專利名稱：可圍繞其樞軸轉動渦輪機變距靜葉的控制桿的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及渦輪機，諸如航空工程領域使用的渦輪機。本發(fā)明涉及渦輪機的變 距靜葉，特別是燃氣渦輪發(fā)動機壓氣機的變距靜子葉片，而且特別涉及可圍繞其樞 軸轉動這種靜葉的控制桿。
背景技術：
燃氣渦輪發(fā)動機包括空氣壓氣機段，向燃燒室輸送空氣，后者產生熱燃氣，驅 動下游的渦輪級轉動。發(fā)動機壓氣機包括多個活動葉盤或稱整體葉盤，由多個連續(xù) 級的靜子整體葉盤隔開，而靜子整體葉盤用 燃氣流進行整直。第一氣流整流器 級的葉片一般都是變距葉片，也就是說，葉片圍繞其(起樞軸作用)徑向軸的角度 位置可以按照任務點進行調整，以便改善壓氣機效率。變距葉片通過一種稱之為變
距機構的執(zhí)行機構或vsv來確定方向，vsv表示可調靜葉。這種變距機構的設計類
型多種多樣，但總的來講，它們都包括一個或多個固定到發(fā)動機殼體上的執(zhí)行機構， 同步桿或控制軸，圍繞發(fā)動機并相對于發(fā)動機軸線橫向定位的環(huán)形件，以及實際上 軸向控制桿，同時又稱之為螺距控制桿，后者將所述環(huán)與每個變距葉片相連接。執(zhí) 行機構圍繞發(fā)動機軸線驅動環(huán)形件轉動，這些執(zhí)行機構可操縱所有控制桿圍繞葉片 樞軸同步轉動。
這些機構既承受作用到葉片上的氣動力載荷(該載荷很高)，同時也承受各個連 接部位摩擦所產生的載荷。特別是，控制桿會承受扭轉和彎曲時的靜止載荷以及動 態(tài)應力。所有這些載荷都可能會達到易于造成損壞的程度，特別是，這些載荷的綜 合作用會導致裂縫的形成或其它損壞。鑒于這些載荷之緣故而要求提高機械強度和 耐力，這些載荷所造成的一 以及這些部〗牛所承受的一任何振動幅度都需要保持很小。
這些部件在設計和制造時都考慮了避免在其工作范圍內出5見任何臨界狀態(tài)。 然而，實際上，在部件設計周期結束時進行的發(fā)動機試驗期間，還是存在一些重疊 現象，試驗表明，在某些情況下，可能會造成控制桿出現裂縫。然而，這些部件就 不得不重新設計和改動，這是一個非常冗長而成本昂貴的過程。因此，必須在部件 的工程設計周期中盡可能早地預測振動響應能級，以便在設計過程中盡早采取必要 的修正措施。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是，提供結構減振，目的是減少運行期間這些部件所經受的 變形程度，特別是，通過動態(tài)減振來衰減在同步或異步應力下為轉動變距葉片而使 用的控制桿的動態(tài)響應，不論其是因氣動力還是其它因素所致。
為此，本發(fā)明涉及到一種圍繞其樞軸轉動渦輪機變距靜葉的控制桿，其包括三 個區(qū)域..固定到控制桿驅動構件上的第一區(qū)域，固定到所述變距靜葉上的第二區(qū)域， 和位于第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的細長形第三區(qū)域。根據本發(fā)明的控制桿的特征在 于，減振層壓板應用到控制桿的至少一個所述區(qū)域的至少一個表面部分上，層壓板 包括至少一層與所述表面部分相接觸的粘彈性材料和一個背層的剛性材料。
驅動構件一般是一個圍繞渦輪機殼體的環(huán)形件，而且其本身通過一個執(zhí)行機構 圍繞該渦輪機的軸線旋轉?？刂茥U一般安裝在葉片的端部，從而通過其平臺轉動葉 片。
層壓板或者粘結到所述表面部分上，或者通過機械裝置緊緊壓到所述表面上。 為了確保這些部件在振動疲勞方面的堅固性，為此，本發(fā)明提出的解決方案是
在結構...h增加能夠耗散振動能量的特別裝置。
本發(fā)明的新穎之處在于，其使用了采用禾占彈性夾心禾才料制成的瓦片狀層壓板， 夾心材料帶有一個應力層，這些層壓板粘結或固定到結構上，其功能就是耗散部件 的振動能量。
在動態(tài)應力下變形的結構和在慣性作用下移動的應力層之間，粘彈性材料的剪 切變形可耗散掉所述這部分能量。這些瓦片狀層壓板，通過固定或粘結到控制桿的 表面，可直接阻尼結構的振動狀態(tài)，且同時又不會影響渦輪機的總體性能。
本發(fā)明提出的解決方案的優(yōu)點是，可以增加所述金屬部件的結構減振性能，但 又無需對其重親腿行工程設計，因此，降低了與產品相關的研制優(yōu)化費用，縮短了 相關時間。
另外，可以擴大那些為滿腿循環(huán)載荷要求而需要受限制的傳統設計領i或，從
而間接地減少了重量。
不論動態(tài)載荷類型如何與發(fā)動機諧波或異步激勵重疊，本發(fā)明都可應用。 根據本發(fā)明的一個實施例，應用層壓板的控制桿所述區(qū)域是第三區(qū)域。根據技
術考慮，應用減振層壓板的所述表面部分完全覆蓋了所述第三區(qū)域。
根據本發(fā)明的另一個實施例，控制桿的所述區(qū)域是第二和第三區(qū)域。 根據本發(fā)明的另一個實施例，控制桿包括一個徑向上平面和一個徑向下平面，
層壓板應用到所述徑向下平面或上平面的至少一個表面部分上。例如，至少其中一
個所述徑向下平面或上平面是一個平直面。
根據本發(fā)明的另一個實施例，控制桿的第二區(qū)域包括一個平面，其在徑向上不
同于第三區(qū)域的一個平面，減振層壓板至少部分地覆蓋了第二區(qū)域的所述平面的表
4面部分和第三區(qū)域的所述平面的表面部分。特別是，層壓板在所述第二區(qū)i錄面部 分和所述第三區(qū)域表面部分之間使用了一個中間部件。減振層壓板的所述中間部件 上可以鉆孔。
根據本發(fā)明的一個實施例，減振層壓板呈條帶形狀，其寬度要比第三區(qū)域窄。 控制桿可以包括至少兩個減振層壓板條帶。特別是，控制桿包括至少兩個彼此平行 布置的減振層壓板條帶。
根據本發(fā)明的一個實施例，層壓板用一堆粘彈性材料層和剛性材料層交替布置 而成，粘彈性材料的特性在層與層之間是不同的，或者作為另一種方式，粘彈性材 料的特性在層與層之間是相同的，而剛性材料的特性則在層與層之間是不同的，或 者作為另一種方式，剛性材料的特性在層與層之間是相同的。
另外，本發(fā)明還涉及一種渦輪機，其包括至少一個如上戶，的可圍繞其樞軸轉
動變距靜葉的控制桿。特別是，它是一種燃氣渦輪發(fā)動機壓氣+幾，其包括至少一個 如上所述可圍繞其樞軸轉動變距氣流整流器葉片的控制桿。


下面參照附圖詳細介紹本發(fā)明，附圖如下
圖1為能夠使用本發(fā)明所述控制桿的渦輪噴氣發(fā)動機軸向剖面示意圖； 圖2為圖1所示發(fā)動機局部透視圖，該部分對應于壓氣機氣流整流器級，并包
括變距靜葉；
圖3為圖2所示氣流整流器級的變距靜葉旋轉控制桿；
圖4為根據本發(fā)明應用到圖3所示控制桿上的減振層壓板的剖面示意圖5和圖6示出了圖3所示控制桿， 一張為透視圖，另一張為縱剖面圖，在所 示控制桿上應用了減振層壓板；
圖7和圖8為在圖3所示控制桿上應用減振層壓板的另一禾中方式， 一張為透視 '圖，另一張為縱剖面圖； 圖9和圖10為在圖3所示控制桿上應用減振層壓板的另一種方式， 一張為透視
圖，另一張為縱剖面圖ll，圖12和圖13示出了圖3所示的裝有減振層壓板的控制桿，所示層壓板
應用在控制桿的徑向下平面和徑向上平面上；
圖14和圖15為應用層壓板減振的另一種實施例。
具體實施例方式
圖1為雙轉子旁路式渦輪噴氣發(fā)動機形式的渦輪機的示意圖。位于前部的風扇2向發(fā)動機提供空氣。風扇壓縮的空氣分成兩路同心氣流。副氣流直接排放到大氣 中，不再進一步提供任何能量，但提供主要推力。主氣流經由多個壓縮級后被導向 到燃燒室5，在這里與燃油混合而燃燒。熱燃氣輸送到各個渦輪級6和8，后者推動 風扇和壓氣機的轉子盤轉動。燃氣然后被排放到大氣中。這種發(fā)動機包括幾個氣流 整流盤: 一個盤位于風扇的下游，對副氣流在被排放前進行整流，靜子葉盤3'和4'
位于壓氣機的轉子盤3和4之間，而氣流整流器6'和8'則位于高壓渦輪盤和低壓 渦輪盤之間。 .
圖2示出了帶有其驅動機構的變距靜子葉輪盤，該輪盤位于壓氣機4的初始級上。
該輪盤10包括相對于發(fā)動機1的軸線徑向布置的葉片11，圍繞殼體段12內的 徑向軸線旋轉。每個葉片作為一個整體圍繞其徑向軸線旋轉，控制桿20位于殼體段 的外部。控制桿能夠圍繞這些徑向軸線同步轉動，由圍繞發(fā)動機殼體的傳動環(huán)30 組成的組件帶動，每個控制桿由其一端固定到發(fā)動機殼體上，該端部在其所安裝的 徑向軸的端部的對面。相應的固定裝置一例如銷軸21—徑向穿過環(huán)形件30和控制 桿端部予以固定。 一個或多個執(zhí)行機構(圖中未示)推動環(huán)形件圍繞發(fā)動機軸線旋 轉運動。該運動傳輸給控制桿，后者同步圍繞徑向軸線轉動，使得靜葉圍繞這些相 同軸線轉動。
圖3示出了控制桿20。所述控制桿呈細長整體形狀，帶有兩個平面徑向下平 面20i以及徑向上平面20e。術語"上""下"說明了當控制桿裝在發(fā)動機上后從 發(fā)動機軸線角度看去，彼此相對的這些平面的位置。三個區(qū)域之間具有明顯的界限 第一區(qū)域20A穿有一個孔，在所示示例情況下，銷軸21穿過該孔。第二區(qū)域20B 帶有徑向孔口，控制桿通過該孔口安裝在變距葉片上并轉動該葉片。第二區(qū)域還包 括一個徑向下平面20Bi和一個徑向上平面20Be。第三區(qū)域20C，位于前兩個區(qū)域之 間，呈細長形狀，比第二區(qū)域20B更細長，帶有一個徑向下平面20Ci和一個徑向上 平面20Ce。該圖所示控制桿的形狀僅僅只是一個示例。本發(fā)明可應用于任何相似形 狀。
圖4示出了減振層壓板40的剖面圖。所示層壓板呈瓦片形式，由若干個上下堆 砌而成的材料層組成。根據一個實施例，層壓板包括至少一層粘彈性材料42，和至 少一層剛性材料44。層壓板通過粘彈性層壓抵到需要減振的結構的表面41上。
粘彈性是指固體或液體的一種性能，其在變形后，通過同時耗散和儲存機械能 量，而呈現粘性和彈性特征。
在所要求的熱態(tài)和基于頻率的工作范圍內，背層剛性材料44的各向同性或各向 異性彈性特性要大于粘彈性材料的各向同性或各向異性彈性特性。根據所示示例， 但并不僅限于所示示例，背層材料44是一種金屬或復合材料，而粘彈性材料層42 的材料是橡膠、硅、彈性聚合體、玻璃或環(huán)氧樹脂。該材料需要在預期的環(huán)境要求一即符合所確定的 鵬禾頓率范圍—下耗散能量方面非常有效。該材料是在其特性 剪切模量的基礎上選擇的，以變形和速率來表示。
根據其它實施例，層壓板包括幾層粘彈性材料42和幾個背層剛性材料44， 二 者相互交替布置。該圖所示示例說明，減振層壓板帶有三層粘彈性材料42和三個背 層剛性材料44，但本發(fā)明并不僅限于所示示例。根據用途，粘彈性材料層42和背 層剛性材料44可以是相同規(guī)格，也可以是不同規(guī)格。如果層壓，反由多層粘彈性材料 42組成時，這些粘彈性材料在層與層之間可以具有相同機械特性，或者作為另一種 方式，具有不同機械特性。如果層壓板由多個背層剛性材料44組成時，這些剛性材 料在層與層之間可以具有相同機械特性，或者作為另一種方式，具有不同機械特性。 粘彈性材料層42和剛性材料層44都,通過使用一道粘結膜粘結或通過聚合作用 固定到一起。
圖5和圖6示出了本發(fā)明的第一實施例。層壓板40應用到控制桿20的第三區(qū) 域20C的上平面。層壓板40包括至少一層粘彈性材料42和至少一道背層剛性材料 44。層壓板通過一層粘彈性材料粘結到控制桿20上。
根據圖中未示的另一個實施例，層壓板通過機械手段緊緊壓貼到控制桿的表面 上例如，通過在第三區(qū)域20C的每一側上使用夾緊裝置，或者通過機械連接件(螺 絲/螺母、鉚釘、壓接等)穿過控制桿和層壓板的第三區(qū)域20C，通過靜止狀態(tài)時幾 何形狀變形而在安裝時獲得的預載荷效應:使用現有的控制桿連接件將區(qū)域55固定 到第二區(qū)域20B，并使得區(qū)域54與預載荷抵在控制桿的第三區(qū)域20C上。
層壓板延伸到控制桿第三區(qū)域20C的整個表面上。其梯形形>1 應于第一區(qū)域 20A和第二區(qū)域20B之間控制桿的第三區(qū)域20C的形狀，后者也是梯形。在這個示 例中，應用層壓板的表面部分占用了齡第三區(qū)域。然而，根據減振要求，表面部 分范圍要小于第三部分的范圍。此外，構成粘彈性材料層42和剛性材料層44的材 料的厚度和特性都是根據所要減振的程度來確定的。
根據圖中未示的另一個實施例，層壓板40并沒有應用到控制桿的第三區(qū)域20C 的上平面上，而是應用到控制桿20的第三區(qū)域20C的下平面20Ci上。根據圖11 所示的另一個實施例，減振層壓板40和40'應用到控制桿第三區(qū)域的兩個平面上， 彼lt瀏稱。
根據圖7和圖8所示實施例，減振層壓板50包括第一部分54，該部分延伸到 控制桿第三區(qū)域20C的上平面的至少表面部分，以及第二部分55，該部分延伸到第 二區(qū)域20B的上平面20Be的至少表面部分。在這個示例中，第一部分54延伸到第 三區(qū)域20C的大部分范圍。在第二區(qū)域的上表面徑向高于第三區(qū)域20C的徑向上表 面20Be的范圍內，層壓板20帶有一個中間部分56，將第一部分54連接到第二部 分55上。所述中間部分56通過在粘彈性層中使用剪切力而改善了裝置的效能。層 壓板通過粘結一例如一至少部分54和55中的其中一個而固定到控制桿的表面上。層壓板也再一次應用到控制桿的下平面上。根據圖12所示的另一個實施例，減振層壓板50和50，者敞li:l^稱地應用到控諱l肝的第二和第三區(qū)域的兩個平面上。
根據圖9和圖10所示實施例，減振層壓板60包括第一部分64，該部分延伸到控制桿第三區(qū)域20C的上平面的表面部分，以及第二部分65，該部分延伸到第二區(qū)域20B的上平面20Be的表面部分。層壓板包括--個將第一部分64連接到第二部分65的中間部分66。根據本示例，中間部分上帶有孔。層壓板通過一例如一粘結第一部分64和第二部分65中至少其中一個部分而固定到控制桿的表面上。 層壓板也再一次應用到控制桿的下平面上。根據圖13所示的另一個實施例，減振層壓板60和60，彼lt瀏稱地應用到控審林干的第二和第三區(qū)域的兩個平面上。
根據圖14和圖15所示實施例，層壓板呈條帶形狀，沿控制桿布置。所述條帶層壓板包括應用到第三區(qū)域20C的第一部分74，應用到第二區(qū)域20B的第二部分75，以及將兩個部分74和75連接到一起的中間部分76。
權利要求
1.一個可圍繞其樞軸轉動渦輪機變距靜葉的控制桿，其包括三個區(qū)域一個固定到控制桿傳動構件上的第一區(qū)域，一個固定到所述變距靜葉上的第二區(qū)域，和位于第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的細長型第三區(qū)域，其特征在于，減振層壓板應用到控制桿的至少其中一個所述區(qū)域的至少個表面部分上，所述層壓板由至少一層與所述表面部分接觸的粘彈性材料和至少一層剛性材料組成。
2. 根據前面權利要求所述的控制桿，其特征在于，減振層壓板粘結到所述表面 部分上。
3. 根據權利要求1所述的控制桿，其特征在于，減振層壓板通過機械手段緊緊 壓抵到所述表面部分。
4. 根據權利要求1所述的控制桿，其特征在于，控帝,的所述區(qū)域是第三區(qū)域，或者第二和第三區(qū)域。
5. 根據權利要求4所述的控制桿，其特征在于，/S用減振層壓板的所述表面部 分完全覆蓋了所述第三區(qū)域。
6. 根據權利要求1所述的控制桿，其包括徑向上平面和徑向下平面，其特征在 于，層壓板應用到所述徑向下平面或上平面的至少一個表面部分，特別是平 整的表面部分。
7. 根據權利要求1所述的控制桿，其特征在于，所述第二區(qū)域包括一個平面， 其在徑向上不同于第三區(qū)域的平面，減振層壓板至少部分地覆蓋了所述第二 區(qū)域的所述平面的表面部分，和所述第三區(qū)域的所述平面的表面部分。
8. 根據權利要求7所述的控制桿，其特征在于，層壓板包括一個中間部分一例 如一鉆孔部分，該部分位于所述第二區(qū)域表面部分和所述第三區(qū)域表面部分 之間。
9. 根據權利要求1所述的控制桿，其包括至少一個條帶形狀的減振層壓板，至 少其中兩個條帶形層壓板，其寬度要比第三區(qū)域窄，所述兩個條帶優(yōu)選彼此 平行布置。
10. 根據權利要求1所述的控制桿，其特征在于，層壓板是由一堆粘彈性材料層 和剛性材料層交替布置而組成，粘彈性材料的特性彼此不同，或者彼此相同。
11. 根據權利要求10所述的控制桿，其特征在于，剛性材料的特性彼此不同。
12. —種渦輪機，其包括了至少一個如前面權利要求其中一項權利要求所述的圍 繞其樞軸轉動變距靜葉的控制桿。
13. —種燃氣渦輪發(fā)動機壓氣機，其包括至少一個如權利要求l到ll其中一個 權利要求所述的控制桿，所述控制桿可控制變距氣流整流器圍繞其樞軸轉動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個可圍繞其樞軸轉動渦輪機變距靜葉的控制桿，其包括三個區(qū)域一個固定到控制桿傳動構件上的第一區(qū)域，一個固定到所述變距靜葉上的第二區(qū)域，和位于第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的細長型第三區(qū)域，其特征在于，減振層壓板應用到控制桿的至少一個所述區(qū)域的至少一個表面部分上，所述層壓板由至少一層與所述表面部分接觸的粘彈性材料和至少一個背層剛性材料組成。
文檔編號F04D29/46GK101676570SQ20081014966
公開日2010年3月24日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權日2007年9月13日
發(fā)明者克里斯蒂安·帕勒茲尼, 弗朗西斯·莫里斯·加爾桑, 皮爾里克·博納德·讓, 讓-皮埃爾·弗朗西斯·萊姆博德 申請人:斯奈克瑪