CN107208495B - 用于控制涡轮发动机的变距叶片的系统 - Google Patents

用于控制涡轮发动机的变距叶片的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于控制涡轮发动机的变距叶片的系统，该系统包括环形排列的变距叶片，变距叶片围绕轴线(A)延伸且每个变距叶片包括如下叶片，该叶片在其径向外端部处连接至枢轴(20)，枢轴(20)限定叶片的大致径向的旋转轴线且枢轴(20)通过杠杆(34)连接至控制装置(40a，40b)，控制装置(40a，40b)围绕所述轴线延伸。本发明的特征在于所述控制装置包括由所述枢轴支撑的第一链接件(40a)和在所述第一链接件之间延伸的第二链接件(40b)，所述第一链接件和第二链接件大致沿着所述轴线的相同的圆周延伸且彼此连接并连接至驱动装置(56)。

Description

用于控制涡轮发动机的变距叶片的系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制涡轮发动机的变距叶片的系统。
背景技术
现有技术尤其包括WO-A2-2008/147023和US-A-3,066,488。
涡轮发动机的变距定子叶片(也被称为VSV，VSV是可变定子叶片的缩写)通常由涡轮发动机的压气机的外部环形壳体支撑。每个叶片包括如下叶片，该叶片的径向外端部通过具有基本圆形轮廓的板连接到圆柱形径向枢轴，该圆柱形径向枢轴限定叶片的旋转轴线且在外部壳体的对应的开口中旋转。每个叶片的叶片径向内端部通常包括第二圆柱形枢轴，第二圆柱形枢轴沿叶片的旋转轴线延伸且在压气机的内部壳体的开口中旋转。
每个叶片的外部枢轴的径向外端部通过杠杆连接至控制环，控制环通过气缸驱动装置或类似装置围绕外部壳体旋转。控制环的旋转通过连接杆传递至叶片的外部枢轴且使得所述叶片围绕其轴线转动。
涡轮发动机中的定子叶片的角节距旨在使压气机的几何形状适应其操作点，尤其是优化所述涡轮发动机的效率和喘振裕度，以及减少涡轮发动机在不同飞行形态下的燃料消耗。
这些叶片中的每个叶片可以围绕其轴线在第一“打开”或“完全打开”位置和第二“关闭”或“几乎关闭”位置之间旋转，在第一“打开”或“完全打开”位置，每个叶片大致平行于涡轮发动机的纵向轴线延伸，在第二“关闭”或“几乎关闭”位置，叶片相对于涡轮发动机的轴线倾斜且因此减小通过叶片级的气流截面。
控制环在围绕其旋转轴线旋转时必须被定心和引导。在现有技术中，外部壳体包括轨道，环的内周可以与轨道摩擦地相互作用。壳体包括用于在轨道上支撑和引导的诸如衬垫的构件。首先，衬垫用于通过调节衬垫/壳体间隙，确保环围绕壳体的同心度，其次，衬垫用于限制在操作期间施加在运动件上的、变距叶片上的气动力引起的环的变形。
本发明提供了对该现有技术的改进方案，该改进方案简单、有效且经济。
发明内容
本发明提出了一种用于涡轮发动机的变距叶片的控制系统，该控制系统包括至少一组环形排列的变距叶片，变距叶片围绕轴线延伸且每个变距叶片包括如下叶片，该叶片在其径向外端部处连接至枢轴，枢轴限定叶片的大致径向的旋转轴线且枢轴通过杠杆连接至控制装置，控制装置围绕所述轴线延伸，其特征在于，所述控制装置包括由所述枢轴支撑的第一链接件和在所述第一链接件之间延伸的第二链接件，所述第一链接件和第二链接件大致在围绕所述轴线的相同的圆周上延伸且彼此连接并连接至驱动装置。
来自现有技术的控制环因此被类似于链条的装置替代，该装置包括一系列链接件。第一链接件由连接至叶片的枢轴的杠杆支撑。第二链接件在第一链接件之间延伸并连接至第一链接件。装配件连接至驱动装置，例如驱动器。控制装置的旋转通过驱动装置开启，通过在所述第一链接件之间延伸的第二链接件，将运动从第一链接件传递至与之相邻的另一个第一链接件。因此，第二链接件可以用于使第一链接件的运动同步且因此使叶片围绕其枢轴的轴线的旋转同步。该技术使得能够去除来自现有技术的引导衬垫，因此简化了系统且减小了质量、成本以及其组装过程中的调节。
实际上，对于环系统，本发明使得能够通过消除首先叶片和其外部壳体以及其次环之间的不均匀膨胀来节省调节。在操作时，链接件和杠杆具有非常接近叶片和关联的外部壳体的膨胀行为的膨胀行为，这有利于减小控制系统中的力。
根据本发明的系统可以包括彼此独立地或彼此对比地实施的以下特征中的一个或多个：
-第一链接件的数量等于第二链接件的数量，第二链接件的数量等于杠杆(或叶片)的数量；
-所述第一链接件与所述杠杆形成为单件；
-第一链接件和/或第二链接件中的每一个具有细长形状且通过其纵向端部连接至其他链接件；
-第一链接件通过枢轴和/或回转接头连接至第二链接件；
-第二链接件中的每一个具有大致弯曲的形状，优选地在与以所述轴线为中心的圆周大致相切的平面中具有大致弯曲的形状；
-第一链接件为母型链接件，第二链接件为公型链接件；
-每个杠杆具有大致细长的形状且包括第一纵向端部和第二纵向端部，第一纵向端部用于连接至叶片的枢轴，第二纵向端部支撑所述第一链接件中的一个；
-杠杆中的至少一个包括用于连接至所述驱动装置的纵向延伸部；
-所述纵向延伸部包括通孔或槽，通孔或槽用于以滑动的方式引导所述驱动装置的一个元件；以及
-所述驱动装置连接至两组环形排列的变距叶片。
本发明还涉及一种涡轮发动机，其特征在于涡轮发动机包括至少一个如上所述的系统。
附图说明
通过阅读参考附图以非限制性示例的方式给出的以下描述，本发明将得到更好的理解，且本发明的其他细节、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
-图1是涡轮发动机的变距叶片级的轴向剖面的示意性局部半视图；
-图2是根据本发明的用于涡轮发动机的变距叶片的控制系统的示意性局部立体图；
-图3是根据本发明的系统的控制装置的两个链接件之间的连接的示意性放大图；以及
-图4是根据本发明的用于变距叶片的控制系统的一种变形的完全示意性的视图。
具体实施方式
图1以轴向剖面示意性地示出了涡轮发动机尤其是航空涡轮发动机的高压压气机10的一部分，高压压气机10具有多个级，每个级包括由涡轮发动机的定子(未示出)支撑的环形排列的活动叶片12以及环形排列的固定叶片14，固定叶片14形成由涡轮发动机的定子的壳体16支撑的引导叶片组件，壳体16能够调节叶片14的角定向以优化压气机10中的气流。
每个叶片14包括通过盘或“板”22连接的叶片18以及径向外部圆柱形枢轴20，盘或“板”22垂直于壳体16的对应的腔室26中的叶片的轴线24延伸。盘的径向内表面28与壳体的内壁30对齐以便不会对抗气流。
在现有技术中，每个叶片14的圆柱形枢轴20在壳体16的径向圆柱形堆叠体32内部延伸，每个叶片14的径向外端部通过杠杆34连接至控制环36，控制环36围绕壳体16且与驱动装置(未示出)关联，从而能够使所述枢轴围绕壳体16的纵向轴线沿任一方向转动，以使得环形排列的叶片14围绕其轴线24旋转。
叶片14可围绕其轴线24在完全关闭位置和完全打开位置之间旋转。
在完全关闭位置，叶片的叶片18相对于涡轮发动机的纵向轴线倾斜，并且在所述叶片之间限定管道中的最小气流截面。当涡轮发动机低速运转或怠速运转时，叶片14进入该位置，压气机中的气流的流速因此具有最小值。
在完全打开位置，叶片的叶片18基本平行于涡轮发动机的轴线延伸，使得叶片之间的气流截面处于最大值。当涡轮发动机加足马力运转时，叶片14进入该位置，压气机中的气流的流速因此具有最大值。
在现有技术中，壳体16包括位于壳体16的外周的突出轨道38，突出轨道38用于使环36定心和引导环36，该轨道在本文中通过虚线示意性地显示。每个环36围绕其引导轨道或轨道38。附图标记J表示径向间隙，径向间隙设置在环36和环36的引导轨道或轨道38之间，提供冷气。所述间隙J必须足够大以允许壳体16热膨胀，但不可能精确地调节叶片14的角位置。在控制系统的组装过程中所述间隙J通过楔形件调节。
本发明通过用一系列链接件替换控制环，尤其能够简化该技术。
图2示出了本发明的实施方式。
控制装置40包括一系列链接件40a、40b，链接件40a、40b在围绕壳体16的纵向轴线A的相同的圆周上延伸，且链接件40a、40b大致端对端地设置且互相连接。控制装置40包括由杠杆34支撑的第一链接件40a和在第一链接件40a之间延伸的第二链接件40b。
每个杠杆34具有细长的形状且包括连接至叶片的枢轴20的第一纵向端部和连接至第一链接件40a的第二纵向端部。在这种情况下，每个杠杆34的第一端部包括开口42，叶片的枢轴20穿过开口42。杠杆34配置成连接至叶片以与叶片共同旋转，且杠杆34可以包括位于其开口42的区域中的平坦部或类似装置，该平坦部或类似装置旨在与枢轴20相互作用以实现该结果。如从图1中可以看出的，螺母可以旋拧在叶片的枢轴20的螺纹部上，以确保杠杆34与所述枢轴相对地固定。
在示出的示例中，每个杠杆34的第二端部与第一链接件40a形成为单件。
每个第一链接件40a具有细长的形状，第一链接件40a的细长部分的轴线基本垂直于对应的杠杆34的轴线。在这种情况下，每个第一链接件40a为母型且每个第一链接件40a包括位于其每个纵向端部处、用于连接至尤其是用于接合至与之相邻的第二链接件40b的装置。第一链接件40a的每个纵向端部形成母型U形夹，该母型U形夹包括彼此平行且相距一定距离的两个凸耳44，所述凸耳44包括组装开口，组装开口具有接合第二链接件40b的大致径向的轴线46。
在这种情况下，每个第二链接件40b具有细长的且稍微弯曲的形状。每个第二链接件40b在与以轴线A为中心的圆周大致相切的平面中弯曲。如从图2中可以看出的，第二链接件40b的凹面全部沿相同的纵向方向定向。
在这种情况下，每个第二链接件40b为公型且每个第二链接件40b包括位于其每个纵向端部、用于连接至尤其是用于接合至与之相邻的第一链接件40a的装置。第二链接件40b的每个纵向端部形成公型U形夹，该公型U形夹包括凸耳47，凸耳47包括由上述轴线46穿过的开口。
优选地，如图3所示，第一链接件40a和第二链接件40b通过回转接头互相连接。每个回转接头包括外环48，外环48接合在且束缚在第二链接件40b的凸耳47的开口中且外环48包括球形内部腔室，呈部分球形式的头部50以旋转的方式安装在该腔室内部。头部50包括圆柱形腔室52，形成轴线46的指状物穿过圆柱形腔室52，圆柱形腔室52的纵向端部分别固定至第一链接件40a的凸耳44。形成轴线46的指状物优选地安装在腔室52中以形成滑动枢轴。
杠杆34中的至少一个杠杆具有大于其他杠杆的纵向尺寸且该至少一个杠杆包括位于其上述第二纵向端部的一侧上的纵向延伸部54，纵向延伸部54用于连接至驱动装置，更具体地，连接至示出的示例中的驱动器56的活塞杆58。所述纵向延伸部54通过其自由端连接至驱动杆58。
在这种情况下，驱动器本体56具有母型驱动杆58，母型驱动杆58包括彼此平行且相距一定距离的两个凸耳，所述凸耳44包括组装开口，该组装开口具有轴销60。杠杆的延伸部54的自由端形成公型U形夹62，公型U形夹62包括具有开口的凸耳，轴销60穿过该开口。图3中示出的那种类型的回转接头可以用于将U形夹62连接至杆58。
当组装杠杆34和链接件时，由于没有衬垫，所以简化了调节。叶片及其杠杆有角度地定位，且连接链接件，同时验证了叶片级中的角位置，同时验证了链接件的侧面匹配预期结果的各种角位置。这种验证在原理上是已知的，但是在这种情况下，由于链接件，而没有选择衬垫，因此避免了调节操作。
在操作时，驱动器56驱动其活塞杆58，这导致杠杆34发生移位以及对应的叶片14围绕其枢轴20的轴线24旋转。该旋转运动通过链接件40a、40b传递至相邻的杠杆34以及其他杠杆34，因此使杠杆和叶片14的移位同步。在操作时，叶片和关联的外部壳体的膨胀在杠杆和链接件中引起较小的力，通过良好的膨胀传递，杠杆和链接件的膨胀行为很好地匹配了所述壳体和叶片的膨胀行为，同时保持了预期的精度。来自于现有技术的某些控制环系统的膨胀中的惯性的影响被避免，这有利于在控制系统中使力的传递最小化，即使在膨胀的瞬态阶段也有利于以均匀的方式保持精度。
根据本发明的控制系统可以包括2至4个不同的驱动装置(驱动器)。因此，该系统包括2至4个杠杆，这2至4个杠杆中的每一个杠杆配备有延伸部54。
在图4中示意性地示出的变形中，驱动装置连接至环形排列的变距叶片或两个级，环形排列的变距叶片或两个级分别为上游64和下游66。
参照图2和图3，上游环形排列64的变距叶片大致与以上描述的变距叶片相同。
下游环形排列66的变距叶片大致与上游环形排列64类似。只要不抵触以下内容，则以上关于图2和图3的描述适用于所述排列66。
下游排列66的杠杆34朝向上游排列64延伸。此外，第二链接件40b的凹面全部沿相同的纵向方向定向，该纵向方向与上游排列64的第二链接件的凹面的定向相反。
下游排列66的杠杆34中的至少一个杠杆具有大于其他杠杆的纵向尺寸，且该至少一个杠杆包括位于其与叶片相对的纵向端部的一侧上的纵向延伸部54，纵向延伸部54用于连接至驱动装置，更具体地，用于连接至上述示例中的驱动器56的活塞杆58。所述纵向延伸部54包括通槽或孔68，由驱动杆58支撑的轴销70以滑动的方式安装在通槽或孔68中。
在这种情况下，驱动器56的本体具有母型驱动器杆58，母型驱动器杆58包括彼此平行且相距一定距离的两个凸耳，所述凸耳包括用于安装第一轴销60和第二轴销70的开口，第一轴销60用于连接至上游排列64的杠杆34的延伸部54，第二轴销70用于连接至下游排列66的杠杆34的延伸部。
在操作时，驱动器或每个驱动器56驱动其活塞杆58，这导致两组排列64、66的杠杆34发生移位以及连接至所述杠杆的叶片围绕其枢轴的轴线旋转。孔68使得将预期的角节距传递到排列66的叶片成为可能，这不同于排列64的叶片的情形。旋转运动通过链接件40a、40b传递至两组排列64、66的相邻的杠杆34和其他杠杆34，从而使杠杆和叶片14的移位同步。

Claims (11)

1.用于涡轮发动机的变距叶片(14)的控制系统，所述控制系统包括至少一组环形排列(64，66)的变距叶片，所述变距叶片围绕轴线(A)延伸且每个变距叶片包括如下叶片(14)，所述叶片(14)在其径向外端部处连接至枢轴(20)，所述枢轴(20)限定所述叶片的大致径向的旋转轴线(24)且所述枢轴(20)通过杠杆(34)连接至控制装置(40a，40b)，所述控制装置(40a，40b)围绕所述轴线延伸，其特征在于，所述控制装置包括由所述枢轴支撑的第一链接件(40a)和在所述第一链接件之间延伸的第二链接件(40b)，所述第一链接件和第二链接件大致在围绕所述轴线的相同的圆周上延伸且彼此连接并连接至驱动装置(56)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一链接件(40a)的数量等于所述第二链接件(40b)的数量，所述第二链接件(40b)的数量等于所述杠杆(34)的数量。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述第一链接件(40a)与所述杠杆(34)形成为单件。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述第一链接件(40a)和/或所述第二链接件(40b)中的每一个链接件具有细长形状且通过其纵向端部连接至其他链接件。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述第一链接件(40a)通过枢轴和/或回转接头连接至所述第二链接件(40b)。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述第二链接件(40b)中的每一个具有大致弯曲的形状。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第二链接件(40b)中的每一个在与以所述轴线(A)为中心的圆周大致相切的平面中具有大致弯曲的形状。
8.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述第一链接件(40a)为母型链接件，所述第二链接件(40b)为公型链接件。
9.根据权利要求1或2所述的系统，其中每个杠杆(34)具有大致细长的形状且包括第一纵向端部和第二纵向端部，所述第一纵向端部用于连接至所述叶片(14)的枢轴(20)，所述第二纵向端部支撑所述第一链接件(40a)中的一个。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述杠杆(34)中的至少一个包括用于连接至所述驱动装置(56)的纵向延伸部(54)。
11.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述驱动装置(56)连接至两组环形排列(64，66)的变距叶片。
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