CN1811136A

CN1811136A - 由电动机装置移动的旋转致动环致动的定子叶片级

Info

Publication number: CN1811136A
Application number: CNA2005101191596A
Authority: CN
Inventors: 米歇尔·安德烈·布吕
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: CN100547229C; DE602005004737D1; CA2530131C; EP1672180A1; FR2879687B1; RU2005139354A; FR2879687A1; EP1672180B1; DE602005004737T2; RU2397331C2; US7393178B2; CA2530131A1; US20060133926A1; JP4976687B2; JP2006194243A

Abstract

一种可调节倾角的定子叶片级，其中所述叶片由电动机驱动的旋转致动环驱动。外部致动环(18)通过曲柄(16)连接到叶片上，并被限制为只以透平机的轴线为中心进行旋转运动；该驱动系统包括两个同轴部分，即一固定在外壳上的内部部分(24)和一包括致动环(18)的外部部分(18，26b)，一电动驱动装置(40)布置在该两个部分之间。

Description

由电动机装置移动的旋转致动环致动的定子叶片级

技术领域

本发明涉及一种具有定子的透平机，该定子包括至少一个布置在外壳中的可调节倾角的定子叶片级，所述叶片由一位于外壳之外的旋转致动环移动和支撑。更具体而言，本发明涉及一种用于移动所述致动环的电力驱动，以提高叶片定位控制的响应精度和速度。本发明特别用于飞机喷气发动机领域，更具体而言用于这种发动机中的压缩机。

背景技术

在上述特定种类的透平机中，压缩机定子安装有可调节倾角(pitch)的定子叶片的至少一级，流动段中的叶片的方向可以调节。因此，叶片的冲角可由一促使所述致动环移动的伺服控制系统控制为运行条件的函数。

以举例的方式，美国专利No.4 130 375公开了一种只进行环形运动的致动环，该致动环由两个叠置环组成。内环构成为借助于径向延伸的双头螺栓固定安装在外壳上的定子环(track ring)，外环才是真正的致动环，该外环通过连接件连接在叶片致动曲柄上，且通过轮系在定子环上运转。这种系统既笨重又庞大，而其它的方面却是等效的。

此外，致动环由一个或多个致动器驱动。因此，叶片的安装精度和其运行速度可能会不足。

而且，欧洲专利No.0 527 593公开了一种适用于驱动一致动环的线性电动机结构。所公开的该系统使用了径向位于所述致动环之外的电感应元件。该电感应元件很庞大且很难在外壳外部的空间内集成。此外，特别是当考虑到致动环和支撑致动环的外壳之间的直径可能发生变化时(由于温度升高)，致动环并非以符合要求的方式居中。

发明内容

本发明的第一方面旨在提供一种不会出现上述缺陷的用于致动环的电驱动。

更确切地说，本发明提供一种可调节倾角的定子叶片级，其包括布置在外壳中的叶片，所述叶片由一驱动系统移动，该驱动系统包括一位于所述外壳之外并由所述外壳支撑的致动环，且所述致动环通过曲柄连接在所述级的叶片上，以便同时致动所述叶片，该级的特征在于，所述致动环被限制为只以所述透平机的轴线为中心进行旋转运动，所述驱动系统包括两个同轴部分，即一固定在所述外壳上的内部部分和一包括连接在所述曲柄上且被导向为绕所述内部部分旋转的所述致动环的外部部分，且至少一个电动驱动装置布置在所述两个部分之间。

在一个优选实施例中，上述系统的特征还在于，所述内部部分包括一从所述外壳的外表面凸出并与所述外壳同轴的固定环形轨道，除了所述致动环之外，所述外部部分还包括至少三个周向间隔分布并被限制为沿所述轨道移动的活动装置，每个活动装置通过一径向引导装置连接在所述致动环上，所述驱动装置布置在所述活动装置之一和所述内部部分之间。

在一个可能的实施例中，所述驱动装置为一线性电动机，该电动机在结构上在所述内部部分和所述外部部分之间、尤其在所述外壳的外表面和至少一个活动装置之间共用。

在另一个可能的实施例中，所述驱动装置包括一步进电动机以及布置在电动机的轴与所述内部部分和外部部分之一之间的齿条-小齿轮传动装置(rack-and-pinion gear means)，所述电动机的主体由所述外部部分和内部部分中的另一部分支撑。

上述结构占用的径向空间很小且重量很轻。在一个优选实施例中，如前所述，外部部分和内部部分被设计为：首先，不受外壳和致动环上的温度影响，始终精确地提供致动环相对于透平机的轴线的对中，其次，使得所述温度变化不影响所述分别由内部部分、外部部分支撑的驱动装置的元件之间的连接。如果电动机为所谓的线性电动机，那么保持电动机定子和转子之间的间距恒定不变是很重要的，这确实很重要，因为它们中的一个由透平机定子外壳的外壁支撑，另一个则由活动装置支撑，该活动装置被限制为在透平机定子的表面上沿固定在定子上的轨道严格确定的路线运动。由于致动环和外壳之间的尺寸变化被所述径向引导装置吸收，所以不管温度是否变化，该间距始终保持不变。

而且，如果电动机为安装在外壳或活动装置上的步进电动机，为了保证传递精度和质量，与齿条啮合的小齿轮始终与之保持相同的间距是很重要的。这出于与上述相同的理由用于本系统中。

在一个优选实施例中，所述外部部分具有至少四个基本上周向等间距分布的活动装置，两个相同的驱动装置设置在所述内部部分和两个相应的基本径向相对的活动装置之间。

本发明还提供了一种设置有上述定子叶片级的压缩机以及一种包括至少一个这种定子的透平机。

附图说明

通过阅读下面的描述，可对本发明进行更好的理解，且本发明的其它一些优点可体现得更清楚，其中这些描述仅仅以举例方式并参考附图给出，其中：

图1是垂直于透平机轴线的外壳的截面图，其示出了致动环是如何环绕所述外壳安装的；

图2是示出了图1所示致动环的一部分的放大截面详图，该致动环配备有一线性电动机；

图3是配备有一线性电动机的便型致动环的一部分的透视图；

图4是使用步进电动机的实施例的简图；以及

图5是使用步进电动机的另一实施例的简图。

具体实施方式

更具体地参见图1至3，可以看到具有轴线X的透平机的外壳11，其中容纳有多个可调节倾角的定子叶片12(图3中可看见其中一个)。所述叶片在图1中未示出。每个叶片具有一从外壳上凸出并通过一曲柄16连接到外壳外的致动环18上的枢轴14。径向曲柄驱动孔20形成为通过该致动环，固定在曲柄端部的榫21安插在孔20中，由于致动环只作环形运动，因而这些孔呈长圆或椭圆形(oblong)。应当理解，沿圆周方向旋转致动环将促使所有叶片12同时在外壳内转动并转过相同角度。因此，当本发明用于飞机喷气式发动机时，叶片的方向可作为飞行条件的函数进行调整。

在外部，外壳11带有一固定的同轴环形轨道24。在所述例子中，该轨道与外壳的外壁形成为一体，且从其外表面凸出。该轨道实际上被分段：只设置了其有用的几段。至少三个优选地基本上彼此等间距分布的周向间隔活动装置26a和26b被约束为沿该轨道移动。每个活动装置通过一径向引导装置28连接在致动环上，该引导装置28用以相对于透平机的轴线X提供致动环18的精确的自动对中。在所述例子中，具有四个彼此间隔90°规则分布的活动装置26a，26b，每个活动装置带有一径向引导装置28。

在此处描述的例子中，轨道24由两个固定在外壳上的并列(或平行)定子环30a，30b组成，活动装置26a，26b被成形为可以在两个定子环之间移动。两个(分段)定子环30a，30b设置有相对的侧面凸缘(side rim)，活动装置带有与侧面凸缘滚动啮合的V形槽轮34。此外，每个活动装置26a或26b包括一环绕所述致动环的支撑件36。轮34安装为可以在所述支撑件上自由转动。

在所述例子中，每个活动装置26具有四个V形槽轮34，该轮成对地与相应定子环30a、30b的两个凸缘配合。

用于驱动叶片组的系统主要包括两个同轴叠置部分。在本说明书中，术语“内部部分”用于表示一组固定在外壳上的元件，特别是指轨道24，术语“外部部分”用于表示一组能够相对于所述内部部分移动的元件，特别是指所述致动环18和所述活动装置26a，26b。

根据本发明，电动驱动装置40安装或分布在所述内部部分和外部部分之间。术语“电动驱动装置”用于表示任何能够通过耗电来驱动位移的致动组件。

有利地，该驱动装置或每个驱动装置在一活动装置26和所述内部部分之间共用。

如图所示，尤其如图2和3所示，驱动装置40为一线性电动机，其在结构上在所述内部部分和属于所述外部部分的活动装置之间共用。

因此，线性电动机这样设置，即不管特别是致动环18和外壳11之间的直径由于温度的增加而发生的变化，其活动部分40a和固定部分40b之间的距离始终保持不变。因此，电动机产生的转矩由于其位移精度不变而保持不变。

因此，线性电动机包括一由外壳支撑并在外壳的弯曲外表面的一定长度上设置在所述轨道的两个并列定子环之间的“定子”(固定部分40b)。其还包括一由活动装置26支撑并相对于定子转动的“转子”(活动部分40a)。转子和定子是恒定的且曲率半径相同，因此其相对面始终间隔一小且恒定的径向间距。

在所述实施例中，外部部分具有四个基本沿周向等距分布的活动装置，两个相同的驱动装置40设置在所述内部部分和两个相应的基本径向相对的活动装置26b之间。支撑着线性电动机的两个活动装置26b比另外两个活动装置长。

在图1和2的实施例中，对于每个驱动装置40，致动环18具有一曲率半径增大的扇形连接桥45。连接桥45通过径向螺钉固定在致动环的另外两段46a，46b上。每个桥45被成形为留有一用以容纳支撑相应驱动装置40的一部分的活动装置26b的空间48。与所述支撑驱动装置的一部分的活动装置相应的径向引导装置28本身安装在所述活动装置26b和相邻的连接桥45之间。引导装置由径向延伸的杆48构成，该杆固定在活动装置上并接合在滚动衬套50中。该衬套在一穿过连接桥45的径向孔中延伸。该结构可以在不改变径向引导功能的情况下反过来(即，衬套可以固定在活动装置上且杆可以固定在连接桥上)。

除了连接在连接桥45上的曲柄安装在其径向内侧以外，连接在致动环上的曲柄16连接在其径向外侧。因此，所有曲柄均使用一公用的圆柱面。

图3示出了使用上述类型的线性电动机的另一种变型，其中活动装置26c的主体形成为致动环18的一个整体部分，且借助于两个上述径向引导装置28连接在致动环上。更确切地说，所述主体在每一端包括一叉形件55，在该端部处安装有一可在与致动环段相邻的端孔内滑动的径向杆。活动装置主体还具有用以容纳线性电动机的转子元件的细长腔58。在该变型中，致动环18的径向长度未通过集成或整合在其内的线性电动机得以增加。

在图4和5所示的变型中，所述驱动装置包括一步进电动机60以及布置在电动机的轴与所述内部部分和外部部分之一之间的齿条62-小齿轮61传动装置，且电动机的主体由所述内部部分和外部部分中的另一部分支撑。因此，参见图4，电动机由活动装置26b支撑，而齿条62固定在外壳的外表面上。在这种非限制性的例子中，电动机轴平行于透平机的轴线X延伸，径向穿过轨道的外部，并终止于与弯曲齿条62啮合的小齿轮61中，该弯曲齿条62固定在外壳的外表面上并平行于所述轨道。

相反，图5的例子示出了相反的结构，其中电动机60由外壳11支撑，而所述齿条62由活动装置26b支撑。

Claims

1、一种可调节倾角的定子叶片级，其包括布置在外壳(11)中的叶片，所述叶片由一驱动系统移动，该驱动系统包括一位于所述外壳之外并由所述外壳支撑的致动环(18)，所述致动环通过曲柄(16)连接在所述级的叶片上，以便同时致动所述叶片，该级的特征在于，所述致动环(18)被限制为只以所述透平机的轴线为中心进行旋转运动，所述驱动系统包括两个同轴部分，即一固定在所述外壳上的内部部分(24)和一包括连接在所述曲柄上且被导向为绕所述内部部分旋转的所述致动环(18)的外部部分，且至少一个电动驱动装置(40；60，61，62)布置在所述两个部分之间。

2、根据权利要求1所述的叶片级，其特征在于，所述内部部分包括一从所述外壳的外表面凸出并与所述外壳同轴的固定环形轨道(24)，除了所述致动环(18)之外，所述外部部分还包括至少三个周向间隔分布并被限制为沿所述轨道移动的活动装置(26a，26b)，每个活动装置通过一径向引导装置(28)连接在所述致动环上，所述驱动装置布置在所述活动装置之一和所述内部部分之间。

3、根据权利要求2所述的叶片级，其特征在于，所述驱动装置为一在结构上在所述内部部分和所述活动装置之间共用的线性电动机(40)。

4、根据权利要求2所述的叶片级，其特征在于，所述驱动装置包括一步进电动机(60)以及布置在所述电动机的轴与所述内部部分和外部部分之一之间的齿条-小齿轮传动装置(62，61)，所述电动机的主体由所述外部部分和内部部分中的相应的另一部分支撑。

5、根据权利要求4所述的叶片级，其特征在于，所述电动机(60)由所述外壳(11)支撑，所述齿条由所述活动装置(26b)支撑。

6、根据权利要求4所述的叶片级，其特征在于，所述电动机(60)由所述活动装置(26b)支撑，所述齿条(62)固定在所述外壳的外表面上。

7、根据权利要求2所述的叶片级，其特征在于，所述外部部分包括至少四个周向间隔分布的活动装置(26a，26b)，两个相同的驱动装置(40)啮合在所述内部部分和两个相应的基本径向相对的活动装置(26b)之间。

8、根据权利要求3至7中任何一项所述的叶片级，其特征在于，对于每个驱动装置，所述致动环包括一具有增大的曲率半径的扇形连接桥(45)，该连接桥被成形为留有一用以容纳所述相应驱动装置的活动装置的空间(48)。

9、根据权利要求8所述的叶片级，其特征在于，与所述驱动装置的活动装置(26b)相应的所述径向引导装置(28)安装在所述活动装置和相邻的连接桥(45)之间。

10、一种设置有至少一个根据前述任一权利要求所述的可调节倾角的定子叶片级的压缩机。

11、一种包括至少一个根据权利要求10所述的压缩机的透平机。