CN115479048A - 一种可转导叶轴颈结构及压气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可转导叶轴颈结构及压气机，轴颈结构包括机匣、至少一个导叶轴和叶片本体；导叶轴转动设置于机匣上，导叶轴设有轴颈；叶片本体与导叶轴的数量相同且一对一设置，叶片本体具有前缘和尾缘，叶片本体固定于轴颈上，且轴颈覆盖叶片本体固定端的前缘和尾缘。本发明改进了可转导叶轴颈结构，避免了手工修磨并保证了导叶能够在大角度范围内自由转动，同时避免了在叶片与机匣之间产生间隙，提高了压气机性能。

Description

一种可转导叶轴颈结构及压气机

技术领域

本发明涉及压气机技术领域，尤其涉及一种可转导叶轴颈结构及压气机。

背景技术

在航空发动机结构设计中，为了提高压气机在非设计点状态的稳定工作范围，从而使发动机在非设计转速下能够稳定工作，压气机的前几级静子叶片经常设计成可以调节角度的结构形式。

在可调导叶实际装配或使用过程中，经常发生因可调导叶的叶根(即靠近机匣端的叶片边界)与机匣内壁发生干涉而导致叶片旋转卡死的问题，但是为了确保压气机处于较佳的性能水平，可转导叶的叶根与机匣之间的间隙越小越好。

如图1所示，常规可转导叶轴颈结构包括叶片1、机匣2、可转导叶轴3、轴颈4和非轴颈覆盖叶根5，可转导叶轴3在旋转过程中，非轴颈覆盖叶根5在叶根平面做平面转动，机匣2对应流道周向为圆周面，当非轴颈覆盖叶根5与机匣2间隙过小时，会发生干涉。

在现有技术中，通用的做法是非轴颈覆盖叶根5与机匣2给定一个较小的叶根间隙以确定叶根型线，数控加工成型后，总装时再进行适当手工修磨，以保证可转静叶在允许的角度范围内自有转动，同时要使可转静叶的叶根与机匣之间的间隙尽可能小，避免影响压气机性能。采用手工修磨的方式，费时费力，人工成本相对较高，各叶片的型线存在差异，导致叶根间隙均匀性不好，一致性较差，稳定性也相对较差，并且手工修磨没有办法考虑发动机工作条件对可调导叶叶根间隙的影响，虽然冷态装配状态下导叶可以正常旋转，但是发动机工作条件下，零件之间受力和受热不均匀，仍然可能发生可调导叶卡死现象，这些因素都极大地影响了压气机的性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可转导叶轴颈结构及压气机，旨在避免手工修磨并保证导叶能够在大角度范围内自由转动，同时避免了在叶片与机匣之间产生间隙，以提高压气机性能。

为实现上述目的，本发明提出一种可转导叶轴颈结构及压气机，包括：

机匣；

至少一个导叶轴，所述导叶轴转动设置于所述机匣上，所述导叶轴设有轴颈；以及

叶片本体，与所述导叶轴的数量相同且一对一设置，所述叶片本体具有前缘和尾缘，所述叶片本体固定于所述轴颈上，且所述轴颈覆盖所述叶片本体固定端的前缘和尾缘。

可选地，所述轴颈的横截面包括相对的两变曲率曲边及分别连接两所述变曲率曲边两端的两圆弧边。

可选地，所述变曲率曲边包括依次连接的第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段，所述第一圆弧段与所述第三圆弧段的半径相等，且关于所述导叶轴中心对称。

可选地，所述第一圆弧段和所述第三圆弧段的中心分别在以所述导叶轴中心为圆心且半径大小为第一半径值的圆上，所述第一半径值为相邻两所述导叶轴中心的直线距离。

可选地，所述第一圆弧段与所述第三圆弧段的半径值为所述第一半径值的0.50～0.60倍。

可选地，所述第二圆弧段的中心与所述导叶轴的中心重合，且所述第二圆弧段的半径值为所述第一半径值的0.35～0.45倍。

可选地，所述圆弧边的中心与所述导叶轴的中心重合，且所述圆弧边的半径值为第一半径值的0.50～0.60倍。

可选地，相邻的两所述轴颈的变曲率曲边相对设置，且相邻的两所述变曲率曲边之间的间隙为0.2～1.0mm。

可选地，所述导叶轴与所述叶片本体的材质均为铝合金或不锈钢；所述导叶轴与所述叶片本体一体成型制造而成，或者所述导叶轴与所述叶片本体分体组装而成。

为实现上述目的，本发明还提出一种压气机，包括如上所述的轴颈结构，所述轴颈结构包括：

机匣；

至少一个导叶轴，所述导叶轴转动设置于所述机匣上，所述导叶轴设有轴颈；以及

叶片本体，与所述导叶轴的数量相同且一对一设置，所述叶片本体具有前缘和尾缘，所述叶片本体固定于所述轴颈上，且所述轴颈覆盖所述叶片本体固定端的前缘和尾缘。

在本发明的技术方案中，该可转导叶轴颈结构包括机匣、至少一个导叶轴和叶片本体；导叶轴转动设置于机匣上，导叶轴设有轴颈；叶片本体与导叶轴的数量相同且一对一设置，叶片本体具有前缘和尾缘，叶片本体固定于轴颈上，且轴颈覆盖叶片本体固定端的前缘和尾缘。可以理解，在叶片转动过程中，叶片本体与轴颈成为一体，叶片本体与机匣之间不存在径向间隙，可以在大角度范围内自由转动。并且，由于叶片本体与轴颈可一体加工制造或分体组装而成，避免了后期手工修磨，同时避免了在叶片与机匣之间产生间隙，提高了压气机性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现有技术中轴颈结构的剖视图；

图2为现有技术中静叶间隙叶高比对效率损失影响曲线图；

图3为本发明可转导叶轴颈结构一实施例的结构示意图；

图4为本发明可转导叶轴颈结构一实施例中导叶轴及叶片本体的结构示意图；

图5为本发明可转导叶轴颈结构一实施例中导叶轴及叶片本体的主视图；

图6为本发明可转导叶轴颈结构一实施例中轴颈型线示意图。

附图标号说明：

10、机匣；20、导叶轴；30、叶片本体；21、轴颈；301、前缘；302、尾缘；211、变曲率曲边；212、圆弧边；2111、第一圆弧段；2112、第二圆弧段；2113、第三圆弧段。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种可转导叶轴颈结构，适用于压气机，此处不限。

参照图3至图5，在本发明一实施例中，该可转导叶轴颈结构包括机匣10、至少一个导叶轴20和叶片本体30；导叶轴20转动设置于机匣10上，导叶轴20设有轴颈21；叶片本体30与导叶轴20的数量相同且一对一设置，叶片本体30具有前缘301和尾缘302，叶片本体30固定于轴颈21上，且轴颈21覆盖叶片本体30固定端的前缘301和尾缘302。

本实施例中，导叶轴20可为圆柱形或非圆柱形的异形结构，此处不限。

其中，导叶轴20的轴颈21应当至少部分覆盖叶片本体30固定端的前缘301和尾缘302，尤其是在完全覆盖住叶片本体30固定端的前缘301和尾缘302时，叶片本体30与机匣10之间不存在径向间隙，可以在较大范围内自由转动。

导叶轴20与叶片本体30的材质均可为铝合金或不锈钢。导叶轴20与叶片本体30可通过一体成型制造而成，或者导叶轴20与叶片本体30通过分体组装而成，此处不做限定。

可以理解的是，在叶片转动过程中，叶片本体30与轴颈21成为一体，叶片本体30与机匣10之间不存在径向间隙，可以在大角度范围内自由转动。并且，由于叶片本体30与轴颈21可一体加工制造或分体组装而成，避免了后期手工修磨，同时避免了在叶片与机匣10之间产生间隙，提高了压气机性能。

值得一提的是，在现有技术中，如图2所示，当可调导叶在0～90度旋转角度覆盖时，常规的可调导叶结构间隙叶高比达到1％，效率损失为2％左右。而本发明叶片本体30的叶根与机匣之间无间隙，提高了压气机的性能。此外，本发明结构仅需在加工过程中完成，避免了后续手工打磨等工序，提高了装配效率，并保证了叶片的叶型型线的一致性。

由于上述的轴颈结构会导致轴颈21直径过大，在叶片数量较多，轴颈21为常规圆柱型时，相邻的两轴颈21在转动过程中可能存在干涉。因此，本发明还对轴颈21做出了进一步的改进。

如图4和图6所示，本发明的轴颈21为非常规的圆柱形结构，轴颈21的横截面包括相对的两变曲率曲边211及分别连接两变曲率曲边211两端的两圆弧边212。

主要参考图6，本实施例中，变曲率曲边211均可包括依次连接的第一圆弧段2111、第二圆弧段2112和第三圆弧段2113，其中第一圆弧段2111与第三圆弧段2113的半径相等，且关于导叶轴20中心对称。

为进一步地避免相邻的两轴颈21在转动过程中产生干涉，提高叶片转动的顺畅性，并将叶片转动范围限定在0～90度旋转角度内，以实现全关到全开角度需求，在本实施例中，如图6所示，第一圆弧段2111和第三圆弧段2113的中心分别在以导叶轴20中心为圆心且半径大小为第一半径值的圆上，第一半径值为相邻两导叶轴20中心的直线距离。

其中，第一圆弧段2111与第三圆弧段2113的半径值可为第一半径值的0.50～0.60倍。第二圆弧段2112的中心与导叶轴20的中心重合，且第二圆弧段2112的半径值可为第一半径值的0.35～0.45倍。圆弧边212的中心与导叶轴20的中心重合，且圆弧边212的半径值可为第一半径值的0.50～0.60倍。

需要说明，上述全覆盖轴颈21的两侧变曲率型线可通过线切割或铣削等多种加工工艺制造。

本发明通过采用上述的变曲率横截面轴颈21，使得相邻的两轴颈21的变曲率曲边211相对设置，且相邻的两变曲率曲边211之间的间隙为0.2～1.0mm，使得导叶在调节过程中，导叶之间间隙始终维持在较佳的范围内，保证了机构的可靠运行。

另外，本发明已经完成试验件加工和导叶角度调试，结果表明本发明的轴颈结构可实现可转导叶0～90度旋转角度覆盖。

本发明还提出一种压气机，该压气机包括轴颈结构，该轴颈结构的具体结构参照上述实施例，由于本发明提出的压气机包括上述轴颈结构的所有实施例的所有方案，因此，至少具有与所述轴颈结构相同的技术效果，此处不一一阐述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种可转导叶轴颈结构，其特征在于，包括：

机匣；

至少一个导叶轴，所述导叶轴转动设置于所述机匣上，所述导叶轴设有轴颈；以及

叶片本体，与所述导叶轴的数量相同且一对一设置，所述叶片本体具有前缘和尾缘，所述叶片本体固定于所述轴颈上，且所述轴颈覆盖所述叶片本体固定端的前缘和尾缘。

2.如权利要求1所述的可转导叶轴颈结构，其特征在于，所述轴颈的横截面包括相对的两变曲率曲边及分别连接两所述变曲率曲边两端的两圆弧边。

3.如权利要求2所述的可转导叶轴颈结构，其特征在于，所述变曲率曲边包括依次连接的第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段，所述第一圆弧段与所述第三圆弧段的半径相等，且关于所述导叶轴中心对称。

4.如权利要求3所述的可转导叶轴颈结构，其特征在于，所述第一圆弧段和所述第三圆弧段的中心分别在以所述导叶轴中心为圆心且半径大小为第一半径值的圆上，所述第一半径值为相邻两所述导叶轴中心的直线距离。

5.如权利要求4所述的可转导叶轴颈结构，其特征在于，所述第一圆弧段与所述第三圆弧段的半径值为所述第一半径值的0.50～0.60倍。

6.如权利要求5所述的可转导叶轴颈结构，其特征在于，所述第二圆弧段的中心与所述导叶轴的中心重合，且所述第二圆弧段的半径值为所述第一半径值的0.35～0.45倍。

7.如权利要求6所述的可转导叶轴颈结构，其特征在于，所述圆弧边的中心与所述导叶轴的中心重合，且所述圆弧边的半径值为第一半径值的0.50～0.60倍。

8.如权利要求7所述的可转导叶轴颈结构，其特征在于，相邻的两所述轴颈的变曲率曲边相对设置，且相邻的两所述变曲率曲边之间的间隙为0.2～1.0mm。

9.如权利要求1所述的可转导叶轴颈结构，其特征在于，所述导叶轴与所述叶片本体的材质均为铝合金或不锈钢；所述导叶轴与所述叶片本体一体成型制造而成，或者所述导叶轴与所述叶片本体分体组装而成。

10.一种压气机，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的可转导叶轴颈结构。

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