CN116745206A - 变桨距式风扇 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有固定式致动器的装置，用于一种用于控制涡轮机的风扇叶片的取向的系统(2)，包括：至少一个致动器主体(22)，其容纳在涡轮机的形成轴承支撑件的环形壳体(20)内，环形壳体(20)以涡轮机的纵向轴线(X‑X)为中心且相对于其倾斜，致动器主体(22)具有内部容积，活塞(30)能够在该内部容积中滑动，从而将内部容积分隔成彼此隔离的两个腔室(22a，22b)；以及多个致动器杆(42)，其穿过形成轴承支撑件的环形壳体(20)，并且每个具有固定到活塞(30)的一端和用于连接到运动传递轴承(10)的内圈(14)以驱动其平移的另一端，致动器主体(22)的内部容积在下游由腔室底部(32)封闭，该腔室底部(32)与形成轴承支撑件的环形壳体(20)形成单一部件。

Description

变桨距式风扇
技术领域
本发明涉及装备有一个或两个管道式或非管道式风扇的涡轮机的总体领域，并且更具体地，涉及能够对这些涡轮机的风扇叶片的桨距进行受控设置的致动器缸室。
本发明意在提供一种具有附接的致动器缸的桨距控制装置，其优化了致动器缸室的整合。
背景技术
桨距控制系统是已知的，其使得能够设置形成涡轮喷气发动机的螺旋桨的叶片的取向，以便通过致动器缸装置设置根据环境而提供的推力。
专利申请FR3046407描述了一种桨距控制系统的环形致动器，该环形致动器的主体包括轴承支撑件，并且腔室底部附接在该环形致动器上。密封应当通过若干附接部件(盖、爪形离合器等)确保。如果轴承支撑件变形，例如，当受到风扇的强烈不平衡的影响时，活塞会卡在致动器缸体中。
专利US4718823描述了一种具有致动器缸体的致动器缸装置，该致动器缸体具有附接的腔室底部，全部附接在轴承支撑件上，这使安装操作增加。此外，该文献并未描述致动器缸室的供应系统。
发明内容
本发明意在克服上述缺点中的至少一些缺点，并提供一种具有附接的致动器缸体的致动器缸装置系统，其使得安装简单，其确保致动器缸不会在其腔室中卡住，并且其使得腔室与活塞之间密封良好。
鉴于前述内容，本发明的目的是一种具有固定式致动器的装置，其用于一种用于控制涡轮机的风扇叶片的取向的系统，该装置包括：至少一个致动器主体，其容纳在涡轮机的形成轴承支撑件的环形壳体内，所述环形壳体以涡轮机的纵向轴线为中心并且相对于涡轮机的该纵向轴线倾斜，每个致动器缸体包括内部容积，活塞能够在该内部容积中滑动，从而将该内部容积分隔成彼此隔离的两个腔室；以及多个致动器缸杆，其穿过形成轴承支撑件的环形壳体，并且各自具有紧固到活塞的一端和用于连接到运动传递轴承的内圈以驱动其平移的相对端，致动器缸体的所述内部容积在下游由腔室底部封闭，该腔室底部与形成轴承支撑件的环形壳体形成一体件。
优选地，致动器缸体的内部容积在上游由壁封闭，该壁设置有多个孔，致动器缸杆穿过所述孔。
例如，致动器缸体通过围绕致动器缸体的圆形凸缘固定到形成轴承支撑件的环形壳体。
有利地，该圆形凸缘被旋拧到环形壳体上。
优选地，该装置包括分布在腔室底部的内部轮廓上的槽。
优选地，该装置包括环形油路，该环形油路以纵向轴线为中心并围绕所述多个致动器缸杆，并且包括贯穿通道，该贯穿通道形成穿行通过环形壳体朝向致动器缸体的油入口。
有利地，该环形油路包括通过两个基本上同心的环形通道的双重油循环。
该装置可以包括数个致动器缸体，每个致动器缸体中容纳有活塞，并且所述致动器缸体围绕涡轮机的纵向轴线均匀地分布，并且每个活塞通过致动器缸杆的一端连接到同步环。
根据一个实施方式，本发明涉及一种用于控制涡轮机的风扇叶片的取向的系统，该系统包括至少一组具有可调节取向的风扇叶片，所述组被固定成与旋转环一起旋转，风扇叶片联接到用于使风扇叶片的枢转轴绕其径向轴线枢转的运动传递轴承，以便调节风扇叶片的取向，所述运动传递轴承包括连接到如前所述的装置的内圈。
本发明还涉及一种用于安装该装置的方法，包括：从预先通过滚动轴承安装在涡轮机的主壳体上的螺旋桨轴开始，组装由致动器缸杆和安装在致动器缸体上的活塞形成的每个致动器缸，所述组装是通过将每个致动器缸一个接一个地容纳在形成轴承支撑件的壳体内部以及将该组件组装在涡轮机的主壳体和螺旋桨轴上而执行的。
附图说明
通过对作为非限制性示例而考虑、并由附图示出的一些实施方式的详细研究，将更好地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的固定式致动器缸装置在其环境中的剖视图。
图2是图1中的装置的局部立体视图。
图3是形成在壳体中的致动器缸室的剖视图。
图4是致动器缸室的第一剖视图，其中容纳了接收致动器缸的致动器缸体。
图5是致动器缸室的第二截面图，其中容纳了接收致动器缸的致动器缸体。
具体实施方式
本发明适用于任意配备有至少一个管道式或非管道式风扇的涡轮机，并且其螺旋桨叶片(在非管道式风扇的情况下)或风扇叶片(在管道式风扇的情况下)配备有变桨距系统。特别地，本发明适用于具有一个或更多个推进螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机，以及具有螺旋桨(称为“开放式转子”)的涡轮喷气发动机，所述发动机包括螺旋桨(以及用于USF-“非管道式单风扇”的可变桨距定子)或置于气体发生器的上游(“牵引器”版本)或下游(“推进器”版本)的两个反向旋转的螺旋桨。
本发明也适用于具有管道式风扇的涡轮机。
这些类型的涡轮机的结构对于本领域的技术人员来说是公知的，因此，在此将不进行详细描述。总之，这些涡轮机包括一个或更多个螺旋桨(在具有非管道式风扇的涡轮机的情况下)或风扇(在具有管道式风扇的涡轮机的情况下)，其各自包括一组具有可变桨距角的风扇叶片(或叶片)，即它们的取向可以通过下文所描述的用于控制叶片的取向的系统来改变。
图1部分地示出了根据本发明的装置1，包括用于控制具有非管道式风扇的涡轮机的螺旋桨叶片的取向的系统2的一种示例。
当然，在具有管道式风扇的涡轮机的情况下，下文所描述的本发明的原理以相同的方式应用于风扇叶片。
该控制系统2包括旋转环4(或毂)，该旋转环4(或毂)以涡轮机的纵向轴线X-X为中心，并且设置有孔口6，风扇叶片的枢转轴8穿过孔口6进行安装(图中未示出)。
每个枢转轴8联接到运动传递轴承10(也称为LTB，代表“载荷传递轴承”)，以便设置相应叶片的取向，该运动传递轴承用于使所述枢转轴绕其径向轴线Z-Z枢转。
为此，运动传递轴承10包括外圈12和内圈14，这些圈12、14以涡轮机的纵向轴线X-X为中心，可沿着该轴线X-X平移地移动，并限定用于轴承(此处为两排角接触滚珠16，用以在两个方向上传递轴向力)的滚道。
运动传递轴承的外圈12例如通过杆臂18直接地或间接地联接到枢转轴的径向内端。
当运动传递轴承的内圈在致动器缸装置的致动下轴向移动时。其使杆臂以及由此使枢转轴8在旋转环的孔口6中围绕它们的径向轴线Z-Z枢转，从而引起风扇叶片的枢转。
在致动器缸装置的下游，涡轮机还包括承载滚珠轴承21的主壳体19，滚珠轴承21用于以旋转的方式支撑螺旋桨轴23，螺旋桨轴23支撑旋转环4。
优选地，该螺旋桨轴23由涡轮机和减速器(图中未示出)驱动。
环形壳体20紧固在该主壳体19上，以涡轮机的纵向轴线X-X为中心并相对于涡轮机的纵向轴线X-X倾斜通常大于30度的角度(该倾斜被定向为使壳体20具有类似于在下游开口的圆锥的形状)。
通常，该壳体20用作用于引导旋转环4旋转的滚动轴承24的支撑件。
为此，壳体20承载滚动轴承24的外圈24a(其35内圈24b固定到旋转环4)。
此外，壳体20和旋转环4在它们之间界定出容纳致动器缸装置1的油室25。
该油室25在真空下被加压，使得油不会逸出。
为了限制离开油室的泄漏流速，特别提供的是，在螺旋桨的护罩23a与主壳体19之间、在风扇叶片的枢转轴的下游设置密封垫圈27。
旋转环4的安装有风扇叶片的枢转轴的孔口6处可能发生泄漏。
尽管如此，这些泄漏通过油室的密封件来弥补。
此外，该油室25在滚动轴承21的下游延伸，并且可以10包含减速器与不同轴之间的密封件。
根据本发明，用于确保风扇叶片的枢转的致动器缸体装置1特别地包括环形致动器缸体22，该环形致动器缸体以涡轮机的纵向轴线X-X为中心，并且容纳在由形成轴承支撑件的壳体20界定的空间内。
如图3所示，不同于现有技术中与壳体20形成一体的致动器缸体，致动器缸体22是附接在壳体20上的部件。
致动器缸体22界定出内部容积，活塞30能够在该内部容积内滑动，从而将致动器缸体的内部容积分隔成彼此隔离的两个腔室，即，上游腔室22a和下游腔室22b。
可以提供多个活塞，这些活塞是独立的，或者每个活塞通过它们的杆连接到同步环。
该同步环用作用于活塞30的同步器，使其能够在在压力下喷射到上游腔室和下游腔室中的任一者中的液压流体(未示出)的作用下在致动器缸体22的内部容积内滑动。
如图4所示，致动器缸体22的内部容积由壁26在上游封闭，壁26设置有多个孔28，致动器缸杆42穿过所述孔28。这些孔28围绕涡轮机的纵向轴线X-X分布。
此外，致动器缸体22的内部容积在下游由腔室底部32封闭，与已知装置的腔室底部不同，腔室底部32与形成轴承支撑件的环形壳体20形成一体件。
使腔室32的底部完全在环形壳体20的材料中，这使得能够克服添加与活塞直接相对地附接在壳体20上的封闭件的困难。特别地，附接的腔室底部产生了密封困难和过早磨损，而其与壳体的一体化则增加了其对腔室22a、22b中的高液压应力的机械阻力。
此外，附接的腔室底部需要用于密封致动器缸体的内部容积的特定布置，例如，在其内周处，以便确保对其中存在显著的油压的致动器缸体的内部容积的密封。
致动器缸体22可以通过覆盖致动器缸体22的圆形凸缘31固定到形成轴承支撑件的环形壳体20。
圆形凸缘31例如通过在凸缘31的外周处围绕涡轮机的纵向轴线X-X圆形分布的一系列孔旋拧到环形壳体20上，并且螺钉(在图中未示出)穿过这些孔到达在壳体上彼此相对设置的螺纹。
如同样在图2中示出的，根据本发明的致动器缸装置1还包括多个致动器缸杆42，这些致动器缸杆穿过致动器缸体的壁26的孔进行安装。
优选地，这些致动器缸杆围绕涡轮机的纵向轴线X-X均匀分布，以施加所需的桨距控制力。
致动器缸杆的数量是待直接通过每个杆传递的力(其影响每个杆的截面)与杆的数量(其影响系统的重量)之间的权衡。
优选地，至少有4个杆来分布作用在活塞上的力。
每个致动器缸杆42具有下游端和上游端，所述下游端紧固到活塞30，活塞30可以通过致动器缸杆42连接到致动缸体的同步环34，所述上游端连接到运动传递轴承10的内圈14，以驱动其平移。
可以通过螺母44将致动器缸杆紧固在每个活塞30上，螺母44拧紧在杆的下游端上，这些杆攻有螺纹。
类似地，致动器缸杆42在其上游端通过沿径向方向延伸的螺钉46连接到运动传递轴承的内圈14(图1)。
在多个致动器缸体22的情况下(图3、图4和图5)，同步环功能可由内圈14执行，或者，在具有环形形状的单个致动器缸的情况下(图2)，同步环功能可由不同于内圈14、并由单个活塞30形成的同步环执行。
如图4和图5所示，装置1包括以纵向轴线X-X为中心并围绕所述多个致动器缸杆42的环形油路29。
数个致动器缸42的使用使得能够确保它们的功能的冗余性。
此外，致动器缸的维护也很方便：后者不再埋设在风扇轮毂下面，而是现在可以很容易地在轴承支撑件上触及。此外，在进行维护的情况下，可以单独更换致动器缸。
油路29中的油循环从油室25供应，并且由于形成穿行通过环形壳体20朝向致动器缸体22的油入口的贯穿通道29c而通向致动器缸体22。
贯穿通道29c横向于装置1的径向轴线并且导向腔室底部32。
壳体20包括通道29c的直到腔室底部32的环形加宽部41，其使得油能够朝向腔室底部32流动。
腔室底部32使油向活塞30流回。因此，与致动器缸相关联的每个腔室底部32使得能够向该致动器缸供应油。
如所示的，根据图1的剖面，环形加宽部41可以形成具有基本矩形截面的空间，该空间位于壳体20与致动器缸体22之间。
此外，腔室底部32可以包括槽33，这些槽33分布在腔室底部32的内部轮廓上(图3)。
槽33界定出凹部，使得来自开口29c和来自加宽部41的油能够进入位于活塞30与腔室底部32之间的下游腔室22b，特别是当活塞42抵靠槽33时。
槽33还使得能够确保腔室底部32不被阻塞(异物或污垢可容置在槽之间而不是上方)，使得致动器缸42的行程不被阻塞。
环形油路29可以包括通过两个大致同心的环形通道29a、29b的双重油循环。
特别地，可以使用两个互补的油路29a、29b，每个油路供应致动器缸42的一半，以确保系统抵抗两个油系统中的一个故障的情况。
例如，两个环形通道29a、29b被叠置，用于优化装置1的紧凑性。每一个也可以具有大致梯形形状的截面，特别是矩形形状的截面。
两个环形通道29a、29b，即径向上最靠近X-X轴线的一个和最远的一个，分别用于实现油在各个致动器缸24之间的循环以及用于经由轴承支撑件给腔室底部32供应油。
在此情况下，径向上最接近的管道因此是通向贯穿通道29c的管道。
致动器缸装置1的操作明显地遵循上述内容。
为了继续调节风扇叶片8的枢转轴的取向，液压流体在压力下被注入到腔室的上游腔室22a和下游腔室22b中的任一者中，这致使每个活塞30(以及同步环，如果存在一个同步环，所有活塞30都连结到该同步环)沿着涡轮机的纵向轴线X-X移动。然后，杆42以同步的方式轴向平移，使得运动传递轴承向上游或下游移动。进而，轴承的这种平移致使杆臂18枢转，从而导致风扇叶片的同步枢转。
根据本发明的致动器缸装置的安装如下。
在第一步骤中，将螺旋桨轴23组装到减速器，并将滚动轴承21(及其支撑件)组装到涡轮机的主壳体19。然后，将相继地取出的或安装在同步环上的致动器缸杆42和活塞30组装在致动器缸体22上以及形成轴承支撑件的壳体20上。
此后，可以上游-下游轴向地拿来由致动器缸杆42、独立于同步环或安装在同步环上的活塞30、致动器缸体、形成轴承支撑件的壳体以及滚动轴承24所形成的组，以将其组装在涡轮机的主壳体19和15螺旋桨轴23上。
然后，将运动传递轴承10与致动器缸杆42组装在一起。
此后，将螺旋桨的下游壳体23a与旋转环4组装在一起，并且将风扇叶片的枢转轴安装在该下游壳体上。
填加杆臂18以及风扇叶片的枢转轴的螺柱，以将枢转轴连结到运动传递轴承20。
最后，上游螺旋桨壳体23b通过花键连接件组装23c到螺旋桨轴23并组装到旋转环4。
以相反的方式进行致动器缸装置的拆卸。
因此，用作轴承支撑件的装置1被组装，从而整合了特别紧凑和具有抗性的腔室底部和油循环。
此外，轴承支撑件有利地设计为使得能够使用“粉末床熔融”类型(“激光床熔融”)的3D打印技术进行打印。这使得能够将部件制成为一体件并整合了油循环线路29。

Claims (10)

1.一种具有固定式致动器的装置(1)，用于一种用于控制涡轮机的风扇叶片的取向的系统(2)，所述装置(1)包括：至少一个致动器主体(22)，所述致动器主体容纳在所述涡轮机的形成运动传递轴承(10)的支撑件的环形壳体(20)内，所述环形壳体(20)以所述涡轮机的纵向轴线(X-X)为中心并且相对于该纵向轴线(X-X)倾斜，每个致动器缸体(22)包括内部容积，活塞(30)能够在所述内部容积中滑动，从而将所述内部容积分隔成彼此隔离的两个腔室(22a，22b)；以及至少一个致动器杆(42)，所述致动器杆穿过形成用于所述轴承(10)的支撑件的所述环形壳体(20)，并且每个致动器缸杆(42)具有紧固到所述活塞(30)的一端和用于连接到所述轴承(10)的内圈(14)以驱动其平移的相对端，其特征在于，所述致动器缸体(22)的内部容积在下游由腔室底部(32)封闭，所述腔室底部(32)与形成所述轴承(10)的支撑件的所述环形壳体(20)形成一体件。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述致动器缸体(22)的内部容积在上游由壁(26)封闭，所述壁设置有多个孔(28)，所述致动器缸杆(42)穿过所述孔(28)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述致动器缸体(22)通过围绕所述致动器缸体(22)的圆形凸缘(31)固定到形成轴承支撑件的所述环形壳体(20)。
4.根据权利要求3所述的装置(1)，其中，所述圆形凸缘(31)旋拧到所述环形壳体(20)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，包括分布在所述腔室底部(32)的内部轮廓上的槽(33)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，包括环形油路(29)，所述环形油路(29)以所述纵向轴线(X-X)为中心，围绕所述多个致动器缸杆(42)，并且包括贯穿通道(29c)，所述贯穿通道(29c)形成穿过所述环形壳体(20)朝向所述致动器缸体(22)的油入口。
7.根据权利要求6所述的装置(1)，其中，所述环形油路(29)包括通过两个大致同心的环形通道(29a，29b)的双重油循环。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，包括多个致动器缸体(22)，每个致动器缸体中容纳有活塞(30)，并且所述致动器缸体(22)围绕所述涡轮机的纵向轴线(X-X)均匀分布。
9.一种用于控制涡轮机的风扇叶片的取向的系统(2)，包括根据权利要求1至8中任一项所述的装置(1)和具有可调节取向的至少一组风扇叶片，所述组被固定而与旋转环(4)一起旋转，所述风扇叶片联接到运动传递轴承(10)，以调节所述风扇叶片的取向，所述运动传递轴承(10)用于使所述风扇叶片的枢转轴(8)围绕它们的径向轴线枢转，所述运动传递轴承包括连接到所述装置(1)的内圈(14)。
10.一种用于安装根据权利要求1至8中任一项所述的装置的方法，包括：从预先通过滚动轴承(21)安装在涡轮机的主壳体(19)上的螺旋桨轴(23)开始，组装由所述至少一个致动器缸杆(42)和安装在所述致动器缸体(22)上的活塞(30)所形成的每个致动器缸，所述组装通过将每个致动器缸一个接一个地容纳在形成轴承支撑件的所述壳体(20)内以及将该组件组装在所述涡轮机的主壳体(19)和所述螺旋桨轴(23)上而执行。
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