專利名稱：用于在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中定子葉片角度設(shè)定的控制桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制桿，其用于在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)中的定子葉片角度設(shè)定，該發(fā)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)包括多個(gè)具有可變設(shè)定角度的定子葉片，該葉片裝配有這些控制桿。
背景技術(shù)：
在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)例如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，定子葉片角度設(shè)置調(diào)節(jié)的目的是在不同的飛行結(jié)構(gòu)中優(yōu)化該渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的效率并降低其燃料消耗。
這種調(diào)節(jié)通過桿來實(shí)現(xiàn)，該桿包括第一端、第二端以及扁平的中間部分，其中第一端以固定方式裝配到葉片的樞軸上以驅(qū)動(dòng)它圍繞其縱向軸旋轉(zhuǎn)，第二端包括用于裝配到控制環(huán)的圓柱銷，該控制環(huán)圍繞在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的定子外部，并通過例如傳動(dòng)裝置(jack)或電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置圍繞定子的縱向軸可旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，該扁平中間部分連接桿的第一端和第二端。
該控制桿被控制環(huán)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并被固定到葉片的樞軸上，該控制桿受到彎曲的和扭轉(zhuǎn)力作用，該力主要施加到其中間部分和第二端上。
在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，特別是由于位于定子葉片前方的轉(zhuǎn)子葉片的通道，這些控制桿承受振動(dòng)，振動(dòng)的頻率隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化而變化。
已發(fā)現(xiàn)，這些頻率可能與所述桿的振動(dòng)模恰好一致，并且桿所承受的合成應(yīng)力可能導(dǎo)致在這些桿上出現(xiàn)裂縫或破裂，特別是在連接它們的中間部分與它們的連接到控制環(huán)的第二端的區(qū)域，同時(shí)桿具有斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。
一種能夠避免這些嚴(yán)重缺陷的解決方案主要在于將每根桿加大以避免出現(xiàn)任何的裂縫和破裂，由此避免桿任何斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。然而，這種解決方案將相應(yīng)地導(dǎo)致桿的剛度(stiffness)以及驅(qū)動(dòng)桿所需能量的增加，因?yàn)闂U的任何移動(dòng)將導(dǎo)致桿彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。由于驅(qū)動(dòng)桿所消耗的能量取自提供給渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的能量，因此這種方案將是非常不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免在上述類型的桿中出現(xiàn)裂縫或破裂，同時(shí)該桿的剛度沒有顯著變化。
為了這個(gè)目的，提出一種用于控制定子葉片的角度設(shè)置的桿，特別是在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)中，這種桿包括第一端、第二端以及扁平中間部分，其中第一端以固定方式裝配到葉片樞軸上，第二端包括一個(gè)用于裝配到驅(qū)動(dòng)裝置上的圓柱銷，扁平中間部分連接第一端和第二端，所述第一端的厚度和寬度大于桿的中間部分和第二端的厚度和寬度，其中中間部分和第二端的形狀和尺寸被這樣確定，從而提高桿的彎曲和扭轉(zhuǎn)固有頻率，使其高于桿的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上游的振動(dòng)頻率并保持桿的剛度。
提高桿的彎曲和扭轉(zhuǎn)固有頻率和使其高于桿的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上游的振動(dòng)頻率，這防止了在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中桿進(jìn)入諧振狀態(tài)，并且通過保持其剛度，其驅(qū)動(dòng)所需的能量并沒有增加并且渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的性能沒有降低。
通過這種方式，避免了任何在控制桿上由于振動(dòng)疲勞出現(xiàn)裂縫或破裂的風(fēng)險(xiǎn)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，控制桿的第二端的厚度大于中間部分的厚度，并且中間部分的局部寬度小于桿的第二端的寬度。
增加控制桿的第二端的厚度使其可以在圓柱銷壓扁期間更好的承受應(yīng)力，并限制裂縫或破裂的出現(xiàn)和擴(kuò)散。它導(dǎo)致桿整體剛度的提高，這部分剛度的提高通過局部減小中間部分的寬度而抵消，于是控制桿保持與從前相同的剛度并需要相同的驅(qū)動(dòng)能量。
在該實(shí)施例中，桿的中間部分具有恒定的厚度，并通過厚度逐漸增加的區(qū)域被連接到桿的端部。
連接到桿的端部的區(qū)域的厚度逐漸增加，可以減小局部應(yīng)力集中。
桿的中間部分具有凹入形狀的向內(nèi)彎曲的縱向邊緣，其允許具有不同寬度的各部分之間逐步的過渡，同時(shí)避免了應(yīng)力集中，應(yīng)力集中將出現(xiàn)在桿上寬度突然或不連續(xù)變化的部分。
為提高桿的彎曲和扭轉(zhuǎn)的固有頻率使其高于渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上游的振動(dòng)頻率，控制桿的形狀和尺寸由此被動(dòng)態(tài)優(yōu)化，并通過降低局部應(yīng)力集中被靜態(tài)地優(yōu)化。
然而有利地，根據(jù)本發(fā)明的控制桿至少部分地經(jīng)受噴丸硬化處理，這種處理可以硬化桿的表面并因此能夠在其操作和裝配到葉片樞軸與控制環(huán)上的過程中保護(hù)其免遭可能的沖擊或震動(dòng)，這些沖擊和震動(dòng)可導(dǎo)致裂縫或微裂紋。
本發(fā)明還提出一種渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)，例如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)，其包括多個(gè)可變設(shè)置的葉片，該葉片裝配有上述類型的控制桿。


通過閱讀下面的通過參考附圖作為非限制實(shí)例給出的描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征是顯而易見的，附圖中圖1是桿的部分截面簡圖，該桿用于在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)級中控制定子葉片的角度設(shè)定；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的控制桿的透視簡圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的控制桿的透視簡圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓縮機(jī)10的一部分，其中壓縮機(jī)的每一級包括一排裝配在定子上的導(dǎo)向葉片12以及一排通過轉(zhuǎn)子裝載的葉片14。
定子的葉片12是下游導(dǎo)向葉片，其方向或角度設(shè)置可以使用由控制環(huán)18驅(qū)動(dòng)的控制桿16進(jìn)行調(diào)整，該控制環(huán)18被傳動(dòng)裝置或電動(dòng)機(jī)類型的驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)驅(qū)動(dòng)。
每個(gè)控制桿16包括第一端20、第二端28以及扁平中間部分30，其中第一端20固定到葉片12的徑向樞軸22上，該徑向樞軸在軸承24內(nèi)被旋轉(zhuǎn)定向，該軸承安裝在外部殼體26的徑向通道內(nèi)；扁平中間部分30連接端部20與28。
控制桿16的第二端28裝載有圓柱銷32，該圓柱銷在該端28上被壓扁(crimp)，并在控制環(huán)18的圓柱形銷座34內(nèi)被旋轉(zhuǎn)定向。
控制環(huán)18圍繞殼體26的軸線的角位移導(dǎo)致桿16圍繞樞軸22的軸線36轉(zhuǎn)動(dòng)，并導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)葉片12圍繞這些軸36轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致桿16彎曲與扭轉(zhuǎn)變形。
如圖2中更清楚地所示，桿16第一端20的厚度和寬度大于桿16的中間部分34和第二端28的厚度和寬度。例如，第一端20的厚度約為10毫米，寬度約為22毫米。
桿16的第二端28裝載用于裝配到控制環(huán)18上的圓柱銷32，該第二端具有環(huán)繞圓柱銷32的被壓扁的頂端延伸超過180度的圓形邊緣。例如，該第二端的厚度大約為1.1毫米，寬度大約為10毫米。
連接第一端20和第二端28的中間部分34具有與第二端28相同的厚度，并具有三角形狀，其通過厚度逐漸增加的連接區(qū)域38被連接到第一端20上。例如，中間部分34的厚度約為1.1毫米，其寬度在大約10毫米至22毫米之間變化。
在高壓壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，桿16的彎曲和扭轉(zhuǎn)的固有頻率可能與壓縮機(jī)上游部分振動(dòng)頻率恰巧一致，由此在桿16上引起劇烈的振動(dòng)，導(dǎo)致形成裂縫或破裂，特別是在連接到桿16的第二端28的圓柱銷32的壓扁區(qū)域。該振動(dòng)頻率取決于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，對于一個(gè)所述的高壓壓縮機(jī)的實(shí)例，該頻率大約為6500赫茲。
根據(jù)本發(fā)明，中間部分34和第二端28的形狀和尺寸進(jìn)行了修改，于是桿16的彎曲和扭轉(zhuǎn)的固有頻率高于該壓縮機(jī)上游部分的振動(dòng)頻率，同時(shí)避免了桿的剛度的顯著增加。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的控制桿40一個(gè)實(shí)施例的透視簡圖。
為了更好的承受由于壓扁圓柱銷32產(chǎn)生的應(yīng)力并且延緩裂縫或破裂擴(kuò)散，桿40的第二端42的厚度大于現(xiàn)有技術(shù)中桿16的第二端28的厚度。該厚度例如大約為1.8毫米。
該第二端42的形狀同樣進(jìn)行了修改，提高了延伸超過180度的圓形邊緣的角度范圍。該圓形邊緣可以具有一個(gè)或多個(gè)曲率半徑，該曲率半徑例如在6至15毫米之間變化。
桿40的中間部分44具有恒定的厚度，該厚度大于現(xiàn)有技術(shù)中桿16中間部分34的厚度，但小于桿40第二端42的厚度。例如，桿40的中間部分44厚度大約為1.4毫米。
由于增加了中間部分44和第二端42的厚度所導(dǎo)致的桿40剛度的增加通過減小桿40的中間部分44的至少一部分46的寬度而抵消，這使得可以保持與現(xiàn)有技術(shù)相同的整體剛度，該部分46被連接到桿的第二端42。
在圖3所示的典型實(shí)施例中，該部分46的寬度大約為8毫米，小于第二端42的寬度，并被大致平行的縱向邊緣限定。
桿40的中間部分44通過連接區(qū)域50被連接到第一端48，該連接區(qū)域具有較短的長度與逐漸增加的厚度，該厚度本質(zhì)上與現(xiàn)有技術(shù)中桿16的連接區(qū)域38的厚度相同，并且該連接區(qū)域的厚度在桿40的中間部分44的厚度與其第一端48的厚度之間變化。
另一個(gè)厚度逐漸增加的區(qū)域52將中間部分44的部分46連接到桿40的第二端42。
中間部分44與連接區(qū)域50、52的邊緣54、56被向內(nèi)彎曲并凹陷，并被連接到所述部分46的直邊。邊緣54可具有一個(gè)或多個(gè)曲率半徑，該曲率半徑例如通常在6至15毫米之間，并且邊緣56也可具有一個(gè)或多個(gè)曲率半徑，例如通常在15至30毫米之間。邊緣54和56的曲率半徑因此從桿40的第二端42朝著第一端48增大。
根據(jù)本發(fā)明的控制桿40優(yōu)選至少部分地被噴丸硬化處理，例如在中間部分44上方和/或桿40的第二端42上方。這種處理可以硬化桿表面并由此提高其抗沖擊或震動(dòng)的保護(hù)能力，沖擊或震動(dòng)可能發(fā)生特別是在控制桿40的裝配過程中，并可能導(dǎo)致裂縫或破裂的開始。
有利的是，根據(jù)本發(fā)明的控制桿40由鈦制成。
權(quán)利要求
1.一種用于控制定子葉片的角度設(shè)定的桿，特別是在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)中，該桿包括第一端、第二端以及扁平的中間部分，其中第一端以固定方式裝配到葉片樞軸上，第二端包括一個(gè)用于裝配到驅(qū)動(dòng)裝置上的圓柱銷，扁平的中間部分連接所述第一端和第二端，所述第一端的厚度和寬度大于桿的中間部分和第二端的厚度和寬度，其中中間部分和第二端的形狀和尺寸被這樣確定，以便增大桿的彎曲和扭轉(zhuǎn)固有頻率，使其高于桿的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上游的振動(dòng)頻率，并保持桿的剛度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制桿，其特征在于，第二端的厚度大于中間部分的厚度，并且中間部分局部的寬度小于桿的第二端的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制桿，其特征在于，中間部分的寬度較小的部分是將中間部分連接到第二端的部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制桿，其特征在于，中間部分具有恒定的厚度，并通過厚度逐漸增加的區(qū)域連接到桿的端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制桿，其特征在于，所述中間部分具有凹入形狀的向內(nèi)彎曲的縱向邊緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制桿，其特征在于，中間部分的邊緣曲率半徑從桿的第二端朝向第一端增加。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制桿，其特征在于，其至少部分地被噴丸硬化處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制桿，其特征在于，其由鈦制成。
9.一種渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)，包括多個(gè)可變設(shè)定角度的葉片，其中每個(gè)可變設(shè)定角度的葉片裝配有一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制桿。
全文摘要
用于定子葉片角度設(shè)定的控制桿，包括第一端、第二端和扁平的中間部分，其中第一端以固定的方式裝配到葉片樞軸上，第二端包括一個(gè)用于裝配到控制環(huán)上的圓柱銷，扁平中間部分連接第一端和第二端，扁平中間部分具有被這樣確定的形狀和尺寸，以便增大桿的彎曲和扭轉(zhuǎn)固有頻率使其高于桿的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)上游的振動(dòng)頻率并保持桿的剛度。
文檔編號F04D29/40GK1789673SQ20051010974
公開日2006年6月21日 申請日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·布古安, 克里斯托夫·福洛尼爾, 克勞德·勒雅爾, 克里斯托夫·圖爾內(nèi), 布魯斯·蓬圖瓦佐, 尼古拉·特里孔內(nèi) 申請人:斯奈克瑪公司