CN105829732A - 可变静叶片机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐久性优异、结构简单且成本低的轴流压缩机的可变静叶片机构。一种可变静叶片机构，其调节轴流压缩机(2)的静叶片(27)的安装角度，其具备：臂(44)，其与静叶片(27)连接；旋转环(42)，其与臂(44)的一端部(44b)连接，并位于轴流压缩机(2)的外壳(24)的外周；驱动机(53)，其通过使旋转环(42)旋转，从而经由臂(44)使静叶片(27)转动；以及摩擦衬垫(67)，其安装于外壳(24)，旋转环(42)与摩擦衬垫(67)进行摩擦接触。

Description

可变静叶片机构

相关申请

本申请要求2013年12月19日申请的日本专利申请2013-262426的优先权，将其全部内容以参照的方式引入作为本申请的一部分。

技术领域

本发明涉及一种对在燃气涡轮发动机、涡轮冷冻机等中使用的轴流压缩机的静叶片的安装角度进行调节的可变静叶片机构。

背景技术

在燃气涡轮发动机中，为了对气体进行压缩而使用轴流压缩机。在燃气涡轮发动机中，通过轴流压缩机将吸入的空气压缩成高压并引导到燃烧器。在燃烧器中燃烧的高温高压燃气在涡轮中作为旋转能被回收，然后被排出。燃气涡轮的压缩机在发动机启动过程中会变成被称为旋转失速的不稳定状态。在这种不稳定状态下，若使燃气涡轮发动机长时间运转，则会形成发动机发动阻滞而无法完成启动。

作为避免该问题的方法，采用在压缩机中间级的抽气、前级的可变静叶片机构。其中，关于可变静叶片机构，存在如下的可变静叶片机构，即，通过一个至两个致动器来驱动支承静叶片的环，从而抑制静叶片相对于周向的角度偏差(现有文献1、2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2013-96341号

专利文献2：日本专利公开2010-1821号

发明内容

(一)要解决的技术问题

然而，在专利文献1、2所示的可变静叶片机构的情况下，通过辊以可移动的方式对支承静叶片的环进行支承，使得能够调节静叶片的安装角度。因此，结构变得复杂且成本高，而且容易产生由随时间推移劣化造成的辊的老化，使辊的更换频度增高。

本发明的目的在于，提供一种耐久性优异、结构简单且成本低的轴流压缩机的可变静叶片机构。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明的可变静叶片机构是一种对轴流压缩机的静叶片的安装角度进行调节的可变静叶片机构，其具备：臂，其与所述静叶片连接；旋转环，其与所述臂的一端部连接，并位于所述轴流压缩机的外壳的外周；驱动机，其通过使所述旋转环旋转，从而经由所述臂使所述静叶片转动；以及摩擦衬垫，其安装于所述外壳，所述旋转环与所述摩擦衬垫进行摩擦接触。

根据该结构，通过驱动机使旋转环旋转，通过该旋转环的旋转经由臂使静叶片转动，来调节静叶片的安装角度。此时，由于所述旋转环与安装于外壳的摩擦衬垫进行摩擦接触，因此能够阻止所述旋转环的过度旋转而适当地调节静叶片的安装角度。此外，因为不使用易老化的辊且使用了摩擦系数小的摩擦衬垫，因此耐久性优异，结构也简单，因此还能实现降低成本。

在本发明的可变静叶片机构中，所述旋转环能够做成如下结构，即，所述旋转环的横截面形状为U字形，在径向上相向的外侧环片与内侧环片之间插入有所述臂的一端部，在连接所述两个环片的连接片的径向内端部形成有与所述摩擦衬垫接触的接触片。根据该结构，能够通过简单的结构有效地阻止旋转环的过度旋转而准确地调节静叶片的安装角度。

在本发明的可变静叶片机构中，优选地，所述臂的一端部经由设置于所述旋转环的球面座与所述旋转环连接。根据该结构，在通过旋转环的旋转而使臂转动时，由于臂的一端部经由设置于所述旋转环的球面座与所述旋转环连接，因此臂的转动变得顺畅。

在本发明的可变静叶片机构中，优选地，在所述摩擦衬垫与所述外壳之间插入有垫片。根据该结构，能够通过使用厚度不同的垫片而容易地调整摩擦衬垫的高度。

在本发明的可变静叶片机构中，优选地，所述摩擦衬垫通过紧固部件以可自由拆装的方式安装于所述外壳，在所述旋转环的与所述紧固部件的径向外方向相向的位置设置有使对所述紧固部件进行操作的工具插通的工具插通孔。根据该结构，能够在不拆卸旋转环、臂的情况下通过从工具插通孔插入工具来松缓摩擦衬垫的紧固部件，由此容易地更换摩擦衬垫或垫片。

在本发明的可变静叶片机构中，优选地，所述摩擦衬垫设定为在松缓紧固部件的状态下在与径向垂直的方向上可自由拆装。根据该结构，通过从与径向垂直的方向插入或拔出摩擦衬垫，从而能够容易且迅速地对外壳拆装摩擦衬垫。

在本发明的可变静叶片机构中，更优选地，所述驱动机是单个的电动致动器，设置于所述外壳的上部。根据该结构，由于电动致动器通常比油压汽缸轻，而且还位于外壳的上部，因此与位于狭窄的下部的情况相比，组装、分解的操作性更加良好。

权利要求书和/或说明书和/或说明书附图所公开的至少两种结构的任何组合也包含在本发明中。特别是，权利要求书的各权利要求的两项以上的任何组合也包含在本发明中。

附图说明

通过参考添加的附图对以下优选的实施方式进行说明，可更加清楚地理解本发明。但是，实施方式和附图仅用于图示及说明，不应用于限定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多张幅图中的相同的附图标记表示相同或与其相当的部分。

图1是将表示采用了本发明的可变静叶片机构的燃气涡轮发动机的一部分剖开的概略侧视图

图2是表示轴流压缩机的静叶片的叶片阵列的周向剖视图。

图3是将图1的可变静叶片机构的局部放大而详细表示的纵剖视图。

图4是图3的沿IV-IV线的剖视图。

图5是作为图3的主要部分的可变静叶片机构的放大图。

图6是同一可变静叶片机构的主视图。

图7是摩擦衬垫的俯视图。

在图8中，(a)是表示垫片的俯视图，(b)是表示垫片的组装状态的俯视图。

图9是将旋转环安装在外壳的状态进行放大表示的侧视图。

图10是图9的俯视图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。图1表示示出将采用了可变静叶片机构的燃气涡轮发动机的一部分剖开的概略侧视图。在图1中，燃气涡轮发动机1为如下结构，即，用轴流压缩机2压缩空气并将其导入到燃烧器3，并且将像城市燃气那样的气体燃料喷射到燃烧器3内使其燃烧，通过该高温高压的燃烧气体的能来驱动涡轮4。该涡轮4在驱动轴流压缩机2的同时，驱动未图示的发电机。

轴流压缩机2通过配置在旋转轴22外周面的多个动叶片23及呈多级配置在外壳24内周面的静叶片27的组合来压缩从吸气筒28吸入的空气A，将该压缩空气输送到形成为环状的机匣(車室，chamber)29。

燃烧器3在环状的机匣29沿着其周向以等间隔配置有多个(例如为六个)，在机匣29内，压缩空气如箭头a所示从顶端侧流入，在通过旋流器33变成旋流后被导入到燃烧器3内的燃烧区域，并且如箭头b所示，燃料从燃烧器3的周壁的稀释孔(未图示)喷射到燃烧器3内，该燃料与压缩空气混合而燃烧，该高温高压的燃烧气体G被送至涡轮4。

在轴流压缩机2中，作为调节流入空气量的空气量调节机构，设置有可变静叶片机构41。如图2所示，该可变静叶片机构41通过调整轴流压缩机2的周向截面中的静叶片27的安装角度θ来改变静叶片27的流出角α，从而调节轴流压缩机2的流入空气量。在此，上述的安装角度θ是静叶片27的周向线H与翼弦L(连结前缘和后缘的线)所成的角度，当调整该安装角度θ使流出角α变大时，空气的轴流速度变小，流入轴流压缩机2的空气量减少。可变静叶片机构41调整从轴流压缩机2的最前级到第四个为止的四个静叶片27的安装角度。

接着，参照图3和图4对本发明的第一实施方式的可变静叶片机构41进行说明，其中，图3是主要部分的纵剖视图，图4是图3的沿IV-IV线的剖视图。如图3所示，在该实施方式中，将沿着轴流压缩机2的外壳24的周向排列的多个静叶片27作为一级，使四级静叶片27联动而调整其安装角度θ。横截面形状呈U字形的圆环状的旋转环42在靠近各级静叶片27的排列位置的位置处沿着外壳24的周向旋转自如地设置在外壳24的外部。静叶片27在其中心轴43的顶端(图3的上端)嵌入固定有臂44的基端部44a，在作为臂44的顶端部的一端部44b连接有所述旋转环42。

使各级旋转环42联动而进行旋转，对该机构进行说明。沿着轴流压缩机2的轴向的轴49以跨过各旋转环42的方式位于外侧，其两端部旋转自如地支承于外壳24。在该轴49上，四个动作杠杆50与各旋转环42相向地固定。

如图4所示，各动作杠杆50的自由端和旋转环42分别通过套筒螺母51连接，该套筒螺母51的两端部旋转自如地安装于各动作杠杆50的自由端和旋转环42。此外，在轴49固定有单个的驱动杠杆52的基端部，在该驱动杠杆52的自由端连接有电动致动器30。电动致动器30将电动马达53和被该电动马达53驱动而进行进退的杆54收纳在圆筒状的壳体55内。壳体55经由支架31支承在外壳24的外表面，杆54的顶端部旋转自如地连接至驱动杠杆52的自由端。

因此，当作为可变静叶片机构41的驱动源的电动马达53动作，在例如杆54在图4的P方向上进出时，由于驱动杠杆52将向图4的箭头Q1方向转动而使轴49旋转，因此固定在该轴49的各动作杠杆50向图4的箭头Q2方向转动，并经由套筒螺母51推压对应的旋转环42使其旋转。由此，分别与图3所示的各旋转环42连接的各级静叶片27相互联动而进行转动，调整为规定的安装角度θ(图2)。

另外，图4所示的套筒螺母51通过在设置时调整其长度，从而能够调整动作杠杆50的角度。此外，连接到一个旋转环42的一级部分的静叶片27，其安装角度θ全都被调整至相同角度。该调整角度按每个级各不相同，例如，以越是后级侧的静叶片27调整角度越小的方式来设定动作杠杆50、驱动杠杆52的杠杆比等。

通过图5和图6对作为图3的主要部分的可变静叶片机构进行详细说明。如图5所示，在设置于各静叶片27的中心轴43的外周嵌入有由螺旋弹簧构成的弹簧体61及其底座62，在中心轴43的顶端嵌入有臂44的轴孔56，所述臂44的基端部44a与中心轴43通过像螺母那样的紧固部件63连接。在该状态下，通过弹簧体61来抑制臂44相对于外壳24的外周面上的安装面24a的倾斜。

横截面形状为U字形的旋转环42具有在径向(图5的上下方向)上相向的外侧环片42a和内侧环片42b、以及连接这两个环片42a、42b的连接片42c，在连接片42c的径向内端部向下方突出地形成有接触片42d。臂44的一端部44b插入到所述两个环片42a、42b之间，经由设置于旋转环42的球面座65与旋转环42连接。球面座65被在径向上具有中心线C1的像螺栓那样的轴支承构件68支承于旋转环42。

如图6所示，在设置于外壳24外周面的台座35上通过像螺栓那样的紧固部件66以能够自由拆装的方式安装有摩擦衬垫67。摩擦衬垫67例如在外壳24的周向上隔开间隔设置有多个，优选以等间隔设置。在图6中，在外壳24的周向上以等间隔设置有八个摩擦衬垫67。旋转环42的接触片42d的下表面即接触面与摩擦衬垫67的外表面接触。旋转环42为不锈钢，相对于此，摩擦衬垫67的表面材料例如为石墨类的固体润滑剂。

图7表示摩擦衬垫67的俯视图。如图7所示，在该摩擦衬垫67形成有多个(例如两个)平行的沟槽69，所述沟槽69从摩擦衬垫67的前侧的一边延伸至中央部，在各沟槽69的内部形成有使紧固部件66的头部插入的凹部70。通过将紧固部件66插入到沟槽69并螺入到图5的外壳24的螺纹孔72，从而摩擦衬垫67被安装在外壳24上。由于所述沟槽69的存在，通过松缓紧固部件66，使摩擦衬垫67在与沟槽69平行的方向A、B上移动，即，在与燃气涡轮发动机1(图1)的径向垂直的方向上移动，从而能够插入到旋转环42的下侧以及从旋转环42的下侧拔出。

图8中的(a)表示垫片73，如图8中的(a)的左侧所示，垫片73的形状与摩擦衬垫67(图7)大致相同，形成有多个(例如两个)平行的沟槽74。通过将该垫片73向A方向插入到图7的摩擦衬垫67的下侧，从而如图8中的(b)那样进行设置。通过适当地改变该垫片73的厚度，从而能够任意地调整摩擦衬垫67的高度，即，能够任意地调整摩擦衬垫67的外表面的径向位置。所述A方向和B方向与燃气涡轮发动机1(图1)的轴向一致。

图9及图10是表示本发明的第二实施方式的主视图。如图9所示，摩擦衬垫67通过像螺栓那样的紧固部件66安装在外壳24中的球面座65、65间的位置。在轴支承构件68的头部的下侧安装有与邻接的轴支承构件68一起防止旋转的旋转止动板77。

如图10所示，在旋转环42上的与紧固部件66在径向外侧相向的位置，贯通地形成有由在周向上长的长孔构成的工具插通孔75。从该工具插通孔75插入像螺丝刀(ドライバ)那样的工具进行紧固部件66的拧紧和拧松。在摩擦衬垫67磨损的情况下更换摩擦衬垫67和/或垫片73时，能够利用从工具插通孔75插入的工具松缓紧固部件66，从而容易地更换摩擦衬垫67、垫片73。

如上所述，图4的可变静叶片机构41在通过电动马达53的动作使旋转环42旋转来调节图3所示的静叶片27的安装角度时，图5所示的旋转环42的接触片42d一边与安装在外壳24上的摩擦衬垫67进行摩擦接触一边进行旋转，因此可通过大的摩擦阻力来阻止旋转环42的过度旋转。由此，能够适当地调节静叶片27的安装角度。此外，由于未使用易老化的辊，而是使用了摩擦系数小的摩擦衬垫67，因此耐久性优异，结构也简单，从而还可实现降低成本。

此外，旋转环42的横截面形状为U字形，在径向上相向的外侧和内侧环片42a、42b之间插入有臂44的一端部44b，在连接所述两个环片42a、42b的连接片42c的径向内端部形成有与摩擦衬垫67接触的接触片42d，因此能够通过简单的结构有效地阻止旋转环42的过度旋转，能够准确地调节静叶片27的安装角度。

进而，由于臂44的一端部44b经由设置在旋转环42的球面座65与所述旋转环42连接，因此在通过旋转环42的旋转而使臂44转动时，虽然臂44会相对于中心轴43的轴向稍微倾斜，但这样的倾斜移动可顺畅地进行。

由于在摩擦衬垫67与外壳24之间插入有垫片73，因此能够通过使用厚度不同的垫片73来容易地调整摩擦衬垫67的高度。特别是，在摩擦衬垫67磨损的情况下，能够通过将垫片73更换为厚的垫片73，从而使摩擦衬垫67的高度即外表面的位置恢复到适当的位置。

在图9所示的第二实施方式中，在旋转环42中的与紧固部件66的径向外方向相向的位置设置有使对紧固部件66进行操作的工具插入的工具插通孔75，因此能够在不拆卸旋转环42、臂44的情况下通过从工具插通孔75插入像螺丝刀那样的工具来松缓紧固部件66，从而容易地更换摩擦衬垫67或垫片73。

如图7所示，摩擦衬垫67及垫片73在松缓紧固部件66(图6)的状态下能够在与径向垂直的方向上自由拆装，因此通过从与径向垂直的方向插入(A方向)或拔出(B方向)摩擦衬垫67，由此能够相对于外壳24容易且迅速地进行拆装。

如图4所示，作为调节静叶片27的安装角度的驱动机，使用单个电动致动器30，并将该电动致动器30设置于外壳24的上部。电动致动器30通常比液压缸轻，而且位于外壳24的上部，因此与位于与地面的间隔窄的下部的情况相比，电动致动器30与燃气涡轮发动机1(图1)的组装、分解的操作性更好。

如上所述，参照附图对优选的实施方式进行了说明，但本领域技术人员通过本申请的说明书能够在显而易见的范围内容易地想到各种变更及修改。因此，这样的变更及修改应解释为属于由权利要求书所确定的发明的范围。

附图标记说明

1―燃气涡轮发动机；

2―轴流压缩机；

22―旋转轴；

23―动叶片；

24―外壳；

27―静叶片；

30―电动致动器(驱动机)；

41―可变静叶片机构；

42―旋转环；

42a、42b―在径向上相向的环片；42c―连接片；

42d―接触片；

43―中心轴；

44―臂；

44a―一端部；

53―电动马达；

65―球面座；

66―紧固部件；

67―摩擦衬垫；

73―垫片；

75―工具插通孔。

Claims (7)

1.一种可变静叶片机构，其调节轴流压缩机的静叶片的安装角度，其具备：

臂，其与所述静叶片连接；

旋转环，其与所述臂的一端部连接，并位于所述轴流压缩机的外壳的外周；

驱动机，其通过使所述旋转环旋转，从而经由所述臂使所述静叶片转动；以及

摩擦衬垫，其安装于所述外壳，

所述旋转环与所述摩擦衬垫进行摩擦接触。

2.根据权利要求1所述的可变静叶片机构，其特征在于，所述旋转环的横截面形状为U字形，在径向上相向的外侧环片与内侧环片之间插入有所述臂的一端部，在连接所述两个环片的连接片的径向内端部形成有与所述摩擦衬垫接触的接触片。

3.根据权利要求1或2所述的可变静叶片机构，其特征在于，所述臂的一端部经由设置于所述旋转环的球面座与所述旋转环连接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可变静叶片机构，其特征在于，在所述摩擦衬垫与所述外壳之间插入有垫片。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的可变静叶片机构，其特征在于，所述摩擦衬垫通过紧固部件以可自由拆装的方式安装于所述外壳，在所述旋转环的与所述紧固部件的径向外方向相向的位置设置有使对所述紧固部件进行操作的工具插通的工具插通孔。

6.根据权利要求5所述的可变静叶片机构，其特征在于，所述摩擦衬垫设定为，在松缓紧固部件的状态下在与径向垂直的方向上可自由拆装。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的可变静叶片机构，其特征在于，所述驱动机是单个的电动致动器，设置于所述外壳的上部。