、5-转动轴套、6-第二级导向板、7-第一级导向板、8-第二级转杆、9-第一级转杆、10-回转盘、11-滚珠、12-滑轨、13-缸体、14-齿条、15-输出轴、16-锁紧圈、17-罩壳、18-定位螺栓、19-紧定螺栓。

具体实施方式

如图3～6所示，本发明是轴流压气机进气导叶的同步传动机构，轴流压气机的进气导叶1包括连接为一体的工作部和转轴部。具体的：进气导叶1的工作部呈叶片状、沿径向均布在轴流压气机圆环状的进气通道上；轴流压气机缸体13上对应进气导叶1的数量设置有供其转轴部插入的安装孔，且转轴部末端伸出缸体13的外周面。如此设计，使得进气导叶1的安装位置限定，但转轴部可在安装孔内转动、且转轴部带动工作部转动，从而改变进气导叶1工作部的角度、调节轴流压气机进气通道的流量。另外，在进气导叶1转轴部的轴线与进气导叶1工作的轴线具有一定角度，该角度可保证安装时进气导叶1的安装角与轴线平行，方便整个机构的原点确定。

本发明创新设计的同步传动机构包括回转盘10、两级转杆8和9及其导向板6和7，其中转杆8和9沿径向设置、其对应的导向板6和7分别垂直于所配套的转杆8和9设置。具体的：回转盘10由相互连接的转圈和底环构成，即回转盘10具有一个转圈和一个底环，且转圈的内径与底环的外径相同，转圈一端与底环的外侧相互连接、使得回转盘10截面呈“┏”形。该回转盘10的底环贴合套装在进气导叶1前端的缸体13外周上、并将回转盘10的转圈向内设置、即向进气导叶1的方向设置。

回转盘10在轴流压气机内设置的导叶驱动单元的驱动下转动。本具体实施方式中，导叶驱动单元的输出轴15上固定套装有齿轮，对应的回转盘10外壁上、沿圆周方向固定安装有与之啮合的齿条14。

缸体13外壁上、沿圆周方向凸出设置一整圈滑轨12，对应的回转盘10底环的内周面上设置有一圈滑轨凹槽。滑轨12对应滑轨凹槽两侧设置有半球面形的安装槽，安装槽内设置有突出滑轨12侧面、接触滑轨凹槽侧壁的滚珠11；滚珠11与滑轨凹槽的两个侧壁接触、能在滑轨凹槽的侧壁上滚动。更进一步的，滑轨凹槽截面呈由外向内逐渐缩小的梯形、对应的滑轨12截面呈由顶部至底部呈逐渐增大的梯形。本具体实施方式中，缸体13外壁上设置定位孔、固定安装滑轨12的末端。滑轨12也可以是其他的近似结构，如两侧设置有滚珠的柱状结构、或者轴向定位的滚轮结构等等。滑轨12的长度根据实际情况设定，可以是一个弧段、也可以是一整圈圆周；如果滑轨12是弧段，则弧段滑轨12的数量可以是1个，也可以是若干个、均布在缸体13外壁上。

同步传动机构还具有罩壳17，将上述所有部件安装于其内、并保护起来，定位螺栓18将锁紧圈16固定在罩壳17。同步传动机构上还设置有同步传动机构的锁紧结构，该锁紧机构是套装在导叶驱动单元的输出轴15上的锁紧圈16，该锁紧圈16一侧固定连接罩壳17、另一侧设有将其分为两瓣的缺口。缺口处设置有间隙调整装置，间隙调整装置调整缺口处的间隙减小、锁紧圈16内圈与输入轴15逐渐接触紧密并将其抱紧。如此，通过在缺口处以增加载荷的方式减小缺口处间隙，从而增大锁紧圈16与输入轴15之间的摩擦力，从而达到锁紧的目的。需要注意的是：缺口处的间隙不减小到0，锁紧圈16两瓣之间一般会保留部分间隙，防止因弹性机构的应力释放、而导致锁紧圈16不能抱紧输入轴15。

本具体实施方式中，间隙调整装置为卡箍结构，具体的：在缺口处的锁紧圈16两瓣上对应设置有螺栓孔、通过紧定螺栓19连接为一体；把紧该紧定螺栓19、将锁紧圈16两瓣紧密连接，使锁紧圈16的内圈与导叶驱动单元的输出轴15紧密接触、并压紧在其周面上，从而使得固定连接在罩壳17上的锁紧圈16抱紧导叶驱动单元的输出轴15。使得力矩不再从同步传动机构传递至进气导叶1。

回转盘10的转圈末端固定连接第一级转杆9前端；第一级转杆9末端通过回转副连接第一级导向板7前端、第一级导向板7末端通过回转副连接第二级转杆8前端；第二级转杆8末端固定连接第二级导向板6前端、第二级导向板6末端通过回转副连接进气导叶1的转轴部。上述每一组进气导叶1的传动机构近似构成空间四杆结构，运动关系传递如下：

轴流压气机的缸体13固定，导叶驱动单元的输出轴15转动、通过其套装的齿轮与回转盘10上齿条14啮合，使得回转盘10同步转动，则固定在其转圈上的第一级转杆9同步沿回转盘10转动方向移动。则第一级转杆9末端通过回转副连接的第一级导向板7前端沿回转盘10转动方向移动、第一级导向板7末端沿回转盘10转动相反方向移动。第一级导向板7末端通过回转副连接的第二级转杆8受到一个反作用力，使其沿回转盘10转动方向移动。则第二级转杆8末端固定连接的第二级导向板6前端沿回转盘10转动方向移动、第二级导向板6末端沿回转盘10转动相反方向移动。第二级导向板6末端通过回转副连接的进气导叶1的转轴部受到一个反作用力，使其沿回转盘10转动方向转动。

上述空间四杆结构传动时、可占用附近机构空间，由于所有进气导叶1的传动机构为同步转动，各机构间不会发生干涉。从而可以解决进气导叶1数量多、气道狭小所导致的安装空间小的问题。由于采用空间四杆结构，各杆件可占用相邻机构的安装空间，使得传动中机构运动范围增大，可实现正负30°范围内任意角度的转动，实现转动范围大的要求。

本具体实施方式中，回转盘10转圈末端与第一级转杆9前端通过螺栓连接，并用双螺母锁紧。第一级转杆9末端与第一级导向板7前端通过回转副连接，第一级导向板7末端与第二级转杆8前端通过球面副连接、即构成上文所述回转副。第二级转杆8末端与第二级导向板6前端通过螺栓连接，并用螺母锁紧；此处，第二级导向板6前端只需夹紧第二级转杆8末端即可，也可以是其他的连接方式。第二级导向板6末端与进气导叶1的转轴部前端通过螺栓连接，并用双螺母锁紧，此处也可以是其他的连接方式。进气导叶1的转轴部末端插入缸体13上的安装孔，通过转轴部上套装的轴套2与缸体13组成回转副。

更进一步的，第二级导向板6与进气导叶1的转轴部的连接处采用如下设计：进气导叶1的转轴部依次设计为连接为一体的螺纹杆、截面呈矩形的光杆和圆柱状光杆；第二级导向板6末端对应进气导叶1的转轴部设置为依次为螺纹孔和矩形孔构成的台阶孔。进气导叶1的转轴部上螺纹杆配合该台阶孔的螺纹孔安装、并采用双螺母锁紧，矩形光杆配合该台阶孔的矩形孔安装；进气导叶1的转轴部圆柱光杆部分设置在第二级导向板6内侧。通过矩形光杆配合矩形孔、面与面的贴合，减小第二级导向板6与进气导叶1之间的间隙，保证转动时不会由于间隙存在、而产生振动或者角度偏差。

缸体13上供进气导叶1转轴部插入的安装孔内依次设置有套装在进气导叶1转轴部上的轴套2和弹力预紧装置。在安装进气导叶1时，弹力预紧装置为进气导叶1提供轴向的弹力，轴套2与弹力预紧装置一起形成密封结构、轴向定位进气导叶1。

本具体实施方式中，由于安装进气导叶1的空间较小，弹力预紧装置采用是弹簧3，但是弹力预紧装置不仅限于弹簧结构，也可以是液压或者气压等可以提供弹力的装置。轴套2为自润滑材料轴套2，其材料一般采用高分子材料、四氟材料、碳纤维等，优选石墨。轴套2在对进气导叶1进行轴向定位的同时、可与弹簧3一起形成密封结构起到较好的密封作用；由于轴套2的材料具有自润滑作用、轴套2可同时起到轴承的作用。

更进一步的，该安装孔前端是一个二级台阶状沉孔，转轴部上依次套装有轴套2和弹簧3；弹簧3一端接触第一级台阶沉孔的底面、另一端接触轴套2末端。轴套2前端、进气导叶1转轴部与工作部连接部分设置有一个限位台阶、贴合第二级台阶沉孔安装，使得进气导叶1的安装位置固定、使其径向定位。安装孔末端也设计为沉孔，该沉孔底面与第二级导向板6的转动副之间依次设置有推力轴承4和转动轴套5，使得进气导叶1转轴部可绕其轴线旋转。进气导叶1转轴部带动其转动时，弹簧3对推力轴承4施加预紧力，消除掉进气导叶1轴向各处间隙，从而提高传动精度。

本发明轴流压气机进气导叶的同步传动机构工作时，通过导叶驱动单元的输出轴15上的齿轮旋转、与齿条14啮合带动回转盘10绕滑轨12旋转，回转盘10带动固定于其上的多组传动机构：第一级转杆9、第一级导向板7、第二级转杆8和第二级导向板6依次转动，并将转动传递至进气导叶1的转轴部，从而实现整圈进气导叶1的同步转动。

弹簧3作为预紧装置对进气导叶1进行预紧，安装时可通过弹簧3向上提起进气导叶1的转轴部，从而将进气导叶1的结构间隙转化至其工作部的外端，方便测量。安装好进气导叶1后，去除外力，弹簧3吸收沿进气导叶1轴向的间隙。

待进气导叶1转至需用角度时，使用拧紧紧定螺栓19使2个锁紧圈16合围成一整圈、并抱死导叶驱动单元的输出轴15，实现整个调整机构的定位。

Claims (7)

1.轴流压气机进气导叶的同步传动机构，轴流压气机的进气导叶包括连接为一体的工作部和转轴部，工作部沿径向均布在轴流压气机圆环状的进气通道上，轴流压气机缸体上对应进气导叶的数量设置有供转轴部插入的安装孔，且转轴部末端伸出缸体的外周面；其特征在于：所述同步传动机构包括回转盘、两级转杆及其导向板，所述转杆沿径向设置、其对应的导向板垂直于所配套的转杆；所述回转盘由相互连接的转圈和底环构成、截面呈“┏”形，该回转盘的底环贴合套装在进气导叶前端的缸体外周上，转圈末端固定连接第一级转杆前端；第一级转杆末端通过回转副连接第一级导向板前端、第一级导向板末端通过球面副连接第二级转杆前端；第二级转杆末端固定连接第二级导向板前端、第二级导向板末端通过回转副连接进气导叶的转轴部；所述回转盘在轴流压气机内设置的导叶驱动单元的驱动下转动。

2.根据权利要求1所述轴流压气机进气导叶的同步传动机构，其特征在于：所述缸体外壁上、沿圆周方向凸出设置一整圈滑轨，对应的回转盘底环的内周面上设置有一圈滑轨凹槽；滑轨对应滑轨凹槽两侧设置有半球面形的安装槽，安装槽内设置有突出滑轨侧面、接触滑轨凹槽侧壁的滚珠。

3.根据权利要求2所述轴流压气机进气导叶的同步传动机构，其特征在于：所述滑轨凹槽截面呈由外向内逐渐缩小的梯形、对应的滑轨截面呈由顶部至底部呈逐渐增大的梯形。

4.根据权利要求1所述轴流压气机进气导叶的同步传动机构，其特征在于：所述导叶驱动单元的输出轴上固定套装有齿轮，对应的回转盘外壁上、沿圆周方向固定安装有与之啮合的齿条。

5.根据权利要求4所述轴流压气机进气导叶的同步传动机构，其特征在于：所述同步传动机构外部套装有罩壳，导叶驱动单元的输出轴上套装一个锁紧圈，该锁紧圈一侧固定连接罩壳、另一侧设有将其分为两瓣的缺口，缺口处设置有间隙调整装置，间隙调整装置调整缺口处的间隙减小、锁紧圈内圈与输入轴逐渐接触紧密并将其抱紧。

6.根据权利要求1所述轴流压气机进气导叶的同步传动机构，其特征在于：所述安装孔内依次设置有套装在进气导叶转轴部上的轴套和弹力预紧装置；在安装进气导叶时，弹力预紧装置为进气导叶提供轴向的弹力，轴套与弹力预紧装置一起形成密封结构、轴向定位进气导叶。

7.根据权利要求6所述轴流压气机进气导叶的同步传动机构，其特征在于：所述轴套是自润滑材料轴套。