尤其是飞机涡轮螺旋桨或涡轮风扇的涡轮发动机压缩机的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种涡轮发动机压缩机，特别是飞机涡轮螺旋桨或涡轮风扇的涡轮发动机压缩机，所述压缩机包括具有环形的壳体的定子和排列成环形的至少一排变节距叶片，其中，每个叶片包括径向外部端部，所述径向外部端部具有安装在所述壳体的孔中且由连接构件连接至控制环(38)的枢轴，所述控制环能够相对于所述壳体轴向枢转，其中，所述连接构件包括第一端部和第二端部，所述第一端部固定于所述叶片的枢轴，所述第二端部具有插入在所述控制环(38)中的孔(52,58)中的销，其特征在于，所述用于插入所述连接构件的销的控制环(38)的孔(52,58)中的至少一个孔(58)是长条形并且沿圆周方向延伸，以允许在所述控制环(38)的旋转过程中所述销在所述长孔(58)中运动。
【专利说明】
尤其是飞机涡轮螺旋桨或涡轮风扇的涡轮发动机压缩机
技术领域
[0001]本发明涉及一种涡轮发动机的压缩机，特别是飞机涡轮螺旋桨或涡轮风扇的高压压缩机。
【背景技术】
[0002]以本身已知的方式，涡轮发动机压缩机包括多个压缩级，每个压缩机具有安装在转子轴上的可动叶片，以及在大体圆柱形外壳上安装在其径向外部端部上的排列成大致环形的一排部可变节距(variable-pitch)定子叶片。
[0003]在涡轮发动机中调整定子叶片的角度设置是为了优化所述涡轮发动机的输出和在飞行的不同压缩级降低其燃油消耗。
[0004]可变节距定子叶片的每一个在其径向外部端部包括径向枢轴，所述枢轴引导在外部壳体的孔中定中旋转。各叶片枢轴由曲柄臂连接控制环，控制环围绕压缩机的外部壳体，可通过致动装置绕压缩机的纵向轴线旋转运动，以将绕其枢轴的旋转运动传递到叶片。
[0005]每个曲柄臂被固定至叶片枢轴，并且包括插入在所述控制环的圆柱孔中的圆柱形销。
[0006]在控制环绕其轴线旋转期间，轴线使曲柄臂和叶片绕叶片的枢轴的轴线枢转。曲柄臂的旋转的总角度范围是常规的50到90°的数量级。该控制环也可轴向移动，以便伴随所述销的路径。在这种情况下，所有的叶片对控制环的一个给定的角度位置位于相同的角位置。
[0007]现在，根据涡轮发动机的速度，要能够适应叶片的节距，尤其是根据其的方位角位置(即定子叶片在相应压缩级的周向位置)而变化。因此，作为定子叶片在给定压缩级的方位角位置的函数，允许涡轮发动机输出最大化的螺旋角可能不同。
[0008]事实上，通过高压压缩机流中的气体流动在其整个圆周是不均匀的，其中，所述流可包含造成的性能损失的凹陷。此外，当涡轮发动机高速工作时，大的作用力和扭矩被施加到叶片，叶片趋向于略微扭曲控制环。
[0009]内容
[0010]本发明的目的是特别为上述问题提供一种简单、有效和经济的解决方案，同时避免系统的过度集中，这需要具有基本相同长度的曲柄臂。
[0011]为此目的，提出了一种涡轮发动机压缩机，特别是飞机涡轮螺旋桨或涡轮风扇的涡轮发动机压缩机，所述包括具有环形的壳体的定子和排列成环形的至少一排变节距叶片，其中，每个叶片包括径向外部端部，所述径向外部端部具有安装在所述壳体的孔中且由连接构件连接至控制环的枢轴，所述控制环能够相对于所述壳体轴向枢转，其中，所述连接构件包括第一端部和第二端部，所述第一端部固定于所述叶片的枢轴，所述第二端部具有插入在所述控制环中的孔中的销，其特征在于，用于插入所述连接构件的销的控制环的至少一个空具有长的形状切尔沿圆周方向延伸以允许在所述控制环的旋转过程中所述销在所述长孔中运动。
[0012]因此，根据该孔的形状，它能够调整单独叶片或一组叶片的各叶片的螺旋角的，同时保持连接部件(例如曲柄臂)具有相同的长度。这种调整允许适应高发动机速度的任何变形的气体流量和对变形的校正。
[0013]沿圆周方向延伸的长孔不必要仅沿圆周方向延伸(S卩，沿着垂直于控制环的轴线的径向平面延伸)。实际上，长孔可以同时在轴向上和沿圆周方向延伸。
[0014]根据本发明的一个特征，所述销是圆柱形的。
[0015]此外，用于插入所述连接构件的销的控制环中的孔中的至少一个成形为抑制所述销在所述孔中的运动。
[0016]在这种情形下，除了一个在圆周方向延伸的长孔(在其中插入另一连接部件的另一圆柱形销)之外，所述控制环可以包括至少一个圆柱孔，一个连接构件的圆柱形销被插入在所述圆柱孔中，其中，所述销和所述圆柱孔的直径基本相同。
[0017]根据本发明的第一实施例，所述控制环中的长孔包括位于所述控制环的第一侧边缘一侧的第一端部和位于所述控制环的第二侧边缘一侧的第二端部，其中，所述第一端部和所述第二端部由具有拐点的弯曲的接合区域连接。
[0018]根据本发明的第二实施例，所述控制环中的所述长孔仅在圆周方向延伸。
[0019]根据本发明的第三实施例，所述控制环中的所述长孔相对于所述轴向方向且相对于圆周方向倾斜延伸。
[0020]根据本发明的第四实施例，所述控制环中的长孔形成圆弧形状。
[0021]根据本发明的第五实施例，所述控制环中的长孔包括第一端部和第二端部，所述第一端部仅沿圆周方向延伸并位于控制环的第一侧边缘一侧，所述第二端部仅沿圆周方向延伸并位于所述控制环的另一侧边缘一侧，所述端部是通过相对于圆周方向且相对于所述轴向方向倾斜延伸的接合区域连接。
[0022]本发明还涉及一种涡轮发动机，例如飞机涡轮螺旋桨或涡轮风扇，其包括上述所述的至少一个压缩机。
【附图说明】
[0023]阅读通过非限制性示例的方式参考所附附图给出的下面的描述，本发明将被更好地理解，其他细节，特征和优点将变得清晰，其中:
[0024]-图1是根据现有技术的配备有可变节距的叶片控制系统的涡轮风扇的高压压缩机的部分横截面轴向示意性半视图，
[0025]-图2是图1的压缩机的一个级的螺旋角系统的放大截面轴向示意图，
[0026]-图3是控制环的一部分的透视图，
[0027]-图4是从上面观察的图3中所示的控制环的区域的示意图，
[0028]-图5和6是分别对应于图3和4的不出了本发明的第一实施例的图，
[0029]-图7是对应于图4的示出本发明的第二实施例的图，
[0030]-图8是对应于图4的示出本发明的第三个实施例的图，
[0031]-图9是对应于图4的示出本发明的第四实施例的图，
[0032]-图10是针对图7、8和9中的各实施例示出作为控制环的角度位置的函数的定子叶片的螺旋角的变化的图。
[0033]-图11是对应于图4的示出本发明的第五实施例的图，
[0034]-图12是对应于图4的示出本发明的第六实施例的图，
[0035]-图13是对应于图4的示出本发明的第七实施例的图。
【具体实施方式】
[0036]首先参考图1，图1表示现有技术的高压压缩机10的上游部分的概略半视图，示出沿穿过涡轮发动机的旋转轴线12的平面的截面。高压压缩机10包括由彼此轴向组装的盘
14、16、18、20形成的转子，其中，该转子通过耳轴24抵靠轴承22。
[0037]各个盘布置在排列成环形的一排可变节距定子叶片26的下游。每个定子叶片在其径向内部端部和外部端部包括同轴的圆柱形枢轴28、30。内部圆柱形枢轴28从定子叶片26向内延伸，并被引导在定子的环形元件的圆柱形凹槽中定中和旋转，外部圆柱形枢轴30径向向外延伸，并且被引导在高压压缩机10的基本圆柱形外壳体34的圆柱形轴32中定中旋转。
[0038]通过曲柄臂36调整一个级的定子叶片26的螺旋角，曲柄臂36通过相对于壳体34绕轴线12枢转地安装的控制环38旋转。控制环的总位移例如在5和20°之间。液压致动器40允许几个控制环38同时旋转运动。控制环38例如由通过鞍座(未示出)彼此组装在一起的两个部件39形成，所述鞍座固定到所述部件39的端部。
[0039]曲柄臂36在一端被固定至可变节距叶片26的径向枢轴30，其中，所述枢轴30被可旋转地引导在安装在壳体34的轴32中的衬套42中(图2)。固定至叶片枢轴30的曲柄臂的端部通过拧到枢轴30的端部的螺母46径向保持在衬套42的边缘44上。曲柄臂36的另一端包括孔，径向圆柱形销48被可旋转地引导在所述孔中，所述圆柱形销48被安装在控制环38的圆筒形孔52中。销48由固定至控制环38的弯曲片50保持在位。控制环38还可以轴向平移，以伴随销48的圆形路径。
[0040]如可在图3中更清楚地看出，控制环38的部件39包括其它孔54、56，所述其它孔54、56分别用于固定连接构件，所述连接构件允许连结构件38的两个部件39的端部相互连接，或用于固定定中垫，所述定中垫施加到设置在壳体的外表面上的轨道。
[0041 ]在控制环38绕其轴线12旋转期间，轴线12使曲柄臂36和叶片26绕叶片26的枢轴28、30枢转。在这种情况下，所有的叶片26对控制环38的给定的角度位置都位于相同的角位置，其中，所述曲柄臂36都具有相同的长度。
[0042]现在，如上所述，取决于涡轮发动机的速度，要能够使得叶片26的节距尤其是根据其的方位角位置(即定子叶片26在相应压缩级的周向位置)而变化。
[0043]本发明通过提出以下控制环38而满足上述要求:所述控制环38允许根据所讨论的叶片26或所讨论的叶片26的组的方位角位置的位置，是针对单独叶片或是针对一组叶片26调整叶片26的螺旋角。
[0044]图5和6示出了本发明的第一实施例，其中插有圆柱形销48的一组孔是椭圆形(孔58)的，另一组孔是圆柱形的(孔52)，其直径大体与对应的销48的直径相同。
[0045]特别是，长孔58的每一个都包括位于第一侧边或在控制环38的上游边缘62的第一端部60和位于第二侧边或控制环38的下游边缘66的第二端部64，其中两端60、64通过具有拐点的弯曲的接合区域68相连。
[0046]因此，在操作期间，取决于控制环38的角位置，针对与圆柱孔52相关联的叶片26或针对与长孔58相关联的叶片26，叶片26的螺旋角不以同样的方式变化。根据孔58的形状，可以根据控制环38的角位置(也称为以下简称节距规则)针对每个叶片26调整螺旋角的变化。
[0047]在这种情况下，所有的长孔58具有基本上相同的形状，其他的孔52是圆柱形的。因此，这种类型的控制环38具有两组叶片26，位于涡轮发动机的不同方位角区域，从一个组到另一组遵守不同的节距规则。
[0048]应当指出的是，孔52的中心与长孔58的端部之一沿圆周对准。
[0049]图7示出了本发明的第二实施例，其中，控制环38的各长孔58仅沿圆周方向延伸。
[0050]图8示出了本发明的第三实施例，其中，控制环38中的每个长孔58相对于轴向方向A和相对于圆周方向C倾斜延伸。更具体地说，每个长孔58从上游到下游(即在图8中从左至右)沿着由箭头SI表示的控制环的第一旋转方向直线延伸，所述第一旋转方向是叶片26的开口的方向。
[0051]图9示出了本发明的第四实施例，其中，控制环38中的每个长孔58形成圆弧或近似圆弧，更具体的，四分之一圆。每个长孔58的一端70被导向轴向上游，而另一端72被沿着与前述方向SI相反的方向S2周向定向，其中，所述方向S2是叶片26闭合的方向。
[0052]图10示出了用于分别与圆柱孔52(曲线Cl)相关联、与图7(曲线C2)的长孔58相关联、与在图8(曲线C3)的长孔58相关联和与图9中的长孔58(曲线C4)相关联的叶片26的叶片节距规则。节距规则是反映作为控制环38(α控制环)的角位置的函数的叶片26(α叶片)的角位置的变化的曲线。
[0053]应当注意到，这些节距规则彼此不同，特别是在与相关联的叶片26的开口相对应的控制环38的情况下。角度“α叶片”(avane)对应于曲柄臂36相对于所述涡轮发动机的轴线12的角度，绘制一条直线穿过叶片26的枢轴30的中心和插在环38中的销48的中心。打开位置定义为对应于相对于涡轮发动机的轴线12为负角度的角α叶片，正方向是三角几何的方向，闭合位置对应于相对于涡轮发动机的轴线12为正角度的角度α叶片。角度α叶片=0对应于曲柄臂36与涡轮发动机的轴线12对准的位置。
[0054]如果试图改变对应于叶片26的闭合的角度的节距规则，则可以使用长孔58，其一般形状是关于上述的涡轮发动机的轴对称的形式。然而，在这种情况下，孔52的中心应与长孔58的另一端对齐。
[0055]根据孔52、58的选定形状(圆柱形、斜直线，圆弧状等)，能使得相关联的叶片26的节距规则适应需要。
[0056]图11示出了本发明的第五实施例，其中，控制环38的各长孔58是关于经过控制环38的轴向中间区域的径向平面与该图6中的长孔58的形状对称的形状。
[0057]图12示出本发明的第六实施例，其中，控制环38的每个长孔58中的包括仅沿圆周方向延伸且位于所述控制环的上游边缘62的一侧的第一端部74和仅沿圆周方向延伸且位于控制环38的下游边缘66的一侧的第二端部76，其中，所述端部74、76是由相对于圆周方向C和相对于轴向方向A倾斜延伸的接合区域78连接
[0058]图13示出了本发明的第七实施例，其中，控制环38的各长孔58相对于经过控制环38的轴向中间区域的径向平面与图8中的长孔58对称。
[0059]自然，控制环38可以包括上述至少两种类型的长孔58的。也可使用长孔58的其它形式，条件是这些长孔58具体在圆周方向C延伸。
【主权项】
1.一种涡轮发动机压缩机(10)，特别是飞机涡轮螺旋桨或涡轮风扇的涡轮发动机压缩机，所述压缩机包括具有环形的壳体(34)的定子和排列成环形的至少一排变节距叶片(26)，其中，每个叶片(26)包括径向外部端部，所述径向外部端部具有安装在所述壳体(34)的孔中且由连接构件(36)连接至控制环(38)的枢轴(30)，所述控制环能够相对于所述壳体(34)轴向枢转，其中，所述连接构件(36)包括第一端部和第二端部，所述第一端部固定于所述叶片(26)的枢轴(30)，所述第二端部(38)具有插入在所述控制环中的孔(52，58)中的销(48)，其特征在于，所述控制环(38)包括至少一个圆柱孔(52)和至少一个长孔(58)，一个连接构件(36)的圆柱形销(48)被插入在所述圆柱孔中，其中，所述圆柱形销的直径(48)和所述孔(52)的直径基本相同，所述长孔沿圆周方向延伸，另一连接构件(36)的另一圆柱形销(48)插入在所述长孔中，以允许在所述控制环(38)的旋转过程中所述销(48)在所述长孔(58)中运动。2.如权利要求1所述的压缩机(10)，其特征在于，所述销(48)是圆柱形的。3.如权利要求1或2所述的压缩机(10)，其特征在于，用于插入所述连接构件(36)的销(48)的控制环(38)中的孔(52，58)中的至少一个(52)成形为抑制所述销(48)在所述孔(52)中的运动。4.如权利要求1至3中的任一所述的压缩机(10)，其特征在于，所述控制环(38)中的长孔(58)包括位于所述控制环(38)的第一侧边缘(62) —侧的第一端部(60)和位于所述控制环(38)的第二侧边缘(66)—侧的第二端部(64)，其中，所述第一端部和所述第二端部(60，64)由具有拐点的弯曲的接合区域(68)连接。5.如权利要求1至4中的任一所述的压缩机(10)，其特征在于，所述控制环(38)中的所述长孔(58)仅沿圆周方向(C)延伸。6.如权利要求1至5中的任一所述的压缩机(10)，其特征在于，所述控制环(38)中的所述长孔(58)相对于轴向方向(A)且相对于圆周方向(C)倾斜延伸。7.如权利要求1至6中的任一所述的压缩机(10)，其特征在于，所述控制环(38)中的长孔(58)形成圆弧形状。8.如权利要求1至6中的任一所述的压缩机(10)，其特征在于，所述控制环(38)中的长孔(58)包括第一端部(74)和第二端部(76)，所述第一端部仅沿圆周方向延伸并位于所述控制环(38)的第一侧边缘(62)—侧，所述第二端部仅沿圆周方向延伸并位于所述控制环(38)的另一侧边缘(66)—侧，其中，所述第一端部和第二端部(74，76)由相对于圆周方向(C)且相对于轴向方向(A)倾斜延伸的接合区域(78)连接。9.一种涡轮发动机，例如飞机涡轮螺旋桨或涡轮风扇，其包括如权利要求1-8所述的至少一个压缩机(10)。
【文档编号】F04D29/56GK105874171SQ201480069646
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年12月4日
【发明人】皮埃尔-阿兰·弗朗西斯·克劳德·赛布热切特, 塞巴斯蒂安·科考恩, 阿诺德·朗格卢瓦
【申请人】斯奈克玛