CN107771250B - 用于涡轮发动机的用于控制可调设置叶片的系统 - Google Patents

用于涡轮发动机的用于控制可调设置叶片的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮发动机的用于控制可调设置叶片(14)的系统，该系统包括至少一个控制环(36)，该至少一个控制环关于具有回转轴线A的环形套管(16)被安装成可旋转地移动，可调设置叶片(14)的至少一个环形排相对于所述轴线A基本上径向地延伸并且被连接到所述至少一个控制环，以便环关于套管的旋转使得叶片关于基本上径向的轴线B旋转，以及该系统包括用于致动所述至少一个环以使所述至少一个环关于套管旋转的装置(40)，其特征在于，所述致动装置通过连接装置被连接到所述至少一个环，连接装置包括沿相对于所述轴线A基本上为径向的轴线C延伸的轴(52)，并且该轴被安装成关于所述轴线C在容置部上可旋转地移动。

Description

用于涡轮发动机的用于控制可调设置叶片的系统
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮发动机的用于控制可变螺距轮叶的系统。
背景技术
现有技术具体包括FR-B1-2885968，FR-A1-2928979，JP-U-S6119640，EP-A1-1489267，FR-A1-2983924以及EP-A2-0909880以及WO-A1-2009/133297。
在本申请中，涡轮发动机的(纵向)轴线被限定为其发动机的一个或多个转子的旋转轴线，并且在双转轴涡轮发动机的情况下具体是其低压转轴和高压转轴的转子的旋转轴线。诸如为内、外、径向、轴向等的术语指的是部件相对于该轴线的位置。
变距定子轮叶(VSV)由外环形套管支撑，该外环形套管通常为涡轮发动机的压气机。每个轮叶包括叶片，叶片在其径向外端部处被连接到径向圆柱形枢轴，该径向圆柱形枢轴限定出轮叶的旋转轴线并在外套管的相应孔口中被旋转地导向。每个轮叶的叶片的径向内端部通常包括第二圆柱形枢轴，该第二圆柱形枢轴沿轮叶的旋转轴线延伸并在压气机的内套管的孔口中被旋转地导向。
每个轮叶的外枢轴的径向外端部通过操纵杆被连接到控制环，该控制环通过致动器或类似的致动装置关于外套管旋转。控制环的旋转通过操纵杆被转移到轮叶的外枢轴，并且使轮叶的外枢轴关于它们的轴线旋转。
涡轮发动机中的定子轮叶的角螺距意在适应压气机在其运行点处的几何结构并且尤其意在优化该涡轮发动机的效率以及喘振裕度并减小其在不同的飞行构型下的燃料消耗量。
这些轮叶中的每个能够关于其轴线在第一“打开”或“全打开”位置以及第二“关闭”或“准关闭”位置之间旋转，在第一“打开”或“全打开”位置中，每个轮叶基本上平行于涡轮发动机的纵向轴线延伸，在第二“关闭”或“准关闭”位置中，轮叶相对于涡轮发动机的轴线倾斜，从而减小使空气从轮叶级穿过的截面。
在现有技术中，致动装置通过相对复杂且体积大的连接装置被连接到一个或多个控制环。这些连接装置通常包括很多部件以及相对较大的组装间隙，而相对较大的组装间隙导致在所有的飞行包线中的最大的迟滞现象。
本发明针对该现有技术提出改进，以使得前述问题中的至少部分问题能够被克服。
发明内容
本发明提出一种用于涡轮发动机的用于控制可变螺距轮叶的系统，该系统包括至少一个控制环，该至少一个控制环被安装成关于具有回转轴线A的环形套管自由地旋转，可变螺距轮叶的至少一个环形排相对于所述轴线A基本上径向地延伸并且被连接到所述至少一个控制环，使得环关于套管的旋转将轮叶设置为关于基本上径向的轴线B进行旋转，以及该系统包括用于致动所述至少一个环以使其关于套管旋转的装置，所述致动装置通过连接装置被连接到所述至少一个环，所述连接装置包括沿轴线C延伸的轴，轴线C相对于所述轴线A基本上为径向的，并且所述连接装置被安装成在套管上关于所述轴线C自由地旋转，其特征在于，所述轴包括通过枢转连接件或球形接头连接件被安装在套管上的径向内端部以及通过枢转连接件或球形接头连接件被连接到固定臂的径向外端部，固定臂被刚性地连接到一个套管或所述套管。
连接轴的径向定向使得连接装置和控制系统的体积(因此还有质量)能够作为整体被限制。这尤其可使得致动装置能够靠近一个或多个控制环。这还使得间隙能够被最小化并且使得用于系统的部件的数量能够被减小，以便实现更为精确的优化调整，以满足空气动力学规定的法则的要求。
将轴连接到一个或多个套管使得力能够朝向该一个或多个套管被更好地转移。例如，将臂的径向外端部连接到套管使得被施加到径向轴的力能够在运行期间被获取。
根据本发明的系统可包括以下的被彼此独立地或彼此结合地采取的特征中的一个或多个：
-所述轴包括第一U形夹以用于经由第一拉紧器被连接到第一控制环；
-所述轴包括第二U形夹以用于经由第二拉紧器被连接到第二控制环；
-所述轴位于所述第一环和所述第二环之间；
-所述第一U形夹和所述第二U形夹相对于所述轴线C是径向相反的；
-所述第一U形夹或所述第一U形夹和所述第二U形夹中的每个支撑相应的拉紧器的铰接轴，该轴相对于所述轴线A基本上为径向的；
-所述臂基本上平行于所述轴线A延伸；
-所述臂包括用于连接到所述轴的第一纵向端部以及用于固定到所述套管的相反的第二纵向端部，优选地，所述套管是被固定到所述环形套管的中间套管；以及
-所述第二端部包括用于固定到所述套管的板。
本发明进一步涉及一种涡轮发动机，其特征在于，该涡轮发动机包括至少一个如上所述的系统。
附图说明
通过参照附图阅读下文中以非限制性示例提供的说明，本发明将被更好地理解，并且本发明的其它细节、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
-图1为根据现有技术的用于对涡轮发动机的可变螺距叶片进行控制的系统的轴向截面中的局部示意性的半视图；
-图2为根据本发明的用于对涡轮发动机的可变螺距叶片进行控制的系统的局部示意性透视图；以及
-图3为根据本发明的控制系统的高度示意性的图。
具体实施方式
图1以轴向截面示意性地示出了尤其为飞机涡轮发动机的涡轮发动机的高压压气机10的一部分，该高压压气机具有若干级，每个级包括由涡轮发动机的转子(未示出)支撑的可移动轮叶12的环形排以及固定轮叶14的环形排，该固定轮叶14的环形排形成由涡轮发动机的定子的套管16支撑的整流器，轮叶14的角定向是可调整的以便优化压气机10中的气体流动。
每个轮叶14包括通过盘或“板”22连接的叶片18和径向圆柱形外枢轴20，该盘或“板”在套管16的相应容置部26中垂直于轮叶的轴线24延伸。盘的径向内表面28与套管的内壁30对准使得不会阻止气体流动。
在现有技术中，每个轮叶14的圆柱形枢轴20在套管16的圆柱形径向室32内延伸，并且其径向外端部通过操纵杆34被连接到控制环36，控制环36围绕套管16并被连接到致动装置(未示出)以使其能够关于套管16的纵向轴线沿一个方向或另一方向旋转，以便将环形排中的轮叶14设置成关于它们的轴线24旋转。
轮叶14能够关于它们的轴线24在被称为全关闭位置的位置和被称为全打开位置的位置之间旋转。
在全关闭位置中，轮叶14的叶片18相对于涡轮发动机的纵向轴线倾斜，也就是说，每个轮叶的弦(连接前缘和后缘的线)基本上垂直于涡轮发动机的纵向轴线。叶片18共同限定出用于使管道中的空气穿过的最小截面。当涡轮发动机处于低速或怠速时，轮叶14被带至该位置，此时，在压气机中流动的气流具有最小值。
在全打开位置中，轮叶14的叶片18基本上平行于涡轮发动机的轴线延伸，也就是说，每个轮叶的弦基本上平行于涡轮发动机的纵向轴线。此时，用于使空气在叶片18之间穿过的截面最大。当涡轮发动机处于全油门时，轮叶14被带至该位置，此时，在压气机中流动的气流具有最大值。
套管16在其外周上可包括突起轨道38以用于使环36定心并对环36进行导向，突起轨道在图1中由虚线示意性地示出。每个环36围绕其一个或多个导向轨道38。附图标记J表示在冷却时在环36和其一个或多个轨道38之间设置的径向间隙。这些间隙J必须足够大以使得套管16能够进行热膨胀，但不能使轮叶14的角位置被精确地调整。在组装该控制系统时，使用垫片来调整这些间隙J。
本发明对用于将致动装置连接到一个或多个控制环的装置提出了改进。
图2示出了本发明的一个实施例，该实施例在图3中被高度示意性地示出。
根据本发明，这些连接装置包括径向轴52，径向轴关于径向轴线C(图2)以可移动的方式被安装在套管上。
在图2和图3所示的实施例中，致动装置包括液压的致动器40，例如，该致动器包括被固定到套管16的本体42以及活塞杆44。致动器40被安装在套管16上，使得其活塞杆44基本上平行于套管16的回转轴线A延伸。
在这种情况下，套管16具有基本上为圆柱形的形状并且在纵向端部处包括环形凸缘46以用于固定到涡轮发动机的另一环形套管48，该另一环形套管48诸如为本领域技术人员众所周知的中间套管。这种类型的套管被安装在涡轮发动机的低压压气机和高压压气机之间。仅中间套管38的基本上径向的壁50可在图2中看到。致动器40被安装在套管16上以及中间套管48的下游处(或者被安装在另一未示出的套管上)，其活塞杆44从本体42朝向中间套管48延伸。
轴52具有遵循基本上径向定向的连接装置，即，连接装置沿轴线C延伸，该轴线C相对于套环16的回转轴线A基本上为径向(或垂直)的，或者相对于控制环36的旋转轴线基本上为径向(或垂直)的，该控制环围绕套管16被安装，或被安装在凸缘46上。
通常，轴52具有基本上圆柱形的形状，并且包括被安装成在套管16上自由旋转的径向内端部以及同样被安装成在臂54的一个端部上自由旋转的径向外端部，如图2所示，臂54被刚性地连接到中间套管48。
在这种情况下，套管16包括凸台56，凸台在轴52的径向内端部处支撑枢转连接装置或球形接头连接装置58。例如，这些连接装置包括具有旋转轴线C的至少一个轴承，或包括至少一个球形接头。例如，轴52的径向内端部支撑球形部分或支撑被接合在球形部分的凹部中的轴，该球形部分被容置在凸台56的球形空腔中。
类似地，臂54在轴52的径向外端部处支撑枢转连接装置或球形接头连接装置60。例如，这些连接装置包括具有旋转轴线C的至少一个轴承，或包括至少一个球形接头。例如，轴52的径向内端部支撑球形部分或支撑被接合在球形部分的凹部中的轴，该球形部分被容置在凸台56的球形空腔中。
臂54具有细长形状，并且基本上平行于轴线A延伸。臂54在其上游端部处包括板62以用于固定到中间套管48并且在其下游端部处包括所述连接装置60。
轴52包括操纵杆64以用于连接到致动器40的活塞杆44。操纵杆64具有细长形状并且沿基本上垂直于轴线C的方向延伸。操纵杆64的一个端部在轴52的径向外端部的附近被连接到轴52，并且其相反端部与活塞杆44铰接。操纵杆64的该相反端部被接合在U形夹66的凸耳之间，U形夹66被设置在活塞杆44的自由端部处，并且操纵杆64的该相反端部通过球形接头连接件或枢转连接件被铰接在由U形夹66支撑的轴67上。操纵杆64可与轴52形成为单个工件。轴67具有基本上为径向的定向。
轴52进一步包括两个U形夹68、70，该两个U形夹在这种情况下是径向相反的，并且基本上位于轴52的(沿径向方向测量的)一半处。U形夹68、70分别从轴52的上游和下游延伸。U形夹68、70与轴52形成为单个工件。
每个U形夹68、70包括两个凸耳，拉紧器72的一个端部被安装在这两个凸耳之间，并且每个U形夹支撑该端部的铰接轴74。轴74各自具有基本上径向的定向。
每个拉紧器72使得控制环36能够被控制。因此，拉紧器72的与轴52相反的端部被铰接在由相应的环36支撑的U形夹76上。每个U形夹76支撑该端部的铰接轴78，该铰接轴78具有基本上轴向的定向。拉紧器72对本领域技术人员来说是众所周知的，因此将不再进行描述。
如可在图2中看到的，轴52位于被连接到该轴52的两个控制环36之间。每个环36进入到在套管和被连接到该环的U形夹68、70之间延伸的径向空间中。每个拉紧器72相对于定心在轴线A上的圆周具有基本上正切的定向，并且基本上在与轴线A垂直的相应的环36的平面中延伸。
在运行期间，致动器40对其活塞杆44进行致动，活塞杆通过操纵杆64将轴52设置为关于其轴线C进行旋转。在杆44朝向中间套管48即朝向上游(箭头80)移动的情况下，操纵杆和轴以逆时针方向(箭头82)旋转。轴52的旋转将引起拉紧器的周向分离，以及环36沿相反方向(箭头84)的旋转。每个环36的旋转使每个轮叶关于其轴线B旋转。该系统的力被臂54获取。

Claims (11)

1.用于涡轮发动机的用于控制可变螺距轮叶(14)的系统，所述系统包括至少一个控制环(36)，所述至少一个控制环被安装成关于具有回转轴线A的环形套管(16)自由地旋转，所述可变螺距轮叶(14)的至少一个环形排相对于所述回转轴线A基本上径向地延伸并且被连接到所述至少一个控制环，使得所述控制环关于所述环形套管的旋转将所述可变螺距轮叶设置为关于基本上径向的轴线B进行旋转；以及所述系统包括用于致动所述至少一个控制环以使其关于所述环形套管旋转的致动装置(40)，所述致动装置通过连接装置被连接到所述至少一个控制环，所述连接装置包括沿轴线C延伸的轴(52)，所述轴线C相对于所述回转轴线A基本上为径向的，并且所述连接装置被安装成在所述环形套管上关于所述轴线C自由地旋转，其特征在于，所述轴(52)包括通过枢转连接件或球形接头连接件被安装在所述环形套管(16)上的径向内端部以及通过枢转连接件或球形接头连接件被连接到固定臂(54)的径向外端部，所述固定臂被刚性地连接到另一个套管(48)或所述环形套管(16)。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述轴(52)包括第一U形夹(68)以用于经由第一拉紧器(72)被连接到第一控制环(36)。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述轴(52)包括第二U形夹(70)以用于经由第二拉紧器(72)被连接到第二控制环(36)。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述轴(52)位于所述第一控制环和所述第二控制环(36)之间。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的系统，其中，所述第一U形夹和所述第二U形夹(68，70)相对于所述轴线C是径向相反的。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的系统，其中，所述第一U形夹(68)或所述第一U形夹和所述第二U形夹(68，70)中的每个支撑相应的拉紧器(72)的铰接轴(74)，所述铰接轴相对于所述回转轴线A基本上为径向的。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述固定臂(54)基本上平行于所述回转轴线A延伸。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述固定臂(54)包括用于连接到所述轴(52)的第一纵向端部以及用于固定到所述另一个套管(48)的相反的第二纵向端部。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述第二纵向端部包括用于固定到所述另一个套管(48)的板(62)。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述另一个套管(48)是被固定到所述环形套管(16)的中间套管。
11.用于飞机的涡轮发动机，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的系统。
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