CN114909186A - 叶轮机械和航空发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叶轮机械和航空发动机，其中叶轮机械包括轮盘、第一叶片(1)、第二叶片(2)、刻度盘(3)和指示部件(4)，第一叶片(1)和第二叶片(2)沿轮盘的周向安装在轮盘上且能够相对于轮盘转动，第一叶片(1)和第二叶片(2)在轮盘的周向上位于同一排，刻度盘(3)安装在第一叶片(1)和第二叶片(2)上，刻度盘(3)包括刻度表(31)，刻度表(31)设置于在轮盘的周向上位于第一叶片(1)和第二叶片(2)之间的空间内，指示部件(4)安装在第一叶片(1)上，且指示部件(4)与第一叶片(1)在第一叶片(1)的转动方向上保持相对固定。航空发动机包括叶轮机械。本发明可以减少刻度盘的占用空间，优化结构布置。

Description

叶轮机械和航空发动机

技术领域

本发明涉及叶轮机械技术领域，尤其涉及一种叶轮机械和航空发动机。

背景技术

为了满足航空发动机中压气机的喘振裕度与总体性能相匹配的需求，通常将压气机的前几级静子叶片设为可调叶片，通过调节可调叶片的角度来调整经过可调叶片的气体流量及气流出口角度，以适应不同工况对于静子叶片角度的不同要求。

为了精确控制可调叶片的转动角度，压气机中通常设有角度测量装置，但目前相关技术中的角度测量装置占用空间较大，影响其它管路及电缆的安装。

需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明实施例提供一种叶轮机械和航空发动机，可以减小刻度盘的占用空间。

根据本发明的一个方面，提供一种叶轮机械，包括：

轮盘；

第一叶片、第二叶片，沿轮盘的周向安装在轮盘上且能够相对于轮盘转动，第一叶片和第二叶片在轮盘的周向上位于同一排；

刻度盘，安装在第一叶片和第二叶片上，刻度盘包括刻度表，刻度表设置于在轮盘的周向上位于第一叶片和第二叶片之间的空间内；和

指示部件，安装在第一叶片上，且指示部件与第一叶片在第一叶片的转动方向上保持相对固定。

在一些实施例中，叶轮机械还包括定位销和用于驱动第一叶片和第二叶片相对于轮盘转动的驱动机构，指示部件设有第一孔，刻度盘设有第二孔，定位销具有插入第一孔和第二孔中的第一状态和脱离第一孔和第二孔的第二状态，在第一状态，驱动机构与第一叶片和第二叶片之间的关联关系能够被校准。

在一些实施例中，指示部件上沿第一叶片的转动方向设有多个第一孔。

在一些实施例中，第一叶片包括第一安装部，指示部件包括第三孔，指示部件通过第三孔套装在第一安装部上，第一安装部和第三孔均为非回转体。

在一些实施例中，第一安装部呈长条形状，第三孔包括长条孔，长条孔的长度方向与指示部件的指示方向之间的夹角大于90°。

在一些实施例中，刻度表包括位于第一连线左侧的第一刻度部和位于第一连线右侧的第二刻度部，第一连线为第一叶片的转动中心与第二叶片的转动中心之间的连线。

在一些实施例中，第一刻度部的刻度范围和第二刻度部的刻度范围相等。

在一些实施例中，刻度盘包括第四孔和第五孔，刻度盘通过第四孔套装在第一叶片上，刻度盘通过第五孔套装在第二叶片上。

在一些实施例中，叶轮机械还包括第一限位件和用于驱动第一叶片相对于轮盘转动的驱动机构，第一叶片包括第一叶身、与第一叶身连接的第二安装部、与第二安装部连接的第一安装部和与第一安装部连接的第一限位部，刻度盘与第二安装部连接，指示部件和驱动机构与第一安装部连接，第一限位件与第一限位部连接以限制驱动机构、指示部件和刻度盘在第一叶片的转动轴线方向的运动。

根据本发明的另一个方面，提供一种航空发动机，包括上述的叶轮机械。

基于上述技术方案，在本发明实施例中，刻度盘安装于在轮盘的周向上位于同一排的第一叶片和第二叶片之间，且刻度盘的刻度表设置于在轮盘的周向上位于第一叶片和第二叶片之间的空间内，这样可以充分地利用在轮盘的周向上位于同一排的第一叶片和第二叶片之间的空间，从而减小刻度盘的占用空间，为其它线路或电缆等部件的布置提供空间，优化叶轮机械内部的结构布置。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明叶轮机械一个实施例的结构示意图。

图2为本发明叶轮机械一个实施例中刻度盘的结构示意图。

图3为本发明叶轮机械一个实施例中指示部件的结构示意图。

图4为本发明叶轮机械一个实施例中第一叶片的结构示意图。

图5为本发明叶轮机械一个实施例的半剖示意图。

图6为本发明叶轮机械一个实施例的俯视图。

图中：

1、第一叶片；2、第二叶片；3、刻度盘；4、指示部件；5、定位销；6、第一限位件；7、第二限位件；8、垫片；9、机匣；10、联动环；20、第一摇臂；30、第二摇臂；

11、第一安装部；12、第一叶身；13、第二安装部；14、第一限位部；

21、第三安装部；22、第二叶身；23、第四安装部；24、第二限位部；

31、刻度表；311、第一刻度部；312、第二刻度部；32、第二孔；33、第四孔；34、第五孔；

41、第一孔；42、第三孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

参考图1和图2所示，在本发明提供的叶轮机械的一些实施例中，该叶轮机械包括轮盘、第一叶片1、第二叶片2、刻度盘3和指示部件4，第一叶片1和第二叶片2沿轮盘的周向安装在轮盘上，而且第一叶片1和第二叶片2均能够相对于轮盘转动，第一叶片1和第二叶片2在轮盘的周向上位于同一排，刻度盘3安装在第一叶片1和第二叶片2上，刻度盘3包括刻度表31，刻度表31设置于在轮盘的周向上位于第一叶片1和第二叶片2之间的空间内，指示部件4安装在第一叶片1上，且指示部件4与第一叶片1在第一叶片1的转动方向上保持相对固定。

在上述实施例中，刻度盘3安装于在轮盘的周向上位于同一排的第一叶片1和第二叶片2之间，且刻度盘3的刻度表31设置于在轮盘的周向上位于第一叶片1和第二叶片2之间的空间内，这样可以充分地利用在轮盘的周向上位于同一排的第一叶片1和第二叶片2之间的空间，从而减小刻度盘3的占用空间，为其它线路或电缆等部件的布置提供空间，优化叶轮机械内部的结构布置，提高空间利用率。

轮盘上可以设置多个叶片，多个叶片沿轮盘的周向布置，轮盘上可以设置多排叶片，每排叶片中的多个叶片沿周向布置。相邻或相隔布置的两个叶片之间均具有间隙，以便形成气流通道，同时该间隙还可以允许叶片发生相对转动后不会与其相邻的叶片发生碰磨。第一叶片1和第二叶片2为设置在轮盘上的位于同一排的多个叶片中的任意两个叶片。在如图1所示的实施例中，第一叶片1和第二叶片2为在周向上相邻的两个叶片。

第一叶片1和第二叶片2相对于轮盘转动后，经过第一叶片1和第二叶片2的气流流量和气流出口角度均会发生变化，从而能够适应不同工况对叶片角度的不同要求。

在周向方向上，第一叶片1和第二叶片2之间具有间隙，将刻度盘3的刻度表31设置在该间隙中，可以大大节省刻度盘3的占用空间。比如，如果将刻度盘3设置于第一叶片1和第二叶片2的一侧，那么与第一叶片1和第二叶片2所在排相邻的另一排叶片需要为刻度盘3让位，从而加大相邻两排叶片之间的间距，这样不但会加大轮盘的轴向长度，加大轮盘的重量，不利于实现叶轮机械的轻量化设计，还会会使经过叶片的气流产生扰动，影响气流的气动性能。因此，将刻度表31设置在第一叶片1和第二叶片2之间在周向上的间隙中，可以充分利用第一叶片1和第二叶片2之间的间隙，使整体结构更加紧凑，还可以避免因刻度盘3而增大轮盘的质量或者引起气流的扰动。

刻度盘3同时安装在第一叶片1和第二叶片2上，因此刻度盘3不能随第一叶片1和第二叶片2的转动而转动。指示部件4与第一叶片1在第一叶片1的转动方向上保持相对固定，因此指示部件4能够随第一叶片1的转动而转动。在第一叶片1相对于轮盘转动时，指示部件4相对于刻度盘3转动，而且指示部件4相对于刻度盘3转动的角度即为第一叶片1相对于轮盘转动的角度，从而实现对第一叶片1的转动角度的测量。

在本发明实施例中，刻度盘3安装在第一叶片1和第二叶片2上，指示部件4安装在第一叶片1上，即刻度盘3和指示部件4均不需要安装在机匣9或联动环10上，因此可以避免因需要将刻度盘3和指示部件4安装在机匣9或联动环10上而在机匣9或联动环10上设置专门的连接凸台，增加叶轮机械的整体重量。也就是说，本发明实施例可以避免设置连接凸台，从而减少零件数量，减轻整体重量。

在一些实施例中，叶轮机械还包括用于驱动第一叶片1和第二叶片2相对于轮盘转动的驱动机构，驱动机构包括动力元件、联动环10和摇臂，摇臂安装在联动环10上，且摇臂与叶片连接，动力元件用于为联动环10和摇臂的转动提供动力，联动环10和摇臂将动力元件的动力传递至叶片，从而实现叶片的转动。

如图1所示，驱动机构包括动力元件、联动环10、第一摇臂20和第二摇臂30，第一摇臂20和第二摇臂30安装在联动环10上，且第一摇臂20与第一叶片1连接，第二摇臂30与第二叶片2连接，动力元件用于驱动联动环10、第一摇臂20和第二摇臂30，进而带动第一叶片1和第二叶片2相对于轮盘转动。

在驱动机构安装好之后，第一叶片1和第二叶片2的安装角度可能存在误差，为了保证后续调节工作的准确性和可靠性，需要校准驱动机构与第一叶片1和第二叶片2之间的关联关系，以使第一叶片1和第二叶片2在驱动机构的驱动作用下能够以预设的联动关系发生转动，实现对第一叶片1和第二叶片2的转动角度的有效控制。

为了方便实现对驱动机构与第一叶片1和第二叶片2之间的关联关系的校准，在一些实施例中，叶轮机械还包括定位销5，指示部件4设有第一孔41，刻度盘3设有第二孔32，定位销5具有第一状态和第二状态，在第一状态，定位销5插入第一孔41和第二孔32中，驱动机构与第一叶片1和第二叶片2之间的关联关系能够被校准；在第二状态下，定位销5脱离第一孔41和第二孔32，通过刻度盘3和指示部件4可以对第一叶片1和第二叶片2的转动角度进行测量。

通过设置定位销5，使得刻度盘3和指示部件4既能够对驱动机构与第一叶片1和第二叶片2之间的关联关系进行校准，又能够对第一叶片1和第二叶片2的转动角度进行测量，使得刻度盘3和指示部件4同时具备校准和测量两个功能。

而且，在本发明实施例中，第一孔41设置于指示部件4上，第二孔32设置于刻度盘3上，定位销5同时穿过指示部件4和刻度盘3，而不需要穿过机匣9、联动环10、第一摇臂20或第二摇臂30，从而避免在机匣9、联动环10、第一摇臂20或第二摇臂30上设置相应的安装结构，避免对机匣9、联动环10、第一摇臂20或第二摇臂30进行结构改造，便于在机匣9、联动环10、第一摇臂20或第二摇臂30上设置其他部件，也可以避免机匣9、联动环10、第一摇臂20或第二摇臂30因设置相应的安装结构而与其他部件发生干涉。

定位销5同时穿过指示部件4和刻度盘3，使得指示部件4和刻度盘3保持相对固定，而刻度盘3安装在第一叶片1和第二叶片2上，因此可以使联动环10、第一摇臂20、第二摇臂30、第一叶片1和第二叶片2保持相对固定，此时便可对驱动机构与第一叶片1和第二叶片2之间的关联关系进行校准。比如，可以观察第一叶片1和第二叶片2与机匣9之间的间隙，避免驱动机构将第一叶片1和第二叶片2驱动至会与机匣9发生碰磨的位置；还可以观察联动环10与机匣9是否同心，避免联动环10与机匣9不同心而导致驱动机构在驱动联动环10转动的过程中使联动环10与机匣9发生碰磨。

在一些实施例中，指示部件4上沿第一叶片1的转动方向设有多个第一孔41。通过设置多个第一孔41，可以多个位置对驱动机构与第一叶片1和第二叶片2之间的关联关系进行校准。

比如，可以在与第一叶片1的两个转动极限位置相对应的位置分别设置一个第一孔41，在与第一叶片1的两个转动极限位置的中间位置相对应的位置设置一个第一孔41，在极限位置和中间位置之间再设置一个第一孔41等。在如图2所示的实施例中，指示部件4上设有5个第一孔41。

在一些实施例中，第一叶片1包括第一安装部11，指示部件4包括第三孔42，指示部件4通过第三孔42套装在第一安装部11上，第一安装部11和第三孔42均为非回转体。

通过将第一安装部11和第三孔42均设置为非回转体，可以实现指示部件4与第一叶片1在第一叶片1的转动方向上保持相对固定，从而使指示部件4能够随第一叶片1的转动而转动。

非回转体的具体形式可以有多种选择，比如半圆形、四方形、三角形等。

在一些实施例中，如图3所示，第一安装部11呈长条形状，第三孔42包括长条孔，长条孔的长度方向与指示部件4的指示方向之间的夹角α大于90°。

长条孔的长度方向与指示部件4的指示方向并非相互垂直，而偏离指示部件4的指示方向预设角度，这样设置可以调节指示部件4在刻度盘3上的指示位置，从而有利于使第一叶片1的转动行程均可以在布置于第一叶片1和第二叶片2之间的刻度表31上体现出来，也便于将刻度表31的整个测量范围均布置在第一叶片1和第二叶片2之间，避免刻度盘3占用第一叶片1和第二叶片2之间的空间之外的空间。

在上述各个实施例中，指示部件4也可以设置在第二叶片2上，具体设置方式与第一叶片1类似，这里不再详述。

如图6所示，在一些实施例中，刻度表31包括位于第一连线左侧的第一刻度部311和位于第一连线右侧的第二刻度部312，第一连线为第一叶片1的转动中心与第二叶片2的转动中心之间的连线。这样布置有利于将刻度表31的整个测量范围均布置在第一叶片1和第二叶片2之间的空间内，避免刻度盘3占用第一叶片1和第二叶片2之间的空间之外的空间，提高空间利用率。

在一些实施例中，第一刻度部311的刻度范围和第二刻度部312的刻度范围相等。这样可以使两侧的刻度相互对称，实现空间的合理利用。

在一些实施例中，刻度盘3包括第四孔33和第五孔34，刻度盘3通过第四孔33套装在第一叶片1上，刻度盘3通过第五孔34套装在第二叶片2上。这样可以方便实现刻度盘3与第一叶片1和第二叶片2的连接。

在一些实施例中，叶轮机械还包括第一限位件6和用于驱动第一叶片1相对于轮盘转动的驱动机构，第一叶片1包括第一叶身、与第一叶身连接的第二安装部13、与第二安装部13连接的第一安装部11和与第一安装部11连接的第一限位部14，刻度盘3与第二安装部13连接，指示部件4和驱动机构与第一安装部11连接，第一限位件6与第一限位部14连接以限制驱动机构、指示部件4和刻度盘3在第一叶片1的转动轴线方向的运动。

下面结合附图1-6对本发明叶轮机械一个实施例的结构进行说明：

如图1所示，叶轮机械包括第一叶片1、第二叶片2、刻度盘3、指示部件4、定位销5、第一限位件6、第二限位件7、垫片8、机匣9、联动环10、第一摇臂20和第二摇臂30。

如图2所示，刻度盘3包括第一连接部和与第一连接部连接的第二连接部，第一连接部包括长条部和扇形部，第四孔33设置在长条部上，刻度表31设置在扇形部上。扇形部上靠近长条部的位置还设有5个第二孔32。第二连接部连接在扇形部的底部并沿远离第一连接部的方向延伸。第五孔34设置在第二连接部的远离第一连接部的一端。第四孔33为圆孔，第五孔34为具有开口的U形孔。

如图3所示，指示部件4包括连接部和与连接部连接的指示部，连接部呈圆柱形，指示部包括箭头形状的端部。长条形的第三孔42设置在连接部上，圆形的第一孔41设置在指示部的端部。

连接部的厚度大于指示部的厚度，这样设置的好处是，在连接部与第一叶片1连接后，使指示部与同样连接于第一叶片1上的刻度盘3之间具有预设的间隙，以避免指示部件4与刻度盘3之间的摩擦力太大而影响指示部件4相对于刻度盘3的转动，影响角度测量结果。

如图4所示，第一叶片1包括自下而上依次连接的第一叶身12、第二安装部13、第一安装部11和第一限位部14。第二安装部13为圆柱形，且外周面是光滑的。第一安装部11呈长条形，与长条形的第三孔42相互配合，可以实现指示部件4随第一叶片1的转动而转动。第一限位部14也呈圆柱形，第一限位部14的外周设有外螺纹，第一限位件6可以采用锁紧螺母，通过锁紧螺母与第一限位部14的配合，实现对安装在第一叶片1上的各个部件的轴向限位。

第二叶片2的结构与第一叶片1的结构类似，可以参考图5所示，第二叶片2包括自下而上依次连接的第二叶身22、第四安装部23、第三安装部21和第二限位部24。第四安装部23为圆柱形，且外周面是光滑的。第三安装部21呈长条形。第二限位部24也呈圆柱形，第二限位部24的外周设有外螺纹，第二限位件7可以采用锁紧螺母，通过锁紧螺母与第二限位部24的配合，实现对安装在第二叶片2上的各个部件的轴向限位。

如图5所示，刻度盘3的一端通过第四孔33安装在第一叶片1的第二安装部13上，另一端通过第五孔34安装在第二叶片2的第四安装部23上。指示部件4通过第三孔42安装在第一叶片1的第一安装部11上，第一摇臂20也安装在第一叶片1的第一安装部11上，且第一摇臂20位于指示部件4的远离刻度盘3的一侧。第一限位件6安装在第一限位部14上，用于限制第一摇臂20、指示部件4和刻度盘3的轴向运动。

第二摇臂30安装在第二叶片2的第三安装部21上，刻度盘3与第二摇臂30之间设有垫片8，以使第一摇臂20与第二摇臂30保持在相同的轴向高度上。第二限位件7安装在第二限位部24上，用于限制第二摇臂30、垫片8和刻度盘3的轴向运动。

如图6所示，刻度表31包括位于第一连线左侧的第一刻度部311和位于第一连线右侧的第二刻度部312，第一连线为第一叶片1的转动中心与第二叶片2的转动中心之间的连线。第一刻度部311的刻度范围和第二刻度部312的刻度范围相等。刻度表31的0°设置在第一刻度部311的远离第二刻度部312的一侧，以便于直接从刻度表31上读取到第一叶片1的转动角度。

本发明实施例提供的叶轮机械的整体结构简单、可靠，而且拆装方便。

基于上述的叶轮机械，本发明还提出一种航空发动机，该航空发动机包括上述的叶轮机械。该叶轮机械可以为压气机，第一叶片1和第二叶片2可以为压气机的静子叶片。

上述各个实施例中叶轮机械所具有的积极技术效果同样适用于航空发动机，这里不再赘述。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明原理的前提下，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，这些修改和等同替换均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种叶轮机械，其特征在于，包括：

轮盘；

第一叶片(1)、第二叶片(2)，沿所述轮盘的周向安装在所述轮盘上且能够相对于所述轮盘转动，所述第一叶片(1)和所述第二叶片(2)在所述轮盘的周向上位于同一排；

刻度盘(3)，安装在所述第一叶片(1)和所述第二叶片(2)上，所述刻度盘(3)包括刻度表(31)，所述刻度表(31)设置于在所述轮盘的周向上位于所述第一叶片(1)和所述第二叶片(2)之间的空间内；和

指示部件(4)，安装在所述第一叶片(1)上，且所述指示部件(4)与所述第一叶片(1)在所述第一叶片(1)的转动方向上保持相对固定。

2.根据权利要求1所述的叶轮机械，其特征在于，还包括定位销(5)和用于驱动所述第一叶片(1)和所述第二叶片(2)相对于所述轮盘转动的驱动机构，所述指示部件(4)设有第一孔(41)，所述刻度盘(3)设有第二孔(32)，所述定位销(5)具有插入所述第一孔(41)和所述第二孔(32)中的第一状态和脱离所述第一孔(41)和所述第二孔(32)的第二状态，在所述第一状态，所述驱动机构与所述第一叶片(1)和所述第二叶片(2)之间的关联关系能够被校准。

3.根据权利要求2所述的叶轮机械，其特征在于，所述指示部件(4)上沿所述第一叶片(1)的转动方向设有多个所述第一孔(41)。

4.根据权利要求1所述的叶轮机械，其特征在于，所述第一叶片(1)包括第一安装部(11)，所述指示部件(4)包括第三孔(42)，所述指示部件(4)通过所述第三孔(42)套装在所述第一安装部(11)上，所述第一安装部(11)和所述第三孔(42)均为非回转体。

5.根据权利要求4所述的叶轮机械，其特征在于，所述第一安装部(11)呈长条形状，所述第三孔(42)包括长条孔，所述长条孔的长度方向与所述指示部件(4)的指示方向之间的夹角大于90°。

6.根据权利要求1所述的叶轮机械，其特征在于，所述刻度表(31)包括位于第一连线左侧的第一刻度部(311)和位于所述第一连线右侧的第二刻度部(312)，所述第一连线为所述第一叶片(1)的转动中心与所述第二叶片(2)的转动中心之间的连线。

7.根据权利要求6所述的叶轮机械，其特征在于，所述第一刻度部(311)的刻度范围和所述第二刻度部(312)的刻度范围相等。

8.根据权利要求1所述的叶轮机械，其特征在于，所述刻度盘(3)包括第四孔(33)和第五孔(34)，所述刻度盘(3)通过所述第四孔(33)套装在所述第一叶片(1)上，所述刻度盘(3)通过所述第五孔(34)套装在所述第二叶片(2)上。

9.根据权利要求1所述的叶轮机械，其特征在于，还包括第一限位件(6)和用于驱动所述第一叶片(1)相对于所述轮盘转动的驱动机构，所述第一叶片(1)包括第一叶身、与所述第一叶身连接的第二安装部(13)、与所述第二安装部(13)连接的第一安装部(11)和与所述第一安装部(11)连接的第一限位部(14)，所述刻度盘(3)与所述第二安装部(13)连接，所述指示部件(4)和所述驱动机构与所述第一安装部(11)连接，所述第一限位件(6)与所述第一限位部(14)连接以限制所述驱动机构、所述指示部件(4)和所述刻度盘(3)在所述第一叶片(1)的转动轴线方向的运动。

10.一种航空发动机，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的叶轮机械。

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