CN114278435B - 压气机、燃气涡轮发动机、可调静叶组件以及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压气机、燃气涡轮发动机、可调静叶组件及装配方法。其中，所述可调静叶组件包括：可调静叶，包括叶片部以及转轴部，所述转轴部具有本体以及位于所述本体一端的凸起区，所述本体与所述凸起区构成第一台阶区；机匣，连接所述可调静叶，机匣具有容置空间，容置所述转轴部，所述容置空间靠近所述凸起区的一端具有第二台阶区；衬套，位于所述第一台阶区、第二台阶区之间与两者对应；摇臂，所述凸起区还包括第三台阶区，所述摇臂与所述第三台阶区连接；其中，所述衬套与所述第一台阶区的定位结构包括第一卡圈，所述衬套与所述第二台阶区的定位结构包括第二卡圈，所述摇臂与所述第三台阶区的定位结构包括第三卡圈。

Description

压气机、燃气涡轮发动机、可调静叶组件以及装配方法

技术领域

本发明涉及燃气涡轮发动机领域，特别涉及一种压气机、燃气涡轮发动机、可调静叶组件及装配方法。

背景技术

可调静子叶片，简称可调静叶(Variable Stator Vane, VSV），是可以根据发动机运行工况来改变安装角度的静子叶片。在发动机上应用VSV主要目的是提高发动机的工作稳定性，防止喘振。VSV调节机构用于驱动可调静子叶片转动，改变可调静子叶片安装角，调节叶栅通流流量和栅后气流攻角，以保证压气机正常稳定的工作。

VSV调节机构广泛应用于多型燃气涡轮发动机高压压气机中，一般有扭力杆式VSV调节机构、曲柄连杆式VSV调节机构。在运动过程中，作动筒通过连杆传递扭矩，例如图1所示的现有技术的方案，联动环1通过摇臂2同可调静子叶片相连，联动环1被驱动绕发动机轴线做周向转动，带动摇臂2绕可调静叶3的旋转轴线运动，带动可调静子叶片3调节安装角度。

但如图1所示的，现有技术中，可调静叶组件包括可调静叶3、内衬套401、外衬套402、摇臂2、垫片50、螺母60、联动环1等构成。在实际装配过程中，由于内衬套401、外衬套402与可调静叶3的转轴部32、机匣5、内环6，之间装配间隙不好保证，主要包括摇臂2与衬套之间的间隙G1，机匣5与衬套之间的间隙G2，以及内环6与叶片轴肩之间的间隙G3，在装配过程中，例如将可调静叶组件装配完成后，通过塞尺测量摇臂2与衬套之间的间隙G1，机匣5与衬套之间的间隙G2，若间隙偏小，则将叶片或者衬套进行分解修磨，重新装配后进行测量，若还是间隙偏小，继续将其分解修磨，直至符合要求为止，如此增加装配难度、工作量和装配周期。同时，由于叶片与机匣5、内环6之间径向间隙较大导致叶片因自身重量产生的径向串动量较大，加之零件多、传力路径长导致可调叶片调节精度低、同步性差、叶片异常碰磨、衬套异常磨损问题比较常见，影响压气机、燃气涡轮发动机的性能和可靠性。

因此，本领域需要一种可调静叶组件、压气机、燃气涡轮发动机、以及可调静叶组件的装配方法，以简化可调静叶组件的装配过程、减少工作量、缩短装配周期，同时也提升压气机、燃气涡轮发动机的性能和可靠性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可调静叶组件。

本发明的一个目的是提供一种压气机。

本发明的一个目的是提供一种燃气涡轮发动机。

本发明的一个目的是提供一种可调静叶组件的装配方法。

根据本发明一个方面的一种可调静叶组件，包括：可调静叶，包括叶片部以及与叶片部的一端连接的转轴部，所述转轴部具有本体以及位于所述本体一端的凸起区，所述本体与所述凸起区构成第一台阶区；机匣，连接所述可调静叶，机匣具有容置空间，容置所述转轴部，所述容置空间靠近所述凸起区的一端具有第二台阶区；衬套，位于所述第一台阶区、第二台阶区之间与两者对应；摇臂，所述凸起区还包括第三台阶区，所述摇臂与所述第三台阶区连接；其中，所述衬套与所述第一台阶区的定位结构包括第一卡圈，所述衬套与所述第二台阶区的定位结构包括第二卡圈，所述摇臂与所述第三台阶区的定位结构包括第三卡圈。

在所述可调静叶组件的一个或多个实施例中，所述凸起区具有第一卡圈槽、第三卡圈槽，用以安装所述第一卡圈、所述第三卡圈；所述机匣具有第二卡圈槽，用于安装所述第二卡圈。

在所述可调静叶组件的一个或多个实施例中，所述卡圈与所述卡圈槽之间间隙配合，间隙为0.02mm-0.04mm。

在所述可调静叶组件的一个或多个实施例中，所述衬套与所述第一卡圈槽、第二卡圈槽的径向间距为0.02mm，所述第一卡圈槽、第二卡圈槽位于所述衬套远离所述转轴部的本体的径向一侧。

在所述可调静叶组件的一个或多个实施例中，所述摇臂与所述第三卡圈槽的径向间距为0.02mm，所述第三卡圈槽相对于所述摇臂在径向更靠近所述转轴部的本体。

在所述可调静叶组件的一个或多个实施例中，所述衬套的材料为金属。

根据本发明一个方面的一种压气机，包括以上任意一项的所述可调静叶组件。

根据本发明一个方面的一种燃气涡轮发动机，包括以上任意一项的所述可调静叶组件。

根据本发明一个方面的一种可调静叶组件的装配方法，包括：

S1.安装机匣，机匣具有容置空间，所述容置空间具有第二台阶区；

S2.安装衬套，所述衬套与所述第二台阶区连接；

S3.安装第二卡圈，将所述衬套与所述第二台阶区定位；

S4.安装可调静叶，所述可调静叶包括叶片部以及与叶片部的一端连接的转轴部，所述转轴部具有本体以及位于所述本体一端的凸起区，所述本体与所述凸起区构成第一台阶区，所述衬套位于所述第一台阶区、第二台阶区之间，所述机匣连接所述可调静叶，所述容置空间容置所述转轴部；

S5.安装第一卡圈，将所述衬套与所述第一台阶区定位；

S6.安装摇臂，所述摇臂连接于所述凸起区，所述凸起区还具有第三台阶区，所述摇臂与所述第三台阶区连接；

S7.安装第三卡圈，将所述摇臂与所述第三台阶区定位。

在所述装配方法的一个或多个实施例中，还包括S8.测量所述转轴部与所述机匣的间隙，若该间隙偏大或偏小，则更换所述第一卡圈或第三卡圈，调节所述可调静叶在径向的位置。

在所述装配方法的一个或多个实施例中，在所述S3，在所述机匣的设置的第二卡圈槽安装所述第二卡圈；在所述S5，在所述凸起区设置的第一卡圈槽安装所述第一卡圈；在所述S7，在所述凸起区设置的第三卡槽圈安装所述第三卡圈；其中，卡圈槽与对应的卡圈为间隙配合，间隙为0.02mm-0.04mm。

本案的进步效果包括但不限于：

通过台阶区以及卡圈的结构，使得装配过程中只需要更换卡圈的尺寸，即可调整可调静叶的径向位置，进而调节叶片的间隙，无需将重复将可调静叶组件拆装分解修磨，简化可调静叶组件的装配过程、减少工作量、缩短装配周期。同时台阶、卡圈结构的设置，实现了叶片在径向以及轴向的精确定位，提高了可调静叶的调节精度、同步性，降低了发生叶片异常碰磨、衬套异常磨损等问题的风险，提高了压气机、燃气涡轮发动机的性能和可靠性。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1是现有技术的可调静叶组件结构。

图2是一实施例的可调静叶组件结构。

图3是一实施例的可调静叶组件的装配方法的流程图。

实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。

另外，需要理解的是，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”、“一个或多个实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一些实施例”或“一个或多个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

以下介绍的可调静叶组件以燃气涡轮发动机的压气机的可调静叶组件为例，但不以此为限。燃气涡轮发动机可以是航空发动机，船用燃气轮机，以及地面燃气轮机等等形式。

如图2所示的，在一些实施例中，可调静叶组件100包括可调静叶3，机匣5、摇臂2、衬套4。可调静叶3包括叶片部31以及与叶片部31的径向一端连接的转轴部32。转轴部32的作用接受摇臂2的驱动而带动可调静叶3旋转。转轴部32具有本体321以及位于本体321径向一端的凸起区322，本体321与凸起区322的交界处构成第一台阶区10。机匣5连接可调静叶3，机匣5具有容置空间51，可容置转轴部32以及衬套4。容置空间51靠近凸起区322的径向一端具有第二台阶区20。衬套4位于第一台阶区10、第二台阶区20之间与两者对应，衬套4与第一台阶区10、第二台阶区20之间具有一定间隙，防止衬套发生干摩擦，也可以在热态时的膨胀。衬套4一般选择金属材料，便于加工，并且与可调静叶、机匣的材料较为接近，衬套4优选的可以是铜，其有益效果在于耐磨性好，使用寿命长。摇臂2与连接于转轴部32以驱动转轴部32旋转。凸起区322还包括第三台阶区30，摇臂2与第三台阶区30，以在径向一端定位，而另一端通过第三卡圈73进行限位，使得摇臂2与第三台阶区30径向限位，而轴向限位由凸起区322本身即可限位。而衬套4与转轴部32的定位，则通过衬套4与第一台阶区10由第二卡圈72的定位实现，衬套4与机匣5的定位，则通过衬套4与第二台阶区20由第一卡圈71的定位实现。如此设置的有益效果在于，首先，转轴部32、机匣5分别设置台阶轴结构（第一台阶区10）、台阶孔结构（第二台阶区20），在装配过程中便于衬套4的安装。台阶、衬套以及卡圈的设置，实现了机匣5、转轴部32之间的轴向、径向的精确定位，提高了可调静叶的调节精度、同步性，降低了发生叶片异常碰磨、衬套异常磨损等问题的风险，提高了压气机、燃气涡轮发动机的性能和可靠性。进一步地，在装配过程中，若测量得到叶片与机匣的间隙G2或者叶片与内环的间隙G3不满足要求，则可以更换卡圈的尺寸，使得卡圈的紧固作用更强或者更弱，以微调可调静叶3的径向位置，从而调节间隙。无需如现有技术一般反复将可调静叶组件拆装分解修磨，简化可调静叶组件的装配过程、减少工作量、缩短装配周期。同时，用于定位的卡圈同样可以起到密封作用。

继续参考图2，在一个或多个实施例中，凸起区322具有第一卡圈槽、第三卡圈槽，用以安装所述第一卡圈71、所述第三卡圈73；机匣5具有第二卡圈槽，用于安装所述第二卡圈72，如此设置的有益效果在于，卡圈槽的设置使得卡圈更易于安装，实现轴向更加精确的定位，精度相比于现有技术的轴向定位精度提高一个数量级左右。

继续参考图2，在一个或多个实施例中，卡圈与卡圈槽之间可以是间隙配合，间隙为0.02mm-0.04mm，如此既实现了精确定位，也便于卡圈的安装。衬套4与安装第一卡圈71的第一卡圈槽，安装第二卡圈72的第二卡圈槽之间也是具有微小的径向间隙，为0.02mm，可以理解到，并非严格的0.02mm，也允许在一定的合理误差范围。衬套4在径向相对于第一卡圈槽、第二卡圈槽更靠近转轴部32的本体321。同理的，摇臂2与第三卡圈槽也具有微小的径向间隙，为0.02mm，可以理解到，并非严格的0.02mm，也允许在一定的合理误差范围，第三卡圈槽相对于摇臂2在径向更靠近转轴部32的本体。卡圈与卡圈槽，以及衬套4、摇臂2与卡圈槽的合理间隙的设置，既实现了保证定位精度、便于安装，也可以防止在热态时发生卡死等问题。

参考图2以及图3，可调静叶组件100的安装方法可以包括以下步骤：

S1.安装机匣5，机匣5具有容置空间51，容置空间51具有第二台阶区20；

S2.安装衬套4，衬套4与第二台阶区20连接；

S3.安装第二卡圈72，将衬套4与第二台阶区20定位；

S4.安装可调静叶3，可调静叶3包括叶片部31以及与叶片部31的径向一端连接的转轴部32，转轴部32具有本体321以及位于本体321径向一端的凸起区322，本体321与凸起区322的交界构成第一台阶区10，衬套4位于第一台阶区10、第二台阶区20之间，机匣5连接可调静叶3，容置空间51容置转轴部32；

S5.安装第一卡圈71，将衬套4与第一台阶区10定位；

S6.安装摇臂2，摇臂2连接于凸起区322，凸起区322还具有第三台阶区30，摇臂2与第三台阶区30连接；

S7.安装第三卡圈73，将摇臂2与第三台阶区30径向定位。

完成S1至S7的组装后，可以通过塞尺测量间隙，测量转轴部32与机匣5的第二间隙G2，若该间隙偏大或偏小，则更换第一卡圈71或第三卡圈73，即更换更大尺寸组或者更小尺寸组的第一卡圈71或第三卡圈73，调整卡圈对叶片的卡紧程度，以微调可调静叶3在径向的位置。

在一些实施例中，上述装配方法还可以包括在所述S3，在机匣5设置的第二卡圈槽安装所述第二卡圈72；在所述S5，在凸起区322设置的第一卡圈槽安装第一卡圈71；在所述S7，在凸起区322设置的第三卡槽圈安装第三卡圈73，卡圈槽与对应的卡圈为间隙配合，间隙为0.02mm-0.04mm。

综上，采用以上实施例介绍的可调静叶组件、装配方法以及压气机、燃气涡轮发动机的有益效果包括但不限于：通过台阶区以及卡圈的结构，使得装配过程中只需要更换卡圈的尺寸，即可调整可调静叶的径向位置，进而调节叶片的间隙，无需将重复将可调静叶组件拆装分解修磨，简化可调静叶组件的装配过程、减少工作量、缩短装配周期。同时台阶、卡圈结构的设置，实现了叶片在径向以及轴向的精确定位，提高了可调静叶的调节精度、同步性，降低了发生叶片异常碰磨、衬套异常磨损等问题的风险，提高了压气机、燃气涡轮发动机的性能和可靠性。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调静叶组件的装配方法，其特征在于，包括：

S1.安装机匣，机匣具有容置空间，所述容置空间具有第二台阶区；

S2.安装衬套，所述衬套与所述第二台阶区连接；

S3.安装第二卡圈，将所述衬套与所述第二台阶区定位；

S4.安装可调静叶，所述可调静叶包括叶片部以及与叶片部的一端连接的转轴部，所述转轴部具有本体以及位于所述本体一端的凸起区，所述本体与所述凸起区构成第一台阶区，所述衬套位于所述第一台阶区、第二台阶区之间，所述机匣连接所述可调静叶，所述容置空间容置所述转轴部；

S5.安装第一卡圈，将所述衬套与所述第一台阶区定位；

S6.安装摇臂，所述摇臂连接于所述凸起区，所述凸起区还具有第三台阶区，所述摇臂与所述第三台阶区连接；

S7.安装第三卡圈，将所述摇臂与所述第三台阶区定位；

S8.测量所述转轴部与所述机匣的间隙，若该间隙偏大或偏小，则更换所述第一卡圈或第三卡圈，调节所述可调静叶在径向的位置。

2.如权利要求1所述的装配方法，其特征在于，

在所述S3，在所述机匣的设置的第二卡圈槽安装所述第二卡圈；

在所述S5，在所述凸起区设置的第一卡圈槽安装所述第一卡圈；

在所述S7，在所述凸起区设置的第三卡槽圈安装所述第三卡圈；

其中，卡圈槽与对应的卡圈为间隙配合，间隙为0.02mm-0.04mm。

3.一种可调静叶组件，其特征在于，采用如权利要求1或2所述的装配方法进行装配，所述可调静叶组件包括：

可调静叶，包括叶片部以及与叶片部的一端连接的转轴部，所述转轴部具有本体以及位于所述本体一端的凸起区，所述本体与所述凸起区构成第一台阶区；

机匣，连接所述可调静叶，机匣具有容置空间，容置所述转轴部，所述容置空间靠近所述凸起区的一端具有第二台阶区；

衬套，位于所述第一台阶区、第二台阶区之间与两者对应；

摇臂，所述凸起区还包括第三台阶区，所述摇臂与所述第三台阶区连接；

其中，所述衬套与所述第一台阶区的定位结构包括第一卡圈，所述衬套与所述第二台阶区的定位结构包括第二卡圈，所述摇臂与所述第三台阶区的定位结构包括第三卡圈。

4.如权利要求3所述的可调静叶组件，其特征在于，所述凸起区具有第一卡圈槽、第三卡圈槽，用以安装所述第一卡圈、所述第三卡圈；所述机匣具有第二卡圈槽，用于安装所述第二卡圈。

5.如权利要求4所述的可调静叶组件，其特征在于，所述卡圈与所述卡圈槽之间间隙配合，间隙为0.02mm-0.04mm。

6.如权利要求5所述的可调静叶组件，其特征在于，所述衬套与所述第一卡圈槽、第二卡圈槽的径向间距为0.02mm，所述第一卡圈槽、第二卡圈槽位于所述衬套远离所述转轴部的本体的径向一侧。

7.如权利要求5所述的可调静叶组件，其特征在于，所述摇臂与所述第三卡圈槽的径向间距为0.02mm，所述第三卡圈槽相对于所述摇臂在径向更靠近所述转轴部的本体。

8.如权利要求3所述的可调静叶组件，其特征在于，所述衬套的材料为金属。

9.一种压气机，其特征在于，包括如权利要求3-8任意一项的所述可调静叶组件。

10.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括如权利要求3-8任意一项的所述可调静叶组件。

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