CN104948241A - 压气机及用于该压气机的静子调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压气机及用于该压气机的静子调节机构。用于该压气机的静子调节机构包括：作动筒，该作动筒具有活塞杆；其中，该静子调节机构还包括：联动环，活塞杆连接在联动环上；多个摇臂，每一个摇臂的一端与压气机静子的静子叶片相连接，另一端则连接在联动环上，并能够沿联动环的周向在联动环上运动。活塞杆的动作致使联动环沿压气机的轴向运动，且联动环不沿其周向转动。本发明的静子调节机构结构简单，有助于提高设计精度，且能够协调摇臂和联动环的运动。

Description

压气机及用于该压气机的静子调节机构

技术领域

本发明涉及一种压气机及用于该压气机的静子调节机构。

背景技术

目前，航空发动机大多采用燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等部分组成。压气机将来自进气道的空气加压成高压空气，以在燃烧室内与燃油混合燃烧，形成高压燃气。

压气机通常由转子和静子组成，其中，转子高速旋转，以对来自进气道的空气气流作功，从而增加空气的压力和温度，静子则是压气机中不旋转的部分，其作用是引导空气沿压气机的轴向流动。通常，一组转子和一组静子交互配置，形成压气机的一级。压气机则可包括一级或多级。

为了提高压气机稳定工作的范围，在航空发动机的压气机中广泛采用了可调静子，该可调静子的静子叶片可绕固定轴线旋转，以改变其安装角度。

图5中示出了现有技术的用于可调静子的调节机构。图5示出的调节机构10为曲柄连杆机构，其主要包括作动筒110、杠杆120、主连杆130、曲柄140、拉杆150、联动环160和摇臂170组成。其中，每个静子叶片20上连接有一个摇臂170，静子的同一级中的静子叶片20的摇臂170则连接在同一个联动环160上，该联动环160则与拉杆150的一端相连，拉杆150的另一端与曲柄140。在具有多级静子的情形中，用于静子的各级的曲柄140都连接在主连杆130上。杠杆120连接在主连杆130和作动筒110之间。

在调节时，作动筒110带动杠杆120运动，并经由杠杆120推动主连杆130。主连杆130驱动各曲柄140绕支点旋转，从而牵引拉杆150，并由此使联动环160旋转。联动环的160的旋转导致摇臂170摆动，从而实现对静子叶片20的角度调节。

可以看到，现有技术的静子调节机构结构复杂，整个调节过程为复杂的三维空间运动，从而导致作动筒的行程与摇臂的转动角度之间的关系复杂，难以确定。这就造成了静子调节机构的设计难度大，在设计时需要采用较多假设，因而降低了设计精度。并且，可以看到，由于调节机构结构复杂，因此其传动路线也较长，从而可靠性较低。

此外，在以上所述的曲柄连杆机构中，在调节静子叶片的角度时，摇臂170作水平摆动，而联动环160作周向转动，因此需要对这两种运动进行协调。目前，通常采用关节轴承（如图6）和摇臂变形（如图7）这两种方案中的一种来调节摇臂的水平摆动和联动环的周向运动。无论是关节轴承方案还是摇臂变形方案，都存在结构复杂、易发生故障等问题。

因此，在航空发动机领域中，需要一种结构简单、运行精度高且运动协调性能好的压气机静子调节机构的需求。

发明内容

本发明是为解决现有技术中的上述技术问题而作出的，其目的是提供一种压气机静子的调节机构，该调节机构结构简单、可靠，且能够简单地确定作动筒的行程和摇臂的转动角度之间的关系。

本发明的上述目的通过一种用于压气机的静子调节机构来实现。该静子调节机构包括：作动筒，该作动筒具有活塞杆；其中，该静子调节机构还包括：主联动环，活塞杆连接在主联动环上；多个第一摇臂，该多个第一摇臂中的每一个的一端与压气机的静子的一个静子级中的一个静子叶片相连接，另一端则连接在主联动环上，并能够沿主联动环的周向在主联动环上运动；其中，活塞杆的动作致使主联动环沿压气机的轴向运动，且主联动环不沿其周向转动。

本发明的上述结构的静子调节机构结构简单，其零件数量比现有技术的静子调节机构大大减少，各零件之间的连接关系简单，便于安装，且本发明的静子调节机构的总体重量也较轻。并且，在本发明的静子调节机构中，作动筒的活塞杆行程与静子叶片的转动角度之间的关系简洁、易确定，有助于提高设计精度，且摇臂与联动环的运动之间的协调性好。

在静子具有两个以上静子级的情况下，静子调节机构还可包括至少一个次级联动环，在主联动环与次级联动环之间设有至少一个第一联动杆。

当具有至少一个次级联动环时，静子调节机构还可包括多个第二摇臂，第二摇臂中的每一个的一端与静子的除第一静子级之外的其他静子级中的一个静子叶片相连接，另一端则可沿周向运动地连接在至少一个次级联动环中的一个上。

在静子具有多于两个静子级的情况下，静子调节机构中包括两个以上的次级联动环，在相邻的两个次级联动环之间设有至少一个第二联动环。

在上述结构中，第一联动杆和第二联动杆由刚性材料制成。这样，可使主联动环和次级联动环的轴向运动量始终相同。

较佳地，第一摇臂和主联动环之间的连接方式为，在第一摇臂的一端上安装有轴承，在主联动环上设置有多个引导槽，第一摇臂的每一个的轴承配合在多个引导槽中的一个引导槽内。

第二摇臂与次级联动环也可以相同或相似的方式连接。

对于上述静子调节机构，在对静子的静子叶片进行角度调节时，活塞杆的行程与第一摇臂的转动角度、即静子叶片的转动角度满足如下关系：s=L*(cosα₀-cosα)；其中，s是活塞杆的行程，即主联动环的轴向运动量；L是摇臂的长度；α₀是在开始角度调节之前第一摇臂相对于活塞杆的延伸方向所成的初始角度；α是在角度调节完成后第一摇臂相对于活塞杆的延伸方向所成的角度。

本发明还涉及一种压气机，该压气机包括动子和静子，静子包括机匣、多个静子叶片和具有以上所述结构的用于压气机的静子调节机构，其中，作动筒通过作动筒支架连接于机匣。

附图说明

图1示出了本发明的压气机静子调节机构的结构简图。

图2示出了本发明的压气机静子及其调节机构的立体图。

图3示出了摇臂和联动环之间的连接方式的立体图。

图4示意性地示出了本发明的压气机静子调节机构中作动筒行程与摇臂转动角度之间的关系。

图5示出了现有技术的压气机静子调节机构的结构简图。

图6示出了现有技术中用关节轴承来协调摇臂与联动环运动的结构。

图7示出了现有技术中通过摇臂变形的方式来协调摇臂与联动环运动的结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当了解，附图中所示的仅仅是本发明的较佳实施例，其并不构成对本发明的范围的限制。本领域的技术人员可以在附图所示的实施例的基础上对本发明进行各种显而易见的修改、变型、等效替换，这些都落在本发明的保护范围之内。

图1和2示出了本发明的压气机静子调节机构1。其中，图1所示的结构简图以示意的方式示出了该压气机静子调节机构1各部件之间的连接关系。

根据图1所示的结构，作动筒11的活塞杆12与联动环13相连。压气机静子的一个静子级中的静子叶片2与主联动环13相联。具体来说，每个静子叶片2通过摇臂16连接到联动环13上。在压气机静子具有两个以上静子级的情况下，相邻的两个静子级的联动环之间连接有联动杆14。该联动杆14可由刚性材料制成。

下面将参照图2所示的立体图，以具有三个静子级的压气机静子为例，详细描述本发明的静子调节机构1的具体结构。

如图2所示，作动筒11通过作动筒支架22固定在静子的机匣21上。作动筒11的活塞杆12与第一静子级31的联动环相连接。在此，为便于描述，将用于第一静子级31的联动环称为主联动环13，而将图2所示的第二和第三静子级32、33的联动环称为第一和第二次级联动环13’、13”。主联动环13与第一次级联动环13’之间连接有第一联动杆14，在第一次级联动环13’和第三联动环13”之间连接有第二联动杆14’。在联动环13、13’和13”上分别设置有多个引导槽131。

静子中的每个静子叶片2对应设置有一个摇臂16。如图3所示，该摇臂一端与对应的静子叶片2连接，另一端上安装有轴承161，该轴承161配合到联动环上的对应引导槽131中，且可在引导槽131中滚动。

在对静子叶片进行操作时，作动筒11驱动活塞杆12作直线运动。活塞杆12的该直线运动直接推动主联动环13轴向运动。通过第一联动杆14’和第二联动杆14”，第一和第二次级联动环13’、13”也都随之一起沿轴向运动。此时，联动环13、13’和13”仅仅发生轴向位移，不发生沿周向的转动。联动环13、13’和13”的轴向位移致使摇臂16的轴承161在引导槽131中滑动，从而引起摇臂16的摆动。随着摇臂16的摆动，带动静子叶片2的转动。由此，实现对静子叶片2的角度调节。

图4中示意性地示出了作动筒11的活塞杆12行程与摇臂16的转动角度之间的关系。

首先，作动筒11的活塞杆12推动联动环13轴向运动，且联动环13没有周向转动，因此作动筒11的活塞杆12行程即为联动环13的轴向运动量，在图4中以s来表示。其次，在调节静子叶片2的过程中，静子叶片2自身的位置保持不变，只是静子叶片2的角度发生变化。因此，如图4中所示，在调节静子叶片2的角度的过程中，摇臂16的叶片端162位置保持不动，摇臂16的联动环端上的轴承161则在引导槽131中滑动，并随联动环13的轴向运动也进行轴向运动。

基于以上条件，如图4所示，假设在初始位置处摇臂16与垂直于联动环的线的夹角为α0，则联动环13到摇臂16的叶片端162的距离为L*cosα0，其中L为摇臂16的长度。

当摇臂16随联动环13的轴向运动而摆动到与垂直于联动环的线的夹角为α时，联动环13到摇臂16的叶片端162的距离变为L*cosα。

由此，摇臂16的转动角度、即静子叶片2的转动角度为α-α0，而与之相对应的联动环13运动距离、即作动筒11的活塞杆12的行程为：

s=L*cosα₀-L*cosα=L*(cosα₀-cosα)。

可以看到，在采用本发明的静子调节机构中，静子叶片的转动角度与作动筒活塞杆的行程之间的关系简单，容易确定。

以上所述的压气机静子是以包括三个静子级的静子为例。不过，压气机静子也可包括其他数量的静子级，如一个、两个、四个、五个等。在包括一个静子级的情况下，用于该静子级的联动环即为主联动环，且为唯一的联动环，无需设置将两个相邻联动环相联的联动杆。

另外，以上所述实施例中，摇臂与联动环之间的连接是采用滚动副的形式，如上述的轴承和引导槽的组合。当然，该连接也可采用滑动副的形式，如滑块和导槽的组合，等等。

Claims (9)

1.一种用于压气机的静子调节机构，所述静子调节机构包括：作动筒，所述作动筒具有活塞杆；其特征在于，所述静子调节机构还包括：

主联动环，所述活塞杆连接在所述主联动环上；

多个第一摇臂，所述多个第一摇臂中的每一个的一端与所述压气机的静子的一个静子级中的一个静子叶片相连接，另一端则连接在所述主联动环上，并能够沿所述主联动环的周向在所述主联动环上运动；

其中，所述活塞杆的动作致使所述主联动环沿所述压气机的轴向运动，且所述主联动环不发生沿周向的转动。

2.如权利要求1所述的用于压气机的静子调节机构，其特征在于，所述静子调节机构还包括至少一个次级联动环，在所述主联动环与所述次级联动环之间设有至少一个第一联动杆。

3.如权利要求2所述的用于压气机的静子调节机构，其特征在于，所述静子调节机构还包括多个第二摇臂，所述第二摇臂中的每一个的一端与所述静子的其他静子级中的一个静子叶片相连接，另一端则连接在所述至少一个次级联动环中的一个上，并能够沿所述至少一个次级联动环中的所述一个的周向运动。

4.如权利要求2或3所述的用于压气机的静子调节机构，其特征在于，所述静子调节机构包括两个以上的所述次级联动环，在相邻的两个所述次级联动环之间设有至少一个第二联动环。

5.如权利要求4所述的用于压气机的静子调节机构，其特征在于，所述至少一个第一联动杆和所述至少一个第二联动杆由刚性材料制成。

6.如权利要求1所述的用于压气机的静子调节机构，其特征在于，所述第一摇臂的所述一端上安装有第一轴承，在所述主联动环上设置有多个第一引导槽，所述第一摇臂的每一个的所述轴承配合在所述多个第一引导槽中的一个引导槽内。

7.如权利要求3所述的用于压气机的静子调节机构，其特征在于，所述第二摇臂的所述一端上安装有第二轴承，在所述次级联动环上设置有多个第二引导槽，所述第二摇臂的每一个的所述第二轴承配合在所述多个第二引导槽中的一个内。

8.如权利要求1所述的用于压气机的静子调节机构，其特征在于，在对所述静子的所述静子叶片进行角度调节时，所述活塞杆的行程与所述第一摇臂的转动角度满足如下关系：

s=L*(cosα₀-cosα)；

其中，s是所述活塞杆的行程，即所述主联动环的轴向运动量；L是所述摇臂的长度；α₀是在开始进行角度调节之前所述第一摇臂相对于所述活塞杆的延伸方向所成的初始角度；α是在角度调节完成后所述第一摇臂相对于所述活塞杆的延伸方向所成的角度。

9.一种压气机，所述压气机包括动子和静子，所述静子包括机匣、多个静子叶片和如权利要求1～8中任一项所述的用于压气机的静子调节机构，其中，所述作动筒通过作动筒支架连接于所述机匣。