CN114483305B - 压气机及可调静叶的调节机构 - Google Patents

Abstract

提供一种压气机和可调静叶的调节机构，其可稳定地调节可调静叶进行转动。在机匣上设置的轴套供转轴穿过并容许转轴转动。发条弹簧套在转轴上，一端连接转轴，另一端连接轴套的内壁。限位件具有穿孔。引导组件包括位于轴套和转轴中一方的可伸缩设置的插头以及位于另一方的齿形区域。其中，发条弹簧设置成随转轴的转动施加偏力矩于转轴，限位件位于轴套的径向外端，穿孔由转轴的径向外端穿过并连接固定。齿形区域包括两挡边以及位于两挡边之间沿圆弧形分布的多个齿，圆弧形以转轴为中心，两挡边之间沿圆弧形的距离根据可调静叶的关闭和极开两个状态的位置限定，插头选择性地插在相邻齿之间或者挡边和齿之间的限位槽中。

Description

压气机及可调静叶的调节机构

技术领域

本发明涉及燃气轮机的压气机及其上的可调静叶的调节机构。

背景技术

高压比多级轴流高压压气机一般采用可调静叶和调节机构系统，调节高压压气机气流流量和攻角，稳定气流，匹配流通能力，避免发动机产生喘振或失速等不稳定状态。

可调静叶和调节机构系统的工作原理是在作动筒中的活塞推动驱动臂，驱动臂推动联动环绕发动机轴线转动，然后联动环带着摇臂，摇臂带动可调静子叶片，使其绕自身转动轴转动，从而实现静子叶片角度的调节。相应的多级联调调节机构已经广泛应用于多型航空发动机，图1中列出了常见的曲柄连杆式多级联调调节机构1以及被该机构推动的可调静叶2，其包括作动筒、驱动臂、联动环、摇臂、连杆和反馈传感器等零组件，零组件数量繁多，结构复杂，且本身重量较大，势必增大整个发动机的空间和重量。

一种可调静叶的调节机构，通过发条弹簧在静叶的转轴上施加偏力矩，其可省略联动环，但调节机构在调节可调静叶时，可调静叶的转动稳定性不够。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调静叶的调节机构，其可稳定地调节可调静叶进行转动。

本发明的另一目的在于提供一种压气机，其工作性能稳定。

在为实现所述目的的可调静叶的调节机构中，所述可调静叶包括转轴，在机匣上设置的轴套，供所述转轴穿过并容许所述转轴转动；发条弹簧套在所述转轴上，一端连接所述转轴，另一端连接所述轴套的内壁；限位件具有穿孔；以及引导组件包括位于所述轴套和所述转轴中一方的可伸缩设置的插头以及位于另一方的齿形区域；其中，所述发条弹簧设置成随所述转轴的转动施加偏力矩于所述转轴，所述限位件位于所述轴套的径向外端，所述穿孔由所述转轴的所述径向外端穿过并连接固定；所述齿形区域包括两挡边以及位于两挡边之间沿圆弧形分布的多个齿，所述圆弧形以所述转轴为中心，所述两挡边之间沿所述圆弧形的距离根据可调静叶的关闭和极开两个状态的位置限定，所述插头选择性地插在相邻齿之间或者所述挡边和所述齿之间的限位槽中。

在一实施方式中，所述轴套的内壁包括引导类榫槽、过渡类榫槽和定位类榫槽，所述发条弹簧的所述另一端连接类榫块，所述引导类榫槽和所述定位类榫槽在所述轴套的径向外端和所述径向内端之间延伸，所述过渡类榫槽连接所述引导类榫槽和所述定位类榫槽，所述引导类榫槽提供所述类榫块的入口，所述类榫块定位于所述定位类榫槽的终点。

在一实施方式中，所述限位件的所述穿孔与所述转轴的所述径向外端螺纹连接。

在一实施方式中，该调节机构还包括外衬套和内衬套，所述外衬套在所述轴套的径向外端被夹所述转轴和所述轴套的内壁之间，所述内衬套在所述轴套的径向内端被夹所述转轴和所述轴套的内壁之间。

在一实施方式中，所述外衬套具有外法兰边，所述内衬套具有内法兰边；所述内法兰边夹在所述机匣的内表面和所述可调静叶的翼型件的径向外端之间；所述外法兰边夹在所述限位件的端面和所述轴套的径向外端面之间。

在一实施方式中，所述插头设置在所述转轴上，所述齿形区域设置在所述轴套的内壁上，所述转轴对应所述插头设置有凹槽，在凹槽内设置有弹簧，所述插头连接所述弹簧，并从所述凹槽中突出，嵌入到所述限位槽中。

为实现所述目的的压气机，包括机匣以及沿该机匣的周向分别设置的多个可调静叶，所述多个可调静叶分别配置任一所述的调节机构。

两挡边和插头相互配合，对插头起到限位块的作用，插头被两挡边限制周向转动角度范围，从而使可调静叶的可转动角度只在两挡边之间或者齿形区域的周向角度范围内，达到限位作用，保证可调静叶转动稳定性，齿形区域提供多个限位槽，使得可调静叶在不同转速下可以更加稳定的转动，提高调节精度。

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，其中：

图1是压气机的一部分的示意图。

图2是可调静叶的调节机构的示意图。

图3是图2中I处的局部放大图。

图4是可调静叶的示意图。

图5是图4中II处的局部放大图。

图6是可调静叶的调节机构中引导组件的示意图。

图7是在转轴上装可伸缩的插头的示意图。

图8是可调静叶的调节机构按照发条弹簧进行展开的示意图。

图9是带轴套的机匣的示意图，视图的投影方向大致从径向内侧向径向外侧。

具体实施方式

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。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

后述的可调静叶的调节机构用于替代图1中的多级联调调节机构1，各可调静叶单独配置调节机构。“径向”、“周向”等方位术语以发动机轴线或者轴流高压压气机的轴线为中心。

如图2和图3所示，可调静叶的调节机构包括轴套6、发条弹簧3、限位件10以及引导组件。引导组件包括可伸缩设置的插头102以及齿形区域101。轴套6设置在机匣7上，与机匣7为一体或者连接固定。可调静叶包括翼型件12和位于翼型件12高度方向两端的转轴11、21，在后述实施方式中，以可调静叶的径向外端的转轴11为例进行说明。轴套6供转轴11穿过并容许转轴11转动。发条弹簧3套在转轴11上，一端连接转轴11，另一端连接轴套6的内壁。发条弹簧3可以是螺旋弹簧或者卷弹簧，可以是平片状或者圆细条状，只要适合于安装在转轴和轴套之间的空间，并因应转轴6的转动向转轴6施加偏向于使转轴6复位的偏力矩均可以。限位件10设置在轴套6的径向外端，并具有穿孔，转轴11的径向外端穿过该穿孔并连接固定限位件10。转轴11的径向外端由于设置了限位件10，限位件10与轴套6的径向外端相抵，因此转轴11无法径向向内移动，同时转轴11与翼型件12连接，受到翼型件12的限制，转轴11也无法径向向外移动，因此静叶得到径向定位。

引导组件的插头102设置在转轴11上。图3和图7示出了一种伸缩设置的方式，在转轴11上设置有凹槽105，在凹槽105内设置有弹簧103，弹簧103的一端固定在凹槽105的底部，另一端连接插头102的内端。插头102从凹槽105中突出，插入到齿形区域101中。弹簧103可以被压缩，相应地插头102向凹槽105内收缩，弹簧103并因此蓄能提供弹性力，因此插头102又具有向外伸出的趋势。插头102的顶端109为圆弧形或者球头形状，可以设置耐磨或者减少摩擦的材料。如图6所示，齿形区域101设置在轴套6的内壁。齿形区域101包括两挡边107、108以及位于两挡边107、108之间沿圆弧形分布的多个齿，圆弧形以转轴11为中心，两挡边107、108之间沿圆弧形的距离根据可调静叶的关闭和极开两个状态的位置限定，周向角度范围一般为50°-70°。两挡边107、108可选地通过从轴套6的内壁突出的两限位凸起提供。插头102选择性地插在相邻齿之间或者挡边和齿之间的限位槽中。在图中，插头102插在挡边107和与该挡边相邻的齿100之间的限位槽中。可调静叶2的初始安装状态设计为关闭状态，由于发条弹簧3力矩作用，可以使插头102紧靠一个限位挡边107，另外一个挡边108位于可调静叶2极开状态位置，这样插头102只能在这两个两挡边107、108之间转动，起到了限位作用。

发动机工作过程中，由于气流形成的压力场，可调静叶2的叶盆压力比叶背表面气体压力大，形成叶身表面压力差，可调静叶2可绕上下转动轴11、21转动。在机匣7与可调静叶2的转动轴11间安装发条弹簧3，使得发条弹簧3工作力矩与可调静叶2叶身气体表面压力差达到自平衡，在发动机升转过程中，可调静叶2叶身表面压力差随转速升高而增大，克服发条弹簧3的力矩而转动角度。而发动机降转过程中，可调静叶2的叶身表面压力差随转速降低而减小，此时发条弹簧3已蓄能，可带动可调静叶2回转，实现在不同发动机转速下，可调静叶2自适应调节转动角度。两挡边107、108和插头102相互配合，插头102起到限位块的作用，被两挡边107、108限制周向转动角度范围，从而使可调静叶2的可转动角度只在两挡边107、108之间或者齿形区域101的周向角度范围内，达到限位作用，保证可调静叶转动稳定性，齿形区域101提供多个限位槽，使得可调静叶在不同转速下可以更加稳定的转动，提高调节精度。

此外，发动机转速升高时，可调静叶2不仅要克服发条弹簧3力矩，还要克服带弹簧103可伸缩的插头102与齿形区域101之间的阻力，才能一个齿一齿地的不断转动，发动机转速降低时，由于发条弹簧3蓄能，同样可带动可调静叶2在齿形区域101之间回转。可根据可调静叶2随转速的调节规律，设计齿个数和相邻齿之间的角度，包括相邻齿之间的限位槽的宽度。限位槽的宽度存在变化，因为不同转速下，叶片转动角度不同，转速越高角度变化梯度越大，所以图6中显示齿之间的槽宽从挡边107到挡边108逐步变大。插头102与各齿的分别配合形成档位作用，可以辅助稳定可调静叶2转动，从而提高调节精度。

如图4至图8、图9所示，轴套6的内壁包括引导T形槽14、过渡T形槽13和定位T形槽15，发条弹簧3的另一端连接T形块31，引导T形槽14和定位T形槽15在轴套3的径向外端和径向内端之间延伸，例如沿径向延伸，过渡T形槽13连接引导T形槽14和定位T形槽15，引导T形槽14提供T形块31的入口，T形块31定位于定位T形槽15的终点，该终点的位置大概位置附图标记15的引线的位置。装配时，将可调静叶由下往上推，带动T形块31由T形凹槽起点嵌入，到达引导T形槽14的顶端后，转动可调静叶2，带动T形块31沿着过渡T形槽15转动，进入到定位T形槽15后，向下拉，带动T形块31最终稳定在凹槽终点，可以起到稳定发条工作的作用。

在前述实施方式中，T形槽、T形块的横截面呈T形，但在另一个或多个实施方式中，T形槽、T形块可分别替换为类榫槽、类榫块，类榫槽、类榫块的横截面形状为内大外小的渐缩形，例如为梯形。

发条弹簧4的一端41在转轴11上的固定方式可选择为焊接，而另一端通过T形槽和T形块的配合定位，无需其它方式再固定T形槽和T形块，因此装配方式简单。除了通过T形槽和T形块的配合定位外，也可以增加卡扣等结构进一步固定定位。

继续参照图2，该调节机构还包括外衬套8和内衬套9，外衬套8和内衬套9在轴套6的径向外端、径向内端分别固定。外衬套8在轴套6的径向外端被夹在转轴11和轴套6的内壁之间，内衬套9在轴套6的径向内端被夹在转轴11和轴套6的内壁之间。外衬套8和内衬套9由耐磨材料制成，降低维护时间，并且如果被磨损的情况下，可方便地更换外衬套8或内衬套9。此外，外衬套8和内衬套9与轴套6分体加工，更容易保证加工精度，因此有利于保证支持转轴6进行同心转动。

内衬套9还具有内法兰边91，内法兰边91夹在机匣7的内表面和翼型件12的径向外端之间，内衬套9由耐磨材料制成，因此可以降低翼型件12在转动过程中的磨损。

外衬套8还具有外法兰边81，外法兰边81夹在限位件10的端面和轴套6的径向外端面之间，外衬套8由耐磨材料制成，因此可以降低限位件10和轴套6在转动过程中的磨损。

在一个优选的实施方式中，限位件5具有螺纹孔，相应地转轴11的径向外端具有外螺纹，二者螺纹连接，通过旋转限位件5，可更精确地调整可调静叶的径向位置。

装配了前述实施方式的调节机构的轴流高压压气机，由于多个可调静叶的调节没有同步环或联动环以及中间的传力部件，因此简化了结构，减重收益显著并减小了体积，并且还可以使得可调静叶在不同转速下可以更加稳定的转动，提高调节精度，因此具有更优的工作性能。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，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 (7)

1.可调静叶的调节机构，所述可调静叶包括转轴，其特征在于，该调节机构包括：

在机匣上设置的轴套，供所述转轴穿过并容许所述转轴转动；

发条弹簧，套在所述转轴上，一端连接所述转轴，另一端连接所述轴套的内壁；

限位件，具有穿孔；以及

引导组件，包括位于所述轴套和所述转轴中一方的可伸缩设置的插头，以及位于另一方的齿形区域；

其中，所述发条弹簧设置成随所述转轴的转动施加偏力矩于所述转轴，所述限位件位于所述轴套的径向外端，所述穿孔由所述转轴的径向外端穿过并连接固定；

所述齿形区域包括两挡边以及位于两挡边之间沿圆弧形分布的多个齿，所述圆弧形以所述转轴为中心，所述两挡边之间沿所述圆弧形的距离根据可调静叶的关闭和极开两个状态的位置限定，所述插头选择性地插在相邻齿之间或者所述挡边和所述齿之间的限位槽中。

2.如权利要求1所述的调节机构，其特征在于，所述轴套的内壁包括引导类榫槽、过渡类榫槽和定位类榫槽，所述发条弹簧的所述另一端连接类榫块，所述引导类榫槽和所述定位类榫槽在所述轴套的径向外端和径向内端之间延伸，所述过渡类榫槽连接所述引导类榫槽和所述定位类榫槽，所述引导类榫槽提供所述类榫块的入口，所述类榫块定位于所述定位类榫槽的终点。

3.如权利要求1所述的调节机构，其特征在于，所述转轴的径向外端设置有外螺纹，所述限位件的所述穿孔与所述转轴的所述径向外端螺纹连接。

4.如权利要求1所述的调节机构，其特征在于，该调节机构还包括外衬套和内衬套，所述外衬套在所述轴套的径向外端处被夹在所述转轴和所述轴套的内壁之间，所述内衬套在所述轴套的径向内端处被夹在所述转轴和所述轴套的内壁之间。

5.如权利要求4所述的调节机构，其特征在于，所述外衬套具有外法兰边，所述内衬套具有内法兰边；所述内法兰边夹在所述机匣的内表面和所述可调静叶的翼型件的径向外端之间；所述外法兰边夹在所述限位件的端面和所述轴套的径向外端面之间。

6.如权利要求1至5中任一项所述的调节机构，其特征在于，所述插头设置在所述转轴上，所述齿形区域设置在所述轴套的内壁上，所述转轴对应所述插头设置有凹槽，在凹槽内设置有弹簧，所述插头连接所述弹簧，并从所述凹槽中突出，嵌入到所述限位槽中。

7.一种压气机，包括机匣以及沿该机匣的周向分别设置的多个可调静叶，其特征在于，所述多个可调静叶分别配置如权利要求1至6中任一项所述的调节机构。

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