CN114787033B - 用于涡轮机风扇轮毂的定向可调的叶片枢转部径向锁定的改进 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机风扇轮毂的定向可调的叶片枢转部(2)，包括：螺柱(4)，具有用于保持(10)风扇叶片根部的装置和用于传递扭矩的联接装置；用于吸收离心力的滚动轴承(14)，具有安装成以横向邻抵方式抵靠螺柱的径向外部部分的内环(16)；径向保持环(24)，用于相对于滚动轴承保持螺柱，该环容纳在螺柱中形成的环形凹槽(22)中；多个夹紧部件(26)，各自以横向邻抵方式抵靠保持环安装，并且以径向邻抵方式抵靠滚动轴承的内环安装；以及夹紧螺母(28)，夹紧螺母(28)拧到螺柱的外螺纹(30)上，以与夹紧部件锥形邻抵，使得所述夹紧部件将滚动轴承的内环夹紧在螺柱上，并将保持环夹紧在凹槽中。

Description

用于涡轮机风扇轮毂的定向可调的叶片枢转部径向锁定的 改进

技术领域

本发明涉及配备有一个或两个涵道风扇或非涵道风扇的涡轮机的总体领域，更具体地，涉及这些涡轮机的风扇叶片定向的控制。

本发明的优选应用领域是涡轮喷气发动机，其包括带有极高涵道比(大风扇直径)和极低压比的风扇。

背景技术

通过在涡轮喷气发动机的低压模块上引入可变性来确保带有极高涵道比的涡轮喷气发动机的可操作性，该可变性根据飞行阶段激活以恢复足够的喘振裕度。

已知通过改变风扇叶片的设定的系统来确保可变性，该系统集成到风扇轮毂中。这种叶片设定改变系统还允许确保推力反向功能，对于此类涡轮喷气发动机，该功能不再由发动机的短舱执行。

此外，在带有极高涵道比的涡轮喷气发动机的风扇模块中，通常由叶片根部和接纳该叶片根部的单体的形状、吸收叶片所遭受的所有力的枢转部及其滚动轴承、集成枢转部组的风扇轮毂、以及风扇壳体来确保风扇叶片的径向保持。

例如，可参考公开文献FR 3,046,403，其描述了用于保持风扇叶片的此种架构的一个示例。更具体地，在此公开文献中，每个叶片的径向保持由枢转部、外部滚动轴承和内部滚动轴承、偏心件和轮毂构成，枢转部包括灯泡形附接件，外部滚动轴承和内部滚动轴承允许吸收叶片及其枢转部所经受的气动力、惯性力和离心力，偏心件由花键连接到枢转部，轮毂集成枢转部组。

此外，通常设置成借助区段式保持环来确保枢转部相对于滚动轴承块的径向保持。更具体地，已知在外部滚动轴承的内部衬套下的枢转部的凹槽中容纳保持环，该凹槽比保持环更宽，以便适应每个枢转部的部件中的公差分散。环形部件将保持环保持在凹槽中，以便防止其脱离。

枢转部的这种径向保持具有缺点。由于保持环的安装公差，当停止时，整个枢转部“下降”并消耗该残余安装间隙，这在滚动轴承的内衬套上产生接触磨损。

此外，当发动机旋转时，在离心力被保持环吸收之前，该力穿过给定的传播路径之外的传播路径(例如穿过螺纹)，这对于未将尺寸设计成支撑如此沉重的负载的受影响部件来说可能是至关重要的。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提出一种定向可调的叶片枢转部，其尤其通过消除任何残余安装间隙从而不具有上述缺点。

根据本发明，此目的通过用于涡轮机风扇轮毂的、定向可调的叶片枢转部实现，包括：

螺柱，该螺柱沿径向轴线延伸，并在外部径向端处具有用于保持风扇叶片根部的装置，以及在内部径向端处具有用于传递扭矩的联接装置；

用于吸收离心力的滚动轴承，该滚动轴承具有以横向邻抵方式抵靠螺柱的外部径向部分安装的内衬套；

环，该环用于相对于滚动轴承径向保持螺柱，滚动轴承容纳在螺柱中形成的环形凹槽中；

多个夹紧部件，夹紧部件各自以横向邻抵方式、即沿正交于径向轴线的方向抵靠保持环安装，并且以径向邻抵方式、即沿径向轴线抵靠滚动轴承的内衬套安装；以及

夹紧螺母，该夹紧螺母拧到螺柱的外螺纹上，以与夹紧部件锥形邻抵，使得所述夹紧部件确保将滚动轴承的内衬套夹紧在螺柱上，并将保持环夹紧在凹槽中。

根据本发明的枢转部的卓越之处在于，其借助“拱顶石(keystone)”型夹紧提供对于螺柱的径向保持。在夹紧螺母夹紧期间，夹紧螺母将驱动夹紧部件，夹紧部件将径向向外滑动，直到它们与滚动轴承的内衬套接触。然后，夹紧部件被迫向内重新对中，直到它们与螺柱凹槽中的保持环接触。

因此，本发明允许具有相对于滚动轴承保持螺柱的系统，该系统克服了通常的安装间隙。以这种方式，力(尤其是离心力)始终穿过相同路径，这防止任何其它部件吸收这些力所引起的重载。这使得在运行时以及在发动机停止时都能完美地保持螺柱，同时消除枢转部的部件上的任何磨损。

优选地，保持环包括多个平面的面，每个平面的面与夹紧部件的相应平面的面形成平面/平面接触，以优化保持环和夹紧部件之间的接触。

在这种情况下，夹紧部件有利地各自包括与其平面的面相对的截头圆锥面，并与夹紧螺母进行锥形邻抵。

枢转部可包括围绕枢转部的径向轴线均匀间隔开的六个夹紧部件。

还优选地，保持环包括两个不同的环区段，以便允许其安装在螺柱上。

仍优选地，枢转部还包括用于将夹紧螺母锁定在螺柱上的系统。该锁定系统可包括防旋转环和卡簧，防转环容纳在螺柱肩部中，卡簧抵靠防旋转环安装。

本发明还涉及一种具有用于涡轮机风扇轮毂的可变设定角的叶片，该叶片包括翼型和如上限定的枢转部。

本发明还涉及一种涡轮机，包括至少一个风扇轮毂和至少一组具有先前所限定的具有可变设定角的叶片。

本发明还涉及一种安装如上限定的枢转部的方法，依次包括：

a-降低先前设有外部滚动轴承的风扇轮毂中的螺柱，螺柱先前设有保持环；

b-相对于保持环定位夹紧部件；

c-将夹紧螺母拧到螺柱的外螺纹上；以及

d-将夹紧螺母锁定在螺柱上。

优选地，夹紧部件预先借助由弹性体材料制成的、将它们彼此联结的联结件进行固定，从而允许便于安装。

附图说明

[图1]图1是示出根据本发明的定向可调的叶片枢转部的截面图。

[图2]图2是图1的枢转部的局部剖视立体图。

[图3A]图3A示出根据本发明安装图1的枢转部的一个示例的第一步骤。

[图3B]图3B示出安装图1的枢转部的示例的第二步骤。

[图3C]图3C示出安装图1的枢转部的示例的第三步骤。

[图3D]图3D示出安装图1的枢转部的示例的第四步骤。

[图3E]图3E示出安装图1的枢转部的示例的第五步骤。

[图4A]图4A示出根据本发明的一个替代实施例的枢转部在自由状态下的局部仰视图。

[图4B]图4B示出根据本发明的一个替代实施例的枢转部在组装状态下的局部仰视图。

具体实施方式

本发明适用于配备至少一个涵道风扇或非涵道风扇，且其风扇叶片(在涵道风扇的情况下)或螺旋桨叶片(在非涵道风扇的情况下)配备有节距设定系统的任何涡轮机。

本发明尤其适用于包括带有极高涵道比(大风扇直径)和极低压比的风扇类型的涡轮喷气发动机。

这些类型的涡轮喷气发动机的架构是本领域技术人员熟知的，因此本文将不进行详细描述。简要地，这些涡轮喷气发动机包括大直径涵道风扇，该大直径涵道风扇设有用于改变风扇叶片的节距设定的系统。

这种节距设定改变系统可例如包括联接到每个叶片枢转部并由气缸枢转致动的杆臂(或偏心件)。

更具体地，每个叶片的枢转部的功能是确保风扇叶片保持在旋转风扇轮毂上，并引导风扇叶片设定其节距。

为此，每个风扇叶片的枢转部径向安装在风扇轮毂的孔口中，该孔口恰好穿过风扇轮毂，该轮毂对中在涡轮喷气发动机的纵向轴线上。

如图1和图2所示，根据本发明的风扇叶片的枢转部2包括若干个不同元件，这些元件组装在一起，以便于将枢转部2安装在螺旋桨轮毂上/从螺旋桨轮毂拆卸。

具体地，枢转部2包括螺柱4，该螺柱4沿枢转部的径向轴线Z-Z延伸穿过风扇的轮毂8的孔口6。该螺柱4在外部径向端(即在其距离涡轮喷气发动机的轴向轴线最远的端部处)具有灯泡形附接件10，其意图接纳风扇叶片的脚部(未示出)。当然，可以设想用于保持叶片根部的其它装置。

在螺柱4的内部径向端(即在其最靠近涡轮喷气发动机的纵向轴线的端部)处，螺柱4包括对中在径向轴线Z-Z上的孔口12，该孔口12意图接纳设定传动衬套13，以将扭矩传递至叶片枢转部，从而改变其设定节距。

设定传动衬套13经由花键15联接到孔口12。该设定传动衬套13意图将扭矩传递至叶片的枢转部，以改变其设定节距。借助对中在径向轴线Z-Z上的螺钉17和夹紧在所述螺钉上的螺母19将其锁定在螺柱上。

根据本发明的枢转部还包括滚动轴承，用于吸收由叶片及其枢转部看到的离心力(即沿径向轴线Z-Z)。

更具体地，根据本发明的枢转部包括用于吸收离心力的外部滚动轴承14。该滚动轴承是滚珠轴承。其设有内衬套16，该内衬套16以横向邻抵方式抵靠螺柱4的外部径向端安装。

优选地，内衬套16由两个不同部分16a、16b形成。该特征允许促进安装枢转部，后面将详述。

外部滚动轴承14还包括外衬套18，该外衬套18以横向邻抵方式安装在风扇的轮毂8的孔口6内部，内衬套16和外衬套18限定了用于多个滚珠20的滚动轨道。

为了吸收横向力，枢转部可包括滚针或滚子轴承21，其相对于外部滚动轴承14径向向内偏移。

根据本发明的枢转部还包括用于相对于外部滚动轴承14所形成的块径向保持螺柱4的装置。

为此，螺柱4包括处于其外表面处的环形凹槽22，该环形凹槽22位于外部滚动轴承14的内衬套16的下方。

保持环24容纳在该凹槽22中。该保持环优选地由两个不同的环区段组成，以便于安装。

此外，多个夹紧部件26各自以横向邻抵方式抵靠保持环24安装，并且以径向邻抵方式抵靠外部滚动轴承的内衬套16安装。夹紧部件26的数量例如为六个，并且优选地围绕径向轴线Z-Z均匀地间隔开。

保持环24和夹紧部件26之间的横向邻抵优选地借助沿正交于径向轴线Z-Z的方向的“平面/平面”接触来实现。为此，保持环24包括与夹紧部件26一样多的平面的面24a，这些平面的面24a与夹紧部件的相应平面的面26a接触。

保持环24和外部滚动轴承的内衬套16之间的径向邻抵也借助“平面/平面”接触来实现，此时沿径向轴线方向Z-Z。

径向保持螺柱的装置还包括夹紧螺母28，该夹紧螺母28拧到螺柱4的外螺纹30上，外螺纹30位于接纳保持环24的凹槽22下方。

该夹紧螺母28包括环形肩部28a，该环形肩部28a设置在与夹紧部件的相应截头圆锥面26b接触的截头圆锥面28b内部(夹紧部件的截头圆锥面26b与其平面的面26a相对)，以实现锥形邻抵。

因此，在旋拧夹紧螺母28期间，其肩部28a将与夹紧部件26进行锥形邻抵。由于该锥形邻抵，夹紧部件将趋向于径向向外滑动，以径向邻抵外部滚动轴承的内衬套16。此外，夹紧部件还将趋向于朝向径向轴线Z-Z重新对中，以横向邻抵保持环24。

以此方式，旋拧夹紧螺母使得外部滚动轴承的内衬套16夹紧在螺柱4上，并将保持环24夹紧在螺柱的凹槽中。因此，可以消除任何安装间隙。

有利地，根据本发明的枢转部还包括用于将夹紧螺母28锁定在螺柱4上的系统。

如图1和图2所示，该锁定系统可包括防旋转环32，该防旋转环32容纳在为此目的而设置的螺柱的肩部34中。

防旋转环32设有至少一个指形件36，指形件36容纳在夹紧螺母28的凹口28c中，以防止其围绕径向轴线Z-Z枢转。卡簧38径向安装在防旋转环下方，以将防旋转环保持就位在螺柱的肩部34中。

关于图3A至图3E，现在将描述根据本发明安装枢转部的示例。

在图3A所示的第一步骤中，将外部滚动轴承的外衬套18以横向邻接方式安装在风扇的轮毂8的孔口6内部(例如，它是收缩配合的)，然后安装该滚动轴承的滚珠20。

如图3B所示，然后将螺柱4径向降低到轮毂8的孔口6中，该螺柱先前设有外部滚动轴承的内衬套的一部分16a和保持环24。

然后安装外部滚动轴承14的内衬套的另一部分16b，以形成内衬套16(图3C)。

在下一步骤中，组装用于径向保持螺柱的系统。首先，夹紧件26定位成与保持环24相对，夹紧螺母28拧到螺柱4的螺纹30上(图3D)。

最后，通过在螺柱上安装防旋转环32以将该组锁定在螺柱上，防旋转环32本身使用卡簧38保持就位(图3E)。

关于图4A和图4B，现在将描述根据本发明的枢转部的一个替代实施例，其中夹紧部件26借助由弹性体材料40制成的联结件固定到彼此，这些联结件将它们联结到彼此。

图4A更具体地示出了当发动机停止(自由状态)时，由弹性体材料40制成的这些联结件的一个实施例。在夹紧螺母的夹紧期间，由弹性体材料40制成的联结件在枢转部向内塌缩(组装状态-图4B)。

在一个替代实施例中，可能考虑通过将联结件替换为可变形支承件，借助增材制造来制作这些夹紧部件的固定装置。

Claims (11)

1.一种定向可调的叶片枢转部，所述叶片枢转部用于涡轮机风扇轮毂，包括：

螺柱，所述螺柱沿径向轴线(Z-Z)延伸，并在外部径向端处具有用于保持风扇叶片根部的装置，以及在内部径向端处具有用于传递扭矩的联接装置；

用于吸收离心力的滚动轴承，所述滚动轴承具有以横向邻抵方式抵靠所述螺柱的外部径向部分安装的内衬套；

保持环，所述保持环用于相对于所述滚动轴承径向保持所述螺柱，所述滚动轴承容纳在所述螺柱中形成的环形凹槽中；

多个夹紧部件，各自以横向邻抵方式、即沿正交于径向轴线(Z-Z)的方向抵靠所述保持环安装，并且以径向邻抵方式、即沿径向轴线(Z-Z)抵靠所述滚动轴承的所述内衬套安装；以及

夹紧螺母，所述夹紧螺母拧到所述螺柱的外螺纹上，以与所述夹紧部件锥形邻抵，使得所述夹紧部件确保将所述滚动轴承的内衬套夹紧在所述螺柱上，并将所述保持环夹紧在所述凹槽中。

2.如权利要求1所述的叶片枢转部，其特征在于，所述保持环包括多个平面的面，各自与所述夹紧部件的相应平面的面形成平面/平面接触。

3.如权利要求2所述的叶片枢转部，其特征在于，所述夹紧部件各自包括截头圆锥面，所述截头圆锥面与所述夹紧部件的平面的面相对，并与所述夹紧螺母锥形邻抵。

4.如权利要求1所述的叶片枢转部，其特征在于，包括围绕所述枢转部的径向轴线(Z-Z)均匀间隔开的六个夹紧部件。

5.如权利要求1所述的叶片枢转部，其特征在于，所述保持环包括两个不同的环区段，以便允许其安装在所述螺柱上。

6.如权利要求1所述的叶片枢转部，其特征在于，还包括用于将所述夹紧螺母锁定在所述螺柱上的锁定系统。

7.如权利要求6所述的叶片枢转部，其特征在于，所述锁定系统包括防旋转环和卡簧，所述防旋转环容纳在所述螺柱的肩部中，所述卡簧抵靠所述防旋转环安装。

8.一种具有可变设定角的叶片，用于涡轮机风扇轮毂，包括翼型和如权利要求1所述的叶片枢转部。

9.一种涡轮机，包括至少一个风扇轮毂和至少一组如权利要求8所述的具有可变设定角的叶片。

10.一种安装如权利要求1所述的叶片枢转部的方法，依次包括：

a-降低先前设有所述滚动轴承的风扇轮毂中的所述螺柱，所述螺柱先前设有所述保持环；

b-定位与所述保持环相对的所述夹紧部件；

c-将所述夹紧螺母拧到所述螺柱的外螺纹上；以及

d-将所述夹紧螺母锁定在所述螺柱上。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述夹紧部件预先借助由弹性体材料制成的联结件进行固定，所述联结件将所述夹紧部件彼此联结。