CN1912353A - 叶片内径覆环的齿轮系可调叶片同步机构 - Google Patents
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Abstract
本发明包括一个容纳了一个用于同步旋转可调叶片组的装置的叶片内径覆环。尤其是，本发明包括一个有一个沿叶片覆环的圆周方向形成的齿轮沟槽的叶片内径覆环。可调叶片组的内侧一端可旋转地安装在叶片覆环中。可调叶片的内侧端部有在齿轮沟槽里旋转的叶片齿轮。可调叶片的叶片齿轮之间安置有惰齿轮。当通过驱动源转动特殊可调叶片中的一个时，通过叶片齿轮和惰齿轮以同样的数值旋转可调叶片组的其它可调叶片。
Description
本发明根据由美国海军签订的N00019-02-C-3003号合同，在美国政府支持下完成，因此美国政府对本发明享有一定的权益。
相关申请的相互参照
本申请与下列与本申请同一日提交的待决申请有关：发明人为J.Giaimo和J.Tirone III的申请“RACK AND PINION VARIABLE VANESYNCHRONIZING MECHANISM FOR INNER DIAMETER VANESHROUD”(代理人档案号U73.12-002)；发明人为J.Giaimo和J.Tirone III的申请“SYNCH RING VARIABLE VANE SYNCHRONIZING MECHANISM FORINNER DIAMETER VANE SHROUD”(代理人档案号U73.12-003)；发明人为J.Giaimo和J.Tirone III的申请“INNER DIAMETER VARIABLE VANEACTUATION MECHANISM”(代理人档案号U73.12-005)；发明人为J.Giaimo和J.Tirone III的申请“LIGHTWEIGHT CAST INNER DIAMETER VANESHROUD FOR VARIABLE STATOR VANES”(代理人档案号U73.12-006)。所有这些申请引用于此作为参考。
技术领域
本发明涉及燃气轮发动机，尤其涉及用于这些发动机的叶片覆环。
背景技术
燃气轮发动机通过在压缩空气中燃烧一种燃料源来产生热气体，同时伴随有压力和密度的升高。该热气最终被施行通过排气喷管，该排气喷嘴被用来产生排出气体的速度并进而产生驱动飞行器的推力。该热气体也被用于驱动涡轮以转动风扇来向该燃气轮发动机的压缩机部件提供空气。此外，该热气体被用于驱动涡轮以驱动该压缩机部件内的转子叶片，这样就产生在燃烧期间所需的压缩空气。燃气轮发动机的该压缩机部件一般由许多转子叶片级和定子叶片级组成。在每个级，转动的叶片推动空气经过这些静止的定子叶片。每个转子/定子级提高空气的压力和密度。定子起两个作用：把空气的动能转化为压力，以及改变离开该转子的空气路线以便流入下一个压缩机级。
由燃气轮发动机提供动力的飞行器的速度范围与在压缩机部件中产生的空气压力级别直接相关。由于飞行器的速度不同，流过该燃气轮发动机的空气流速度也不同。因而，在不同的飞行器速度的情况下，空气在下一压缩机级的转子叶片上的倾角不同。燃气轮发动机在整个速度范围内，尤其是高速/高压范围内，获取更有效性能的一个方法是使用可调定子叶片，这样可以优化在下一压缩机级转子上的空气流倾角。
可调定子叶片一般是在风扇外径罩和一个叶片内径覆环之间沿圆周方向分布。传统地，协调这些可调定子叶片的同步运动的机构被安置在该风扇罩的外侧。这些装置增大了压缩机部件的总直径，这一直是不希望或不允许的。此外将采用固定的定子叶片的燃气轮发动机改造成采用可调的定子叶片的发动机始终是不可能的。改造被安置在风扇罩外部的可调叶片机构跟被安置在风扇罩外部的燃气轮发动机的其它外部部件发生干扰。重新安置这些其它外部部件也往往是不可能的或成本太高。同步机构也给燃气轮发动机增加了相当大的重量。因而，需要一种轻型的可调叶片同步机构，这种机构不增加压缩机部件的直径也不会跟燃气轮发动机的其它外部部件干扰。
发明概述
本发明包括一个容纳一个用于同步旋转可调叶片组的机构的叶片内径覆环。尤其是，本发明包括一个有一个沿整个叶片覆环圆周方向延伸的齿轮沟槽的叶片内径覆环。可调叶片组以其内侧一端可旋转地被安装在该叶片覆环内。该可调叶片在其内侧端部包括可在该齿轮沟槽中旋转的一些齿轮。在该可调叶片的齿轮之间安置有惰齿轮。当由一个驱动源旋转各可调叶片中的一个时，该可调叶片组的其它可调叶片由这些齿轮和惰齿轮也转过相同的数值。
附图说明
图1为使用本发明的燃气轮发动机的定子叶片部件的局部剖视正视图；
图2为可调叶片组的一个区段的前部的透视图，示出了本发明中的齿轮系同步机构；
图3为图2所示齿轮系可调叶片同步机构的仰视图，从定子叶片部件的中心向外看；
图4为本发明的叶片内径覆环的叶片后覆环部件的一个区段的前部的透视图；
图5为本发明的叶片内径覆环的叶片前覆环部件的一个区段的后部的透视图。
本发明详细说明
图1为使用本发明的燃气轮发动机的定子叶片部件10的局部剖视正视图。定子叶片部件10包括风扇罩12、叶片覆环14、可调叶片组16以及驱动器18。叶片覆环14由叶片前覆环部件20和叶片后覆环部件22组成，形成了内径叶片槽24。在叶片前覆环部件20和叶片后覆环部件22都设有半槽或凹部，以形成槽24。在图1中，只示出叶片前覆环部件20的一部分，从而能看到槽24的内部。
可调叶片组16由驱动叶片26和多个从动叶片28组成。驱动叶片26和从动叶片28通过本发明的齿轮系可调叶片同步机构在叶片内径覆环24的内部接合。因而，当驱动器18旋转驱动叶片26时，从动叶片28也以同样的数值旋转。
一般地，从动叶片28环绕整个叶片覆环14。只示出了可调叶片组16的一部分，从而能看到槽24。驱动叶片26和从动叶片28可旋转地安装在风扇罩12中的定子叶片部件10的外径和叶片覆环14中的定子叶片部件10的内径上。驱动叶片26的数量在其它实施例中可以改变，也可以少得只有一个。在一个实施例中，可调叶片组16包括52个从动叶片28和两个驱动叶片26。驱动叶片26在结构上与从动叶片28相似。在一个实施例中，驱动叶片26为重型结构以承载驱动器18施加的力。
叶片内径覆环14可以构造成部件大小小于叶片内径覆环的整个周长。在一个实施例中，如图1所示，叶片前覆环部件20由是叶片内径覆环14的周长的大约六分之一(也就是60°)的区段组成。在这种情况下，两个区段有9个半槽24，一个区段有8个半槽24。较小的叶片前覆环部件20有助于当它们插入槽24中时在驱动叶片26和从动叶片28的内径端部内定位叶片前覆环部件20。用于分离式风扇罩结构中的一个实施例中，叶片后覆环部件22由是叶片内径覆环14的周长的大约一半(也就是180°)的区段组成，在这种情况下，每个区段有26个半槽24。此外，在其它实施例中，本发明中的齿轮系可调叶片同步机构可以构造成更小的区段，例如，大约一半(也就是180°)的区段，用于分离式风扇罩结构中。
定子叶片部件10一般是安置在燃气轮发动机的压缩机部件中，或在转子叶片部件的后面。通过上述转子叶片部件或风扇将空气压入定子叶片部件10中。经过定子叶片部件10的空气一般会转入另外的转子叶片部件。驱动叶片26和从动叶片28沿着它们各自的径向位置旋转以控制流过燃气轮发动机的压缩机部件的空气。本发明中的齿轮系可调叶片同步机构协调它们的旋转。
图2为可调叶片组16的一个区段的前部的透视图，示出了本发明中的齿轮系可调叶片同步机构。为了示出齿轮系同步机构的相互关系，图中没有示出风扇罩12、叶片前覆环部件20和叶片后覆环部件22。从动叶片28包括内径枢轴30以在叶片内径覆环14的槽24中旋转。从动叶片28包括外径枢轴32以在风扇罩12(如图1所示)的轴孔座中旋转。一般地，至少一个外径枢轴32与风扇罩12外部的一个驱动源相连。设置了内径枢轴30以在叶片覆环14的槽24中旋转。
本发明的齿轮系同步机构设置在叶片内径覆环14的内部。齿轮系同步机构包括叶片齿轮34和惰齿轮36。齿轮系同步机构是由交替的驱动齿轮(叶片齿轮34)和惰齿轮(惰齿轮36)组成的一个简单的齿轮系。齿轮系被排列成环形结构从而在叶片覆环14中形成互连齿轮的一个闭环。在其它实施例中，齿轮系成形成弓形区段，例如，大约半个圆周(也就是180°)用于分离式风扇罩结构中。内径枢轴30把从动定子叶片28与齿轮系同步机构接合起来。因而，当通过驱动源旋转外径枢轴32中的一个，例如驱动叶片26的外径枢轴时，从动叶片28通过齿轮系进行一致的旋转。
内径枢轴30在其内径端部包括叶片齿轮34。惰齿轮36安置在叶片齿轮34之间。当与叶片前覆环部件20和叶片后覆环部件22进行组装时，叶片齿轮34安置在叶片覆环14的内侧齿轮沟槽中。惰齿轮36可旋转地安装在叶片覆环14的内侧齿轮沟槽中。在一个实施例中，交替的叶片齿轮34和惰齿轮36连同整个可调叶片组16围绕叶片覆环14的整个圆周方向延伸。在一个实施例中，可调叶片组16包括54个叶片齿轮34和54个惰齿轮。
图3为图2所示齿轮系可调叶片同步机构的仰视图，从定子叶片部件的中心向外看。叶片齿轮34A-34D安置在从动叶片28的内径端部，在内径枢轴30的顶端。叶片齿轮34A-34D被允许在叶片覆环14的内侧齿轮沟槽中旋转。惰齿轮36A-36C可旋转地安装在叶片齿轮34A-34D之间的内侧齿轮沟槽中。
当通过驱动源转动一个或多个外径枢轴32时，单个从动叶片28A-28D的旋转与齿轮系同步机构的一致。例如，如果通过驱动器18按顺时针方向旋转定子叶片28A(如图3所示)，则通过定子叶片26A按逆时针方向旋转惰齿轮36A。使叶片齿轮34B-34D与惰齿轮36B-36C保持同样的方式旋转。通过惰齿轮36A按顺时针方向旋转叶片齿轮34B。通过叶片齿轮34B按逆时针方向旋转惰齿轮36B。通过惰齿轮36B按顺时针方向旋转叶片齿轮34C。通过叶片齿轮34C按逆时针方向旋转惰齿轮36C。通过惰齿轮36C按顺时针方向旋转叶片齿轮34D。这样同样类型的叶片齿轮与惰齿轮的交替旋转在齿轮系的整个长度内延续。因而，驱动单个叶片就带动整个从动叶片28以同样的数值旋转。
图4为本发明的叶片内径覆环14的叶片后覆环部件22的一个区段的前部的透视图。叶片后覆环部件22包括容纳驱动叶片26和从动叶片28的内径枢轴30的后部沟槽38A-38H。内径枢轴30嵌入后部沟槽38A-38H中，从而叶片齿轮34就安置在后部的内侧齿轮沟槽40A中。惰齿轮36可选转地安置在位于后部沟槽38A-38H之间的间隔处的后部齿轮沟槽40A中，在位置42A-42G处。
图5为本发明的叶片内径覆环14的叶片前覆环部件20的一个区段的后部的透视图。叶片前覆环部件20包括容纳驱动叶片26和从动叶片28的内径枢轴30的前部沟槽44A-44H。叶片前覆环部件20与叶片后覆环部件22耦合，从而后部沟槽38A-38H与前部沟槽44A-44H进行相应的配合。内径枢轴30安置在后部沟槽38A-38H和前部沟槽44A-44H的内部，叶片齿轮34安置在后部齿轮沟槽40A和前部齿轮沟槽40B的内部。惰齿轮36安置在前部沟槽44A-44H之间的间隔处，在位置46A-46G处，在后部齿轮沟槽40A和前部齿轮沟槽40B的内部。因而，驱动叶片26和从动叶片28与叶片前覆环部件20和叶片后覆环部件22紧固在一起。齿轮系由叶片齿轮34和惰齿轮36组成，可操作地安置在后部齿轮沟槽40A和前部齿轮沟槽40B中，以便于单个定子叶片26的同步旋转。因而，利用齿轮系可调叶片同步机构可以控制从定子叶片部件10流出的空气流进燃气轮发动机的下一个区段的方向。
尽管本发明是参照优选实施例进行描述的，但是，本领域技术人员将会认识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。
Claims (15)
1.一种可调叶片机构，在叶片内径覆环与风扇外径罩之间的圆周方向上安置有多个可旋转定子叶片，其特征在于：
一个叶片齿轮，被支承在每个可旋转定子叶片的内侧端部上；
和
多个惰齿轮，处在该两叶片齿轮之间，使该多个可旋转定子叶片同步旋转。
2.如权利要求1所述的可调叶片机构，其特征在于，该叶片内径覆环有一个容纳这些叶片齿轮和该多个惰齿轮的沟槽。
3.如权利要求1所述的可调叶片机构，其特征在于，该叶片内径覆环包括一叶片前覆环部件和叶片后覆环部件。
4.如权利要求3所述的可调叶片机构，其特征在于，该叶片后覆环部件和叶片前覆环部件有一个容纳该叶片齿轮和该多个惰齿轮的沟槽。
5.一种可调叶片机构包括：
一个包含一个齿轮沟槽的叶片内径覆环；
多个定子叶片，每个都有一个内径端部，一叶片齿轮安置在该齿轮沟槽中；
和
多个被安置在该齿轮沟槽中惰齿轮，与叶片齿轮接合，使得当一个定子叶片旋转一个数值时，该多个定子叶片通过该叶片齿轮和惰齿轮转过同样的数值。
6.如权利要求5所述的可调叶片机构，其特征在于，该叶片内径覆环包括一叶片前覆环部件和一叶片后覆环部件。
7.如权利要求5所述的可调叶片机构，其特征在于，该叶片后覆环部件和该叶片前覆环部件包括该齿轮沟槽。
8.如权利要求5所述的可调叶片机构，其特征在于，该叶片后覆环部件和该叶片前覆环部件包括一些容纳该多个定子叶片的内径端部的槽。
9.一种用于燃气轮发动机的定子叶片部件，该定子叶片部件包括：
一个风扇外径罩；
一个叶片内径覆环，包含一个齿轮沟槽；
一个驱动叶片，包括：
一个第一内径端部，在该叶片内径覆环中旋转；
一个第一外径端部，在该风扇外径罩中旋转；和
一个驱动齿轮，在该齿轮沟槽中旋转；
一个驱动器，使驱动叶片的外径端部旋转；
多个从动叶片，每个包括：
一个第二内径端部，在该叶片内径覆环中旋转；
一个第二外径端部，用来在该风扇外径罩中旋转；和
一个从动齿轮，被安置在该内径端部上；和
多个惰齿轮，沿着该齿轮沟槽可旋转地安置，与该驱动齿轮和从动齿轮接合，使得，当该驱动叶片由该驱动器旋转一个数值时，这些从动叶片由这些从动齿轮和多个惰齿轮带动旋转同样的数值。
10.如权利要求9所述的定子叶片部件，其特征在于，该叶片内径覆环包括一叶片前覆环部件和一叶片后覆环部件。
11.如权利要求10所述的定子叶片部件，其特征在于，该叶片前覆环部件和该叶片后覆环部件包括该齿轮沟槽。
12.如权利要求10所述的可调叶片机构，其特征在于，该叶片后覆环部件和该叶片前覆环部件有容纳该第一内径端部和该第二内径端部的槽。
13.一种用于燃气轮发动机的可调叶片，有一个外径风扇罩和一个叶片内径覆环，该可调叶片包括：
一个叶片部分；
一个外径端部，在该风扇罩中旋转；
一个内径端部，在该叶片内径覆环中旋转；和
一个齿轮，被安置在该内径端部的顶端。
14.如权利要求13所述的可调叶片，其特征在于，该外径端部有一个枢轴，在该风扇外径罩中旋转。
15.如权利要求13所述的可调叶片，其特征在于，内径端部有一个枢轴，在该叶片内径覆环中旋转。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |