CN106030047B - 具有集成致动的旋转致动器 - Google Patents

Abstract

提供了一种旋转致动器(100)。该旋转致动器(100)包括被沿着该旋转致动器的纵向轴线居中的定子组件(120)。该旋转致动器还包括环绕定子组件(120)的转子组件(122)。该转子组件可相对于定子组件围绕纵向轴线旋转。该旋转致动器还包括第一轴承组件(142)和第二轴承组件(144)，它们被安装于该定子组件(120)的相邻的相对轴向端处并被连接在定子组件(120)和转子组件(122)之间，以允许转子组件(122)相对于该定子组件围绕纵向轴线的旋转。在转子组件和定子组件之间形成液压致动结构。该液压致动结构包括至少一个第一压力腔室(180)和至少一个第二压力腔室(182)。至少一个第一压力腔室(180)和至少一个第二压力腔室(182)中的至少一个具有可变容积。

Description

具有集成致动的旋转致动器

技术领域

本发明主要涉及通常在发动机环境中采用的致动器，并且更具体地涉及结合有变距定子叶片的涡轮发动机，并且甚至更为具体地涉及用于变距定子叶片的致动器。

背景技术

现代燃气涡轮发动机结合有轴流式压缩机区段，该轴流式压缩机区段包括多个翼型(即叶片)，这多个翼型从该燃气涡轮发动机的中心轴呈圆形图案径向向外延伸并且能够围绕该中心轴旋转。转子叶片的多个圆形图案通常沿该中心轴成排地顺序布置。在相邻排的转子叶片之间，通常还存在一组叶片，这组叶片也呈圆形图案布置并相对于发动机的中心轴径向地延伸，与转子叶片的不同之处在于，这些叶片并不围绕涡轮发动机的中心轴旋转。这些不旋转叶片通常被称为定子叶片，并且其每排通常被称为一级。已知的是以交替图案结合多排转子叶片以及多排定子叶片。

已知的是围绕其中心径向延伸的纵向轴调节每个定子叶片的定向，以改变这些定子叶片呈现给下列空气的冲角，该空气沿着发动机的中心轴轴向地流动并且从上游使用致动器使这组转子叶片旋转。这些变距定子叶片允许涡轮发动机获得用于在多种运转模式中的最佳运转的气流压力特征。

已知用于实现上述变距定子叶片致动的多种致动器构造。每排定子叶片并且特别是其每个叶片通常被连接到可从包含转子和定子叶片排的壳体的外部触及到的协调环。该协调环围绕该发动机的中心轴的旋转导致上述定子叶片致动。每排定子叶片具有其自身的协调环。典型的变距定子叶片致动器由此操纵多个协调环以控制每排定子叶片的变距定子叶片的定向。这种致动器的示例可见于美国专利No.4,755,104、No.5,549,448、No.6,769,868和No.8,435,000的审查，这些专利的整体教导和公开内容被通过参引结合到本文中。

不幸地是，这种致动器的常见问题是它们在其结构上是相对复杂的，尺寸和重量相对较大，存在大量的磨损点，并具有高无功负载。事实上，美国专利No.5,549,448示出了一种常规的曲拐型致动结构。这种构造通常由一种被与发动机的中心轴并行地布置及操作的线性致动器致动。假定在该线性致动器的并行结构的情况下，该类型通常是紧凑的；然而，它在其连杆结构方面也是相当复杂的，这是因为它需要由共用的主曲拐机构驱动的多个单独的曲拐机构，这些曲拐机构中的每一个都存在磨损点以及可能的故障点。

作为另一示例，美国专利No.8,435,000示出了一种更为现代的转矩管式致动结构，其中，一种通常被称为转矩管的旋转致动器与发动机的中心轴平行地布置。多个连杆臂从转矩管延伸并分别连接到每个协调环。致动器作用在转矩管上以使其围绕其中心轴旋转，从而最终使协调环旋转以实现所需的定子叶片定向。该类型通常比上述曲拐构造简单。然而，该构造还利用了一种横向于该发动机的中心轴布置的线性致动器，并由此导致在该发动机空间内的不合乎要求地大的占用空间。

因此，在本领域中需要一种具有复杂性降低、零件数量减少、磨损点数量减少以及尺寸缩小的旋转致动器。

本发明提供了这种变距定子叶片致动器。通过本文中提供的对于本发明的描述，本发明的这些和其它优点以及附加的具有创造性的特征将变得明显。

发明内容

在一个方面中，本发明提供了一种用于致动涡轮发动机的压缩机区段的变距定子叶片的整体空间占用减少的旋转致动器。该旋转致动器的实施例包括被沿着该旋转致动器的纵向轴线居中的定子组件。该旋转致动器还包括环绕该定子组件的转子组件。该转子组件可相对于该定子组件围绕该纵向轴线旋转。该旋转致动器还包括第一轴承组件和第二轴承组件，该第一轴承组件和该第二轴承组件被安装于定子组件的相邻的相对轴向端处，并被连接在定子组件和转子组件之间以允许转子组件相对于定子组件围绕该纵向轴线的旋转。在转子组件和定子组件之间形成液压致动结构。该液压致动结构包括至少一个第一压力腔室和至少一个第二压力腔室。至少一个第一压力腔室是可操作的以便接收处于第一压力下的液压流体。至少一个第二压力腔室是可操作的以便接收处于不同于第一压力的第二压力下的液压流体，从而在至少一个第一压力腔室和至少一个第二压力腔室之间形成压差以使转子组件围绕该纵向轴线旋转。

在另一方面中，本发明提供了一种用于致动涡轮发动机的压缩机区段的变距定子叶片的零件数量减少且复杂度降低的旋转致动器。该旋转致动器包括被沿着旋转致动器的纵向轴线居中的定子组件。旋转致动器还包括环绕定子组件的转子组件。转子组件可相对于定子组件围绕纵向轴线旋转。旋转致动器还包括第一轴承组件和第二轴承组件，该第一轴承组件和该第二轴承组件被安装于定子组件的相邻的相对轴向端处，并被连接在定子组件和转子组件之间以允许转子组件相对于定子组件围绕纵向轴线的旋转。在转子组件和定子组件之间形成液压致动结构。该液压致动结构包括至少一个第一压力腔室和至少一个第二压力腔室。至少一个第一压力腔室和至少一个第二压力腔室中的至少一个具有可变容积。

在根据前述方面的某些实施例中，旋转致动器包括进口歧管。该进口歧管具有第一进口和第二进口。定子组件包括限定第一进口腔室和第二进口腔室的内部空腔。第一进口腔室与第一进口流体连通。第二进口腔室与第二进口流体连通。进口管从第一进口延伸并将第一进口腔室相对于第二进口腔室流体地密封住。第一进口腔室包括将第一进口与至少一个第一压力腔室流体连通的至少一个进口端口。第二进口腔室包括将第二进口与至少一个第二压力腔室流体连通的至少一个进口端口。

在根据前述方面的某些实施例中，液压致动结构包括从定子组件的中心径向向外地延伸的至少一个定子叶片以及从转子组件的外部壳体的中空内表面径向向内地延伸的至少一个转子叶片。至少一个定子叶片密封地接合转子壳体的内表面。至少一个转子叶片密封地接合定子组件的外表面。至少一个第一压力腔室形成在至少一个定子叶片的第一侧上。至少一个第二压力腔室形成在至少一个定子叶片的第二侧上。

在根据前述方面的某些实施例中，液压致动结构包括限定至少一个第二压力腔室的芯体构件，并且至少一个第一压力腔室形成在芯体构件的外表面和转子组件的外部壳体的内表面之间。液压致动结构包括被可滑动地接收在至少一个第二压力腔室内的至少一个活塞。至少一个第二压力腔室包括用于密封地接合该活塞以将从至少一个第二压力腔室相对于至少一个第一压力腔室流体地密封住的密封件。

在根据前述方面的某些实施例中，液压致动结构包括被沿着纵向轴线居中并环绕定子组件的活塞元件。该活塞元件中包括密封件，该密封件径向地封靠在转子组件的外部壳体的内表面上，并且径向地封靠在定子组件的外表面上。至少一个第一压力腔室形成在密封件的一侧上。至少一个第二压力腔室形成在密封件的另一侧上。活塞元件的一部分具有内螺纹和外螺纹。定子组件的外部的一部分具有螺纹。转子组件的外部壳体的内部的一部分具有螺纹。内螺纹可螺旋地接合定子组件的螺纹。外螺纹可螺旋地接合转子组件的外部壳体的螺纹，使得活塞元件可沿着纵向轴线相对于定子组件线性且可旋转地移动。

旋转致动器可还包括形成在转子组件的外部上的至少一个连接元件。该至少一个连接元件被构造成将转子组件连接到涡轮发动机的压缩机区段的协调环。

在再一方面中，本发明提供了一种使用旋转致动器致动涡轮发动机的压缩机区段的协调环的方法。该方法包括向旋转致动器的液压致动结构的至少一个压力腔室供给处于第一压力下的流体的步骤。该方法还包括向旋转致动器的液压致动结构的至少一个第二压力腔室供给处于第二压力下的流体的步骤。供给处于第一压力下的流体和处于第二压力下的流体的步骤形成了作用在液压致动结构上的力失衡，以使液压致动结构的转子组件相对于定子组件围绕旋转致动器的纵向轴线旋转。

通过结合附图作出的下列详细描述，本发明的其它方面、目的和优点将变得更为明显。

附图说明

被结合到本专利说明书中并形成该专利说明书的一部分的附图示出了本发明的若干方面，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明的教导的旋转致动器的第一实施例的透视图；

图2是图1的旋转致动器的截面图；

图3是图1的旋转致动器的另一截面图；

图4是图1的旋转致动器的另一截面图；

图5是图1的旋转致动器的另一截面图；

图6是图1的旋转致动器的另一截面图；

图7是根据本发明的教导的旋转致动器的第二实施例的透视图；

图8是图7的旋转致动器的截面图；

图9是图7的旋转致动器的另一截面图；

图10是图7的旋转致动器的另一截面图；

图11是图7的旋转致动器的另一截面图；

图12是根据本发明的教导的旋转致动器的第三实施例；

图13是图12的旋转致动器的截面图；以及

图14是图12的旋转致动器的另一截面图。

尽管本发明将被结合某些优选实施例予以描述，但并非旨在将其限制于那些实施例。相反，目的是覆盖如被包括在本发明的如由所附权利要求限定的精神和范围内的所有替代方案、修改方案和等效方案。

具体实施方式

现在转向附图，附图中示出了根据本发明的教导的旋转致动器的若干实施例。如将通过下列内容所理解的那样，本文中根据本发明的旋转致动器克服了转矩管型旋转致动器的领域中的现存问题，因为它不需要单独的外部致动器以提供其致动力。相反，它使用在内部形成在其中的用于最终使其转子结构相对于其定子结构旋转的液压致动结构，从而控制涡轮发动机的压缩机区段的一个或多个协调环的位置。因此，本发明提供了一种优于其它旋转致动器的改进，该改进在于它在保留功能的情况下减少了部件，并且也呈现出了一种用于致动一个或多个协调环的成本低、占用空间较小、较为简单的系统。

具体参考图1，其中示出了旋转致动器100的第一实施例。旋转致动器100被示出为被安装到涡轮发动机的压缩机区段的压缩机壳体的一部分。通过下列内容将会明白的是，本发明在此并不以任何方式被限制到涡轮发动机的任何具体构造，并且因此，压缩机壳体102及其相关结构出于说明的目的而被大致示意性地示出。

旋转致动器100的多个连接元件104被通过连杆连接到被安装在压缩机壳体102的外部近侧的多个协调环106。如在所属领域中所周知的那样，协调环106被分别安装于旋转定子叶片的阵列，并且是可旋转的以控制被连接到其上的这些旋转定子叶片的阵列的位置。协调环106被大致示意性地示出，并且出于清楚的目的已经省略掉了它们到旋转定子叶片的阵列的连接件。同样出于清楚的目的，旋转定子叶片的附加阵列本身并未示出，并且在任何情况下，绝不于此限制本发明。此外，围绕连接元件104的轴线118的具体数量和角定向可根据应用加以改变。更进一步地，同样将认识到的是，多个致动器100可被布置在单个压缩机区段上，在该单个压缩机区段中存在大量协调环106以致动。将认识到的是，前述变化同样适用于下文中所述的致动器200、300。

旋转致动器100被可操作地连接到液压源108。液压源108提供了适当的液压以致动如本文中所述的旋转致动器100。事实上，由液压源108提供的液压是可操作的以使旋转致动器100的转子结构在如所示的第一旋转方向110和第二旋转方向112中旋转。液压源108可以是独立的液压系统，或现有液压系统的子模块，例如作为一个示例的燃料供给系统。此外，液压源108可与致动器直接地集成在一起，例如作为集成的电液伺服阀(EHSV)。在第一旋转方向110中的旋转导致协调环106在方向116中的相应旋转。同样，转子结构在第二旋转方向112中的旋转导致协调环106在方向114中的旋转。

转到图2，在截面图中示出了旋转致动器100。旋转致动器100包括沿着旋转致动器100的纵向轴线118(参见图1)居中的定子组件120。与定子组件120同心并且位于其径向外部的是转子组件122，该转子组件122可相对于定子组件120旋转以最终控制连接元件104围绕轴线118的角位置。该转子组件提供了单级旋转。然而，在其它实施例中，转子组件可提供可相对于彼此旋转的多个级。如下文中将更为详细地说明的那样，液压致动结构形成在定子组件120和转子组件122之间，以使转子组件122相对于定子组件120旋转。

进口歧管124安装于转子组件100的一个轴向端部处。如可从图2中的截面图中可看到的那样，进口歧管124延伸到定子组件120中并与其密封地安装以防止任何液压流体泄漏。进口歧管124包括第一进口126和第二进口128。进口管130将第一进口126与至少一个第一进口端口连通，并且在所示实施例中，与形成在第一进口腔室134中的多个第一进口端口132流体地连通。如可从图2中看到的那样，第一进口管130在定子组件120的内部腔室内延伸。

第二进口128与至少一个第二进口端口连通，并且在所示实施例中，与形成在定子组件120的第二进口腔室138中的多个第二进口端口136(参见图3)流体地连通。进口管130在定子组件120的内部腔室内延伸并在其端部处被密封地安装在其中，如所示，以便将第一进口腔室134和第二进口腔室138流体地分离开。因此，并且如将在下文中所描述的那样，可通过第一进口126供给处于第一压力的流体并且可通过进口128供给处于第二压力的流体。多个进口端口132与该液压致动结构的第一多个压力腔室连通。多个第二进口端口136(参见图3)与液压致动结构的多个第二压力腔室连通。由于这些第一压力腔室和第二压力腔室接收处于不同压力下的流体，因此如下文中所讨论的那样来实现转子组件122的液压旋转致动。

一对轴承盖组件140、142被安装于旋转致动器100的相对的轴向端部处。每个轴承盖组件140、142包括被刚性地连接到转子组件122的外部可旋转构件144、146，使得它们均可与之旋转。每个轴承盖组件140、142还包括形成在定子组件120的外壁和外部可旋转构件144、146的内壁之间的内部轴承元件148、150，如所示。每个轴承盖组件140、142还包括被定位在定子组件120的外壁和外部可旋转构件144、146的内壁之间的密封件152、154。密封件152、154防止从形成在定子组件120和转子组件122之间的液压致动结构发生泄漏。

一对支架构件156、158被以位于轴承盖组件142、144中的每一个的轴向外部的方式暴露出。支架构件156、158被刚性地连接到定子组件120，并且是可操作的以将旋转致动器100安装到涡轮发动机的压缩机区段，如图1处大致示出的那样。所属领域技术人员将认识到的是，由支架构件156、158中的每一个提供的具体安装构造将根据将与其相关联的压缩机区段而发生改变。因此，每个支架构件156、158的所示形状和设计并不以任何方式限制本发明。

旋转位置传感器160形成在定子组件120和转子组件122之间。旋转位置传感器160是可操作的以检测转子组件122相对于定子组件120的角位置并提供关于该角位置的相关信号。尽管并未示出，但将会立即认识到的是，旋转位置传感器160可被连接到控制器，该控制器提供对于在进口126、128处提供的液压的合适调节，以控制转子组件122相对于定子组件120的角位置，从而最终控制图1中所示的协调环106的位置。

现在转到图3，将更为详细地描述形成在定子组件120和转子组件122之间的液压致动结构。如图3中所示，转子组件122包括外部壳体170。多个转子叶片172从外部壳体170的内表面174延伸并且密封地接触定子组件120的外表面178。如可在图3中看出的那样，这些转子叶片172被分别相对于旋转致动器100的纵向轴线118(参见图1)定向于1点钟、4点钟、7点钟和10点钟的角位置处。然而，如将在下文中更为详细描述的那样，这些转子叶片172的角位置将根据由液压源108(参见图1)所供给的输入压力而发生改变。此外，图3中所示的转子叶片172的具体角位置(即1点钟、4点钟、7点钟和10点钟的角位置)并不限制本发明，这是因为可利用其它角位置，例如2点钟、5点钟、8点钟和11点钟的角位置。

定子组件120大致呈十字形并包括由此突出以与外部壳体170的内表面174接触的多个定子叶片176。这些定子叶片176被示出为相对于旋转致动器100的纵向轴线118(参见图1)处于12点、3点、6点和9点钟的角位置处。定子叶片176的角位置保持固定。

上文中引入的多个第一压力腔室180和第二压力腔室182形成在转子叶片172和定子叶片176之间。更具体地，第一压力腔室中的一个形成在每个定子叶片的一侧上，而第二压力腔室182形成在每个定子叶片176的另一侧上。多个转子密封件184和定子密封件186被安装在转子叶片172和定子叶片176中的每一个上，以便相对于每个第二压力腔室182流体地密封住每个第一压力腔室180。

仍然参考图3，如上文中所讨论的那样，多个第二进口端口136使通过第二进口128(参见图2)提供的流体与多个第二压力腔室182流体地连通。因此，这些第二压力腔室182中的每一个都被在由通过第二进口128提供的压力下加压。

同样，并且现在转到图4，第一进口端口132使第一进口126(参见图2)与第一压力腔室180流体地连通。第一压力腔室180由此被在与通过第一进口126的流体相同的压力下加压。液压源108(参见图1)是可操作的以便在第一进口126和第二进口128处提供不同的压力。因此，第一压力腔室180中的每一个均可处于与压力腔室182中的每一个不同的压力下。该压力失衡在转子叶片172和定子叶片176中的每一个的相对两侧上形成合力失衡，从而导致转子组件122围绕轴线118(参见图1)旋转。如上文中所讨论的那样，该旋转最终形成了使协调环106旋转到它们所需位置以控制连接于其上的变距定子叶片的角定向的原因。因此，由转子叶片172、定子叶片176和第一压力腔室180以及第二压力腔室182形成的液压致动结构优于所属领域中的现有致动器，这是由于与如上文中所讨论的外部施加力形成对比，所有的致动力均被从旋转致动器100内液压地提供。

现在转到图5，其示出了第一压力腔室180和第二压力腔室182之间的上述压差的结果。如可从该视图中看到的那样，第二压力腔室182中的每一个均处于比第一压力腔室180中的每一个高的压力下。因此，转子组件122已经在第二旋转方向112中旋转以改变其相对于轴线118(参见图1)的角定向。由于连接元件104在外部壳体170上的刚性延伸，导致同样已经改变了连接元件104的角位置。如上文中参照图1所讨论的那样，这些连接元件104被经由连杆联接到协调环106。

因此，移动到图5中所示的定向的运动还导致每个协调环106在旋转方向114中的运动。反之亦然。也就是说，在压力腔室180中的每一个中的压力大于压力腔室182中的每一个中的压力的情况下，转子组件122将在如图1中所示的第一旋转方向110中旋转，从而最终导致每个协调环在旋转致动方向116中的运动。因此，第一压力腔室180和第二压力腔室182中的每一个都具有可变体积。将会认识到的是，更少的转子叶片172和定子叶片176可被用于实现上述功能。因此，应通过示例且并非限制地获取四个转子叶片172和四个定子叶片176的使用。事实上，单个转子叶片172和单个定子叶片176可被用于形成单个第一压力腔室180和单个第二压力腔室182。

现在转到图6，将更为详细地描述上述传感器160。如可在图6的截面图中看出的那样，传感器160包括与轴承盖组件142的外部可旋转构件146刚性连接的销188。因此，外部可旋转构件146的任何旋转均与如上所述的转子组件122的旋转相当，也导致销188的类似旋转。销188延伸通过被穿过如所示的定子组件120形成的弧形狭槽190。销188被连接到传感器160的旋转元件192。旋转元件192被设置在定子组件120的内部内并且被经由轴承196可旋转地安装在其中。因此，旋转元件192随着销188的旋转而旋转并且由此最终随着转子组件122的旋转而旋转。弧形狭槽190的具体角跨度可根据基于旋转致动器100的具体设计在第一旋转方向110和第二旋转方向112(参见图1)中的任一方向中的旋转极限而变化。因此，应仅作为示例来呈现用于弧形狭槽190的所示角跨度。

返回简要地参考图2，旋转元件192被与传感器160的旋转传感器194的臂联接。因此，旋转元件192的旋转导致旋转传感器194的类似旋转。旋转传感器194将该旋转转换成之后被向如上所讨论的控制器提供的电信号。

现在转到图7，其中示出了根据本发明的教导的旋转致动器200的第二实施例。除了其中转子组件和定子组件的结构之外，旋转致动器200的该实施例基本类似于上文中参照图1-6所讨论的实施例。因此，旋转致动器200具有形成在转子组件和定子组件之间的在结构上不同的液压致动结构，从而使旋转致动器200的转子组件在第一旋转方向210和第二旋转方向212中旋转。旋转致动器200可被联接到与图1中所示的相同的压缩机区段，并且因此是可操作的以便以与上述相同的方式控制多个协调环的旋转位置。

旋转致动器200包括在功能和结构上与上文中参照轴承盖组件140、142描述的相同的轴承盖组件240、242，一个关于轴承盖组件240的不同之处在下文中进行讨论。同样，旋转致动器200采用在功能和结构上与上文中参照支架构件156、158描述的相同的支架构件256、258。旋转致动器200还包括被流体地联接到液压源208的歧管224。歧管224在功能和结构上也与上文中参照歧管124所描述的相同。其同样适用于关于液压源108的液压源208。

在确立上述相似性的情况下，将对于旋转致动器200的具体致动结构提供结构描述。现在具体参考图8，歧管224包括第一进口226和第二进口228。进口管230将进口226和至少一个第一进口端口流体地连通，并且在所示实施例中，与形成在第一进口腔室234中的多个第一进口端口232流体地连通。第二进口228与至少一个第二进口端口流体地连通，并且在所示实施例中，与设置在第二进口腔室238内的多个第二进口端口236流体地连通。第一进口端口232与一个或多个第一压力腔室流体地连通。第二进口端口236与一个或多个第二压力腔室流体地连通。液压源208(参见图7)是可操作的以在不同的压力下向进口226、228提供流体，从而形成与上文中所述的压力失衡相似的压力失衡，最终使转子组件222相对于定子组件220旋转。

更具体地，并且仍参考图8，代替利用诸如上文中参照旋转致动器100描述的转子叶片和定子叶片之类的多个转子叶片和定子叶片，旋转致动器200利用包括限定一个或多个第二压力腔室282的芯体构件272的转子组件。如在下文中将更为详细描述的那样，定子组件220包括被接收在第二压力腔室282中的多个活塞276。在该实施例中，第一压力腔室280被形成在芯体构件272的外部周围，如将在下文中所描述的那样。

同样如图8中所示，旋转致动器200利用其结构和功能与上文中参照图1所述的相同的传感器260。传感器260因此提供了对于转子组件222的具体角定向的检测。

更具体地，并且现在转到图9，其中示出了第一压力腔室280和第二压力腔室282。如可在该视图中看出的那样，芯体构件272被刚性地安装于转子组件222的壳体270的内表面274。暂时返回参考图8，第二压力腔室282被布置在其第一列和第二列中。第二压力腔室282的第一列被成行布置并被设置在第二压力腔室282的第二列的上方。返回图9，第二压力腔室282的第一列被通过横向通道284彼此连通，横向通道284又与第二进口端口236(参见图2)流体地连通。同样，第二压力腔室的第二列也通过横向通道284彼此流体地连通。这些横向通道284也与第二进口端口236(参见图8)流体地连通。

如上所述，定子组件220包括被枢转地安装到其上并被接收在第二压力腔室282中的多个活塞276。第二压力腔室282被经由如所示的芯体构件密封件286相对于活塞276密封住。

第一压力腔室280大致形成在定子组件220和芯体构件272的外部周围。该第一压力腔室280是连续的，然而，在本文中完全考虑到了分隔开该第一压力腔室以形成多个第一压力腔室280。如上文中所讨论的那样，第一压力腔室280经由第一进口226、进口管230和第一进口端口232从液压源208接收加压流体。第二压力腔室282经由第二进口端口236和如上所述的横向通道284从第二进口228接收加压流体。以与参照旋转致动器100所述的方式相同的方式，液压源208是可操作的以向第一压力腔室280供给处于第一压力下的加压燃料并且向第二压力腔室282供给处于不同于第一压力的第二压力下的加压流体。因此，在第一压力腔室280和第二压力腔室282之间存在压力失衡以及由此存在合力失衡，这将最终致使芯体构件272并且由此致使转子组件222的其余部分在第一旋转方向210和第二旋转方向212中的一个中旋转，如图8中所示。

因此，通过无需用以提供使转子组件222旋转所需的外力，经由第一压力腔室280和第二压力腔室282形成的旋转致动器200的液压致动结构优于现有旋转致动器。将会认识到的是，尽管已经描述了多个压力腔室282和相应的活塞276，但旋转致动器200可同样在仅具有单个第二压力腔室282及相关活塞276的情况下，或在具有比所示出的数量更多的第二压力腔室282及相关活塞276的情况下实施。因此，应仅作为示例来呈现具体数量的第二压力腔室282。

在图10中更为详细地示出了上述压差的影响。如可在图10中看出的那样，第一压力腔室280中的压力大于压力腔室282中的压力。因此，转子组件222的芯体构件272和转子壳体270已经被相对于定子组件220在旋转方向212中旋转。因此，活塞276在第二压力腔室282内已经被移位到比图9中所示的情形更大的程度。因此，可通过观察图10看出的是，第二压力腔室282同样具有可变体积。由于连接元件204在转子壳体270上的刚性延伸，因此这些连接元件204的角位置也已经发生变化。如上文中所讨论的那样，连接元件204相对于轴线218(参见图7)的角定向的该变化导致被连接到连接元件204的协调环的相应旋转。以与如上所述的方式相同的方式，连接元件204可根据应用在其数量和关于轴线218的角定向方面发生变化。

现在转到图11，提供其中所示的截面图以示出横向通道284和第二进口端口236之间的流体连通。如上文中所介绍的那样，轴承盖组件240、242与如上文中参照旋转致动器100所述的基本相同，仅有一个明显的不同之处。轴承盖组件240包括使第二进口端口236和横向通道284流体地连通的环形通道278。还应该注意的是，横向通道284不仅延伸通过芯体构件272，而且延伸到轴承盖组件240中。适当的密封件设置在轴承盖组件240和芯体构件272在横向通道284处的接合处的周围，以防止由此发生任何泄漏。

现在转到图12，示出了旋转致动器300的第三实施例。该实施例与上文中所讨论的旋转致动器100、200基本相同，不同之处在于，它还采用了形成在其转子组件和定子组件之间的不同的液压致动结构，如在下文中所讨论的那样。旋转致动器300包括将其联接到液压源308的歧管324。该液压源308向上述液压致动结构供给加压流体以使旋转致动器300的转子组件在第一旋转方向310和第二旋转方向312中以与上文中所讨论的方式相似的方式旋转。

旋转致动器300包括在其功能和结构上基本相同但具有在下文中所讨论的不同之处的第一轴承盖组件340和第二轴承盖组件342。同样，旋转致动器300结合有在其结构和功能上与上文中所讨论的基本相同的支架构件356、358。支架构件356、358将旋转致动器300安装到如上文中参照图1所讨论的涡轮发动机的压缩机区段的压缩机壳体。旋转致动器300包括可被经由连杆连接到同样如上文中参照图1所讨论的压缩机区段的协调环106的多个连接元件304。与先前实施例的情况一样，连接元件304的数量和角定向完全是专门的设计，并且因此应仅作为示例来呈现所示出的具体数量和定向。

现在转到图13，示出了旋转致动器300的截面图并且将更为详细地描述形成在定子组件320和转子组件322之间的液压致动结构。歧管324包括第一进口326和第二进口328。进口管330使第一进口326和第一进口腔室334流体地连通。至少一个第一进口端口，并且在所示实施例中，多个第一进口端口332被设置在第一进口腔室334内。进口端口332被用于使通过第一进口326提供的加压流体和形成在转子组件320的外部周围的第一压力腔室380流体地连通。如将在下文中更为详细讨论的那样，并且类似于上文中所讨论的实施例，第一压力腔室380具有可变体积。

第二进口328使由液压源308提供的流体与至少一个第二进口端口流体地连通，并且在所示实施例中，与形成在转子组件320的第二进口腔室338中的多个第二进口端口336流体地连通。这多个第二进口端口向第二压力腔室382提供来自第二进口328的加压燃料，该第二压力腔室382同样具有可变体积，如在下文中所述。应该注意到的是，在图13中所示的构造中，第一压力腔室380的可变体积接近其最大值，而第二压力腔室382的可变体积接近其最小值。

这些第一压力腔室380和第二压力腔室382形成在转子组件322的活塞元件372的相对两侧上。活塞密封件384使第一压力腔室380相对于第二压力腔室382流体地密封。多个螺旋螺纹376形成在定子组件320的外部部分上。多个螺旋螺纹386形成在转子组件322的转子壳体370的内部部分上。活塞元件372包括形成在其上的分别与螺纹378、386啮合的内螺纹374和外螺纹378。如将在下文中更为详细地讨论的那样，随着压力在第二压力腔室382中增大，活塞元件372将相对于图13从右向左线性地移动，并且同样围绕纵向轴线318(参见图12)旋转。

活塞元件372、定子组件320和转子组件322的转子壳体370之间的螺纹接合为花键结构，使得活塞组件372和转子壳体370之间的回转比率是1:2。换句话说，转子壳体370将相对于轴线318旋转活塞元件372的两倍。所属领域技术人员将立即认识到的是，根据上文中讨论的螺纹的具体构造，其它比率是完全可能的。

通过与上文中所讨论的传感器相同的传感器360检测转子壳体370的上述旋转。该信息被反馈到用于控制致动器300的控制器。

现在转到图14，更为详细地示出了转子组件322的上述旋转。如可在该视图中看出的那样，如上文中所讨论的那样，由进口328提供的第二压力腔室382中的压力已经增加到大于第一压力腔室380的压力的量。因此，活塞元件372已经相对于轴线318线性且可旋转地移动，并且因此通过上文中所讨论的螺纹结构已经导致在转子壳体370中的相应旋转。以与上文中所述的实施例相同的方式，连接元件304(参见图13)为转子壳体370的刚性延伸部。

因此，连接元件304相对于轴线318的角定向已经改变，从而最终使上文中所讨论的压缩机区段的协调环旋转。以与如上文中所述的方式相同的方式，液压源308是可操作的以调节第一压力腔室380和第二压力腔室382中的压力，从而控制活塞构件372的位置。同样以与如上文中所讨论的方式相同的方式，将认识到的是，合适的横向通道被穿过轴承盖组件340形成，从而使第二压力腔室382经由环形通道390与第二进口端口336流体地连通。因此，与需要外部致动器以提供致动力的在先设计不同，由旋转致动器300的第一压力腔室380和第二压力腔室382形成的液压致动结构有利地提供了致动力以旋转地致动旋转致动器300。

尽管所属领域技术人员将通过上文中提供的结构性描述立即领悟出操作本文中所述的旋转致动器的实施例的方法，但下列内容提供了一种操作该旋转致动器的方法的示例性实施例。出于解释的目的，下列描述利用了旋转致动器100，尽管将会认识到的是，在下列内容中所述的方法同样适用于旋转致动器200、300。

返回参考图1-6，为了使转子组件122在所需旋转方向110、112中旋转，液压源108向第一进口126提供处于第一压力的流体并且向第二进口128提供处于第二压力的流体。这些第一流体压力和第二流体压力被传递到如上所述的第一压力腔室和第二压力腔室。由于压力是不相等的，因此力失衡作用在转子叶片172上，从而致使转子组件122围绕纵向轴线118的所需旋转。传感器160检测该旋转并通过合适的反馈将该信息反馈回去并控制回路，从而此后继续调节向第一进口126和第二进口128提供的流体的第一压力和第二压力。

如本文中所述，通过完全地消除了对于一种用以提供力以使该致动器旋转的外部致动器的需要，根据本发明的旋转致动器的实施例利用转矩管型旋转致动器克服了所属领域中存在的问题。相反，经由形成在定子组件和转子组件之间的本发明的液压致动结构提供了该致动力。

包括本文中所引用的公开文献、专利申请和专利在内的所有参考文献被在此通过参引结合到本文中，如同每篇参考文献均被单独和明确地表明，以便被通过参引结合到本文中并且在本文中被全部阐明。

在描述本发明的上下文中(特别是在下列权利要求书的上下文中)的术语“一个”、“一种”和“该”及类似术语的使用将被理解为涵盖单数和复数形式，除非本文中另有说明或与上下文明确地相矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”将被理解为开放性的术语(即，意思是“包括，但不限于”)，除非另有说明。本文中对于数值范围的引用仅旨在用作单独地参考落在该范围内的每个单独的数值的简化方法，除非本文红另有说明，并且每个单独的数值均被结合到本专利说明书中，如同被在本文中逐个细述。可以任何适当的顺序来实施本文中所述的方法，除非本文中另有说明或另外与上下文明确地相矛盾。使用本文中所提供的任一及所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)仅旨在更好地阐明本发明，且并不对本发明的范围施加限制，除非另有要求。本专利说明书中的语言不应被理解为将任何不要求保护的元件表明为是实施本发明所必不可少的。

本文中描述了本发明的优选实施例，这些优选实施例包括用于实施本发明的发明人已知的最佳模式。在阅读前述描述之后，那些优选实施例的变型对于所属领域技术人员而言会变得明显。发明人期望所属领域技术人员酌情采用这种变型，并且发明人期望以不同于本文中明确描述的方式来实施本发明。因此，本发明包括附于此的权利要求书中阐述的主题的所有变型和等效方案，如由适用法律所允许的那样。此外，本发明涵盖了上述元件在其所有可能的变型中的任意组合，除非本文中另有指示或另外与上下文明确地相矛盾。

Claims (11)

1.一种用于致动涡轮发动机的压缩机区段的变距定子叶片的旋转致动器，所述旋转致动器包括：

定子组件，所述定子组件被沿着所述旋转致动器的纵向轴线居中；

环绕所述定子组件的转子组件，所述转子组件能够相对于所述定子组件围绕所述纵向轴线旋转；

第一轴承组件和第二轴承组件，所述第一轴承组件和所述第二轴承组件被安装于所述定子组件的相邻的相对轴向端处，并被连接在所述定子组件和所述转子组件之间以允许所述转子组件相对于所述定子组件围绕所述纵向轴线的旋转；以及

形成在所述转子组件和所述定子组件之间的液压致动结构，所述液压致动结构包括至少一个第一压力腔室和至少一个第二压力腔室，所述转子组件的至少一个转子叶片位于所述至少一个第一压力腔室和所述至少一个第二压力腔室之间，所述至少一个第一压力腔室是可操作的以便接收处于第一压力下的液压流体，所述至少一个第二压力腔室是可操作的以便接收处于不同于所述第一压力的第二压力下的液压流体，从而在所述至少一个第一压力腔室和所述至少一个第二压力腔室之间形成压差，所述压差是可操作的以使所述至少一个转子叶片和所述转子组件围绕所述纵向轴线旋转；以及

进口歧管，所述进口歧管具有第一进口和第二进口，并且所述定子组件包括限定第一进口腔室和第二进口腔室的内部空腔，所述第一进口腔室与所述第一进口流体连通，所述第二进口腔室与所述第二进口流体连通。

2.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中，所述旋转致动器还包括进口管，所述进口管从所述第一进口延伸并将所述第一进口腔室相对于所述第二进口腔室流体地密封住。

3.根据权利要求2所述的旋转致动器，其中，所述第一进口腔室包括使所述第一进口和所述至少一个第一压力腔室流体连通的至少一个进口端口，并且所述第二进口腔室包括使所述第二进口和所述至少一个第二压力腔室流体连通的至少一个进口端口。

4.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中，所述液压致动结构包括从所述定子组件的中心径向向外地延伸的至少一个定子叶片以及从所述转子组件的外部壳体的中空内表面径向向内地延伸的所述至少一个转子叶片，所述至少一个定子叶片密封地接合所述转子组件的外部壳体的所述内表面，所述至少一个转子叶片密封地接合所述定子组件的外表面。

5.根据权利要求4所述的旋转致动器，其中，所述至少一个第一压力腔室形成在所述至少一个定子叶片的第一侧上，并且所述至少一个第二压力腔室形成在所述至少一个定子叶片的第二侧上。

6.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中，所述旋转致动器还包括形成在所述转子组件的外部上的至少一个连接元件，所述至少一个连接元件被构造成将所述转子组件连接到所述涡轮发动机的所述压缩机区段的协调环。

7.根据权利要求1所述的旋转致动器，其中，所述至少一个第一压力腔室和所述至少一个第二压力腔室中的至少一个具有可变容积。

8.一种用于致动涡轮发动机的压缩机区段的变距定子叶片的旋转致动器，所述旋转致动器包括：

定子组件，所述定子组件被沿着所述旋转致动器的纵向轴线居中；

环绕所述定子组件的转子组件，所述转子组件能够相对于所述定子组件围绕所述纵向轴线旋转；

第一轴承组件和第二轴承组件，所述第一轴承组件和所述第二轴承组件被安装于所述定子组件的相邻的相对轴向端处，并被连接在所述定子组件和所述转子组件之间以允许所述转子组件相对于所述定子组件围绕所述纵向轴线的旋转；以及

形成在所述转子组件和所述定子组件之间的液压致动结构，所述液压致动结构包括至少一个第一压力腔室和至少一个第二压力腔室，所述转子组件的至少一个转子叶片位于所述至少一个第一压力腔室和所述至少一个第二压力腔室之间，其中，所述至少一个第一压力腔室和所述至少一个第二压力腔室中的至少一个具有可变容积；以及

进口歧管，所述进口歧管具有第一进口和第二进口，并且所述定子组件包括限定第一进口腔室和第二进口腔室的内部空腔，所述第一进口腔室与所述第一进口流体连通，所述第二进口腔室与所述第二进口流体连通。

9.根据权利要求8所述的旋转致动器，其中，所述液压致动结构包括从所述定子组件的中心径向向外地延伸的至少一个定子叶片以及从所述转子组件的外部壳体的中空内表面径向向内地延伸的所述至少一个转子叶片，所述至少一个定子叶片密封地接合所述转子组件的外部壳体的所述内表面，所述至少一个转子叶片密封地接合所述定子组件的外表面。

10.根据权利要求9所述的旋转致动器，其中，所述至少一个第一压力腔室形成在所述至少一个定子叶片的第一侧上，并且所述至少一个第二压力腔室形成在所述至少一个定子叶片的第二侧上。

11.一种使用旋转致动器致动涡轮发动机的压缩机区段的协调环的方法，所述方法包括下列步骤：

提供形成在转子组件与定子组件之间的液压致动结构，所述液压致动结构包括至少一个第一压力腔室和至少一个第二压力腔室，所述转子组件的至少一个转子叶片位于所述至少一个第一压力腔室和所述至少一个第二压力腔室之间；

提供进口歧管，所述进口歧管具有第一进口和第二进口，并且所述定子组件包括限定第一进口腔室和第二进口腔室的内部空腔，所述第一进口腔室与所述第一进口流体连通，所述第二进口腔室与所述第二进口流体连通；

向所述旋转致动器的所述液压致动结构的所述至少一个第一压力腔室供给处于第一压力下的流体；

向所述旋转致动器的所述液压致动结构的所述至少一个第二压力腔室供给处于第二压力下的流体；以及

其中，供给处于所述第一压力的所述流体和处于所述第二压力下的所述流体的步骤形成了作用在所述液压致动结构上的力失衡，以使所述转子组件的所述至少一个转子叶片和所述液压致动结构的所述转子组件相对于所述定子组件围绕所述旋转致动器的纵向轴线旋转。