具有集成致動的旋轉致動器的制造方法

具有集成致動的旋轉致動器的制造方法
【專利摘要】提供了一種旋轉致動器(100)。該旋轉致動器(100)包括被沿著該旋轉致動器的縱向軸線居中的定子組件(120)。該旋轉致動器還包括環繞定子組件(120)的轉子組件(122)。該轉子組件可相對于定子組件圍繞縱向軸線旋轉。該旋轉致動器還包括第一軸承組件(142)和第二軸承組件(144)，它們被安裝于該定子組件(120)的相鄰的相對軸向端處并被連接在定子組件(120)和轉子組件(122)之間，以允許轉子組件(122)相對于該定子組件圍繞縱向軸線的旋轉。在轉子組件和定子組件之間形成液壓致動結構。該液壓致動結構包括至少一個第一壓力腔室(180)和至少一個第二壓力腔室(182)。至少一個第一壓力腔室(180)和至少一個第二壓力腔室(182)中的至少一個具有可變容積。
【專利說明】
具有集成致動的旋轉致動器
技術領域
[0001]本發明主要涉及通常在發動機環境中采用的致動器，并且更具體地涉及結合有變距定子葉片的渦輪發動機，并且甚至更為具體地涉及用于變距定子葉片的致動器。【背景技術】
[0002]現代燃氣渦輪發動機結合有軸流式壓縮機區段，該軸流式壓縮機區段包括多個翼型(即葉片)，這多個翼型從該燃氣渦輪發動機的中心軸呈圓形圖案徑向向外延伸并且能夠圍繞該中心軸旋轉。轉子葉片的多個圓形圖案通常沿該中心軸成排地順序布置。在相鄰排的轉子葉片之間，通常還存在一組葉片，這組葉片也呈圓形圖案布置并相對于發動機的中心軸徑向地延伸，與轉子葉片的不同之處在于，這些葉片并不圍繞渦輪發動機的中心軸旋轉。這些不旋轉葉片通常被稱為定子葉片，并且其每排通常被稱為一級。已知的是以交替圖案結合多排轉子葉片以及多排定子葉片。
[0003]已知的是圍繞其中心徑向延伸的縱向軸調節每個定子葉片的定向，以改變這些定子葉片呈現給下列空氣的沖角，該空氣沿著發動機的中心軸軸向地流動并且從上游使用致動器使這組轉子葉片旋轉。這些變距定子葉片允許渦輪發動機獲得用于在多種運轉模式中的最佳運轉的氣流壓力特征。
[0004]已知用于實現上述變距定子葉片致動的多種致動器構造。每排定子葉片并且特別是其每個葉片通常被連接到可從包含轉子和定子葉片排的殼體的外部觸及到的協調環。該協調環圍繞該發動機的中心軸的旋轉導致上述定子葉片致動。每排定子葉片具有其自身的協調環。典型的變距定子葉片致動器由此操縱多個協調環以控制每排定子葉片的變距定子葉片的定向。這種致動器的示例可見于美國專利N〇.4,755，104、N〇.5,549,448、N〇.6,769， 868和N0.8，435，000的審查，這些專利的整體教導和公開內容被通過參引結合到本文中。
[0005]不幸地是，這種致動器的常見問題是它們在其結構上是相對復雜的，尺寸和重量相對較大，存在大量的磨損點，并具有高無功負載。事實上，美國專利N0.5，549，448示出了一種常規的曲拐型致動結構。這種構造通常由一種被與發動機的中心軸并行地布置及操作的線性致動器致動。假定在該線性致動器的并行結構的情況下，該類型通常是緊湊的；然而，它在其連桿結構方面也是相當復雜的，這是因為它需要由共用的主曲拐機構驅動的多個單獨的曲拐機構，這些曲拐機構中的每一個都存在磨損點以及可能的故障點。
[0006]作為另一示例，美國專利N0.8,435,000示出了一種更為現代的轉矩管式致動結構，其中，一種通常被稱為轉矩管的旋轉致動器與發動機的中心軸平行地布置。多個連桿臂從轉矩管延伸并分別連接到每個協調環。致動器作用在轉矩管上以使其圍繞其中心軸旋轉，從而最終使協調環旋轉以實現所需的定子葉片定向。該類型通常比上述曲拐構造簡單。 然而，該構造還利用了一種橫向于該發動機的中心軸布置的線性致動器，并由此導致在該發動機空間內的不合乎要求地大的占用空間。
[0007]因此，在本領域中需要一種具有復雜性降低、零件數量減少、磨損點數量減少以及尺寸縮小的旋轉致動器。
[0008]本發明提供了這種變距定子葉片致動器。通過本文中提供的對于本發明的描述， 本發明的這些和其它優點以及附加的具有創造性的特征將變得明顯。
【發明內容】

[0009]在一個方面中，本發明提供了一種用于致動渦輪發動機的壓縮機區段的變距定子葉片的整體空間占用減少的旋轉致動器。該旋轉致動器的實施例包括被沿著該旋轉致動器的縱向軸線居中的定子組件。該旋轉致動器還包括環繞該定子組件的轉子組件。該轉子組件可相對于該定子組件圍繞該縱向軸線旋轉。該旋轉致動器還包括第一軸承組件和第二軸承組件，該第一軸承組件和該第二軸承組件被安裝于定子組件的相鄰的相對軸向端處，并被連接在定子組件和轉子組件之間以允許轉子組件相對于定子組件圍繞該縱向軸線的旋轉。在轉子組件和定子組件之間形成液壓致動結構。該液壓致動結構包括至少一個第一壓力腔室和至少一個第二壓力腔室。至少一個第一壓力腔室是可操作的以便接收處于第一壓力下的液壓流體。至少一個第二壓力腔室是可操作的以便接收處于不同于第一壓力的第二壓力下的液壓流體，從而在至少一個第一壓力腔室和至少一個第二壓力腔室之間形成壓差以使轉子組件圍繞該縱向軸線旋轉。
[0010]在另一方面中，本發明提供了一種用于致動渦輪發動機的壓縮機區段的變距定子葉片的零件數量減少且復雜度降低的旋轉致動器。該旋轉致動器包括被沿著旋轉致動器的縱向軸線居中的定子組件。旋轉致動器還包括環繞定子組件的轉子組件。轉子組件可相對于定子組件圍繞縱向軸線旋轉。旋轉致動器還包括第一軸承組件和第二軸承組件，該第一軸承組件和該第二軸承組件被安裝于定子組件的相鄰的相對軸向端處，并被連接在定子組件和轉子組件之間以允許轉子組件相對于定子組件圍繞縱向軸線的旋轉。在轉子組件和定子組件之間形成液壓致動結構。該液壓致動結構包括至少一個第一壓力腔室和至少一個第二壓力腔室。至少一個第一壓力腔室和至少一個第二壓力腔室中的至少一個具有可變容積。
[0011]在根據前述方面的某些實施例中，旋轉致動器包括進口歧管。該進口歧管具有第一進口和第二進口。定子組件包括限定第一進口腔室和第二進口腔室的內部空腔。第一進口腔室與第一進口流體連通。第二進口腔室與第二進口流體連通。進口管從第一進口延伸并將第一進口腔室相對于第二進口腔室流體地密封住。第一進口腔室包括將第一進口與至少一個第一壓力腔室流體連通的至少一個進口端口。第二進口腔室包括將第二進口與至少一個第二壓力腔室流體連通的至少一個進口端口。
[0012]在根據前述方面的某些實施例中，液壓致動結構包括從定子組件的中心徑向向外地延伸的至少一個定子葉片以及從轉子組件的外部殼體的中空內表面徑向向內地延伸的至少一個轉子葉片。至少一個定子葉片密封地接合轉子殼體的內表面。至少一個轉子葉片密封地接合定子組件的外表面。至少一個第一壓力腔室形成在至少一個定子葉片的第一側上。至少一個第二壓力腔室形成在至少一個定子葉片的第二側上。
[0013]在根據前述方面的某些實施例中，液壓致動結構包括限定至少一個第二壓力腔室的芯體構件，并且至少一個第一壓力腔室形成在芯體構件的外表面和轉子組件的外部殼體的內表面之間。液壓致動結構包括被可滑動地接收在至少一個第二壓力腔室內的至少一個活塞。至少一個第二壓力腔室包括用于密封地接合該活塞以將從至少一個第二壓力腔室相對于至少一個第一壓力腔室流體地密封住的密封件。
[0014]在根據前述方面的某些實施例中，液壓致動結構包括被沿著縱向軸線居中并環繞定子組件的活塞元件。該活塞元件中包括密封件，該密封件徑向地封靠在轉子組件的外部殼體的內表面上，并且徑向地封靠在定子組件的外表面上。至少一個第一壓力腔室形成在密封件的一側上。至少一個第二壓力腔室形成在密封件的另一側上。活塞元件的一部分具有內螺紋和外螺紋。定子組件的外部的一部分具有螺紋。轉子組件的外部殼體的內部的一部分具有螺紋。內螺紋可螺旋地接合定子組件的螺紋。外螺紋可螺旋地接合轉子組件的外部殼體的螺紋，使得活塞元件可沿著縱向軸線相對于定子組件線性且可旋轉地移動。
[0015]旋轉致動器可還包括形成在轉子組件的外部上的至少一個連接元件。該至少一個連接元件被構造成將轉子組件連接到渦輪發動機的壓縮機區段的協調環。
[0016]在再一方面中，本發明提供了一種使用旋轉致動器致動渦輪發動機的壓縮機區段的協調環的方法。該方法包括向旋轉致動器的液壓致動結構的至少一個壓力腔室供給處于第一壓力下的流體的步驟。該方法還包括向旋轉致動器的液壓致動結構的至少一個第二壓力腔室供給處于第二壓力下的流體的步驟。供給處于第一壓力下的流體和處于第二壓力下的流體的步驟形成了作用在液壓致動結構上的力失衡，以使液壓致動結構的轉子組件相對于定子組件圍繞旋轉致動器的縱向軸線旋轉。
[0017]通過結合附圖作出的下列詳細描述，本發明的其它方面、目的和優點將變得更為明顯。【附圖說明】
[0018]被結合到本專利說明書中并形成該專利說明書的一部分的附圖示出了本發明的若干方面，并且與說明書一起用于解釋本發明的原理。在附圖中:
[0019]圖1是根據本發明的教導的旋轉致動器的第一實施例的透視圖；
[0020]圖2是圖1的旋轉致動器的截面圖；
[0021]圖3是圖1的旋轉致動器的另一截面圖；
[0022]圖4是圖1的旋轉致動器的另一截面圖；
[0023]圖5是圖1的旋轉致動器的另一截面圖；
[0024]圖6是圖1的旋轉致動器的另一截面圖；
[0025]圖7是根據本發明的教導的旋轉致動器的第二實施例的透視圖；
[0026]圖8是圖7的旋轉致動器的截面圖；
[0027]圖9是圖7的旋轉致動器的另一截面圖；
[0028]圖10是圖7的旋轉致動器的另一截面圖；
[0029]圖11是圖7的旋轉致動器的另一截面圖；
[0030]圖12是根據本發明的教導的旋轉致動器的第三實施例；[〇〇31]圖13是圖12的旋轉致動器的截面圖；以及[〇〇32]圖14是圖12的旋轉致動器的另一截面圖。
[0033]盡管本發明將被結合某些優選實施例予以描述，但并非旨在將其限制于那些實施例。相反，目的是覆蓋如被包括在本發明的如由所附權利要求限定的精神和范圍內的所有替代方案、修改方案和等效方案。【具體實施方式】
[0034]現在轉向附圖，附圖中示出了根據本發明的教導的旋轉致動器的若干實施例。如將通過下列內容所理解的那樣，本文中根據本發明的旋轉致動器克服了轉矩管型旋轉致動器的領域中的現存問題，因為它不需要單獨的外部致動器以提供其致動力。相反，它使用在內部形成在其中的用于最終使其轉子結構相對于其定子結構旋轉的液壓致動結構，從而控制渦輪發動機的壓縮機區段的一個或多個協調環的位置。因此，本發明提供了一種優于其它旋轉致動器的改進，該改進在于它在保留功能的情況下減少了部件，并且也呈現出了一種用于致動一個或多個協調環的成本低、占用空間較小、較為簡單的系統。
[0035]具體參考圖1，其中示出了旋轉致動器100的第一實施例。旋轉致動器100被示出為被安裝到渦輪發動機的壓縮機區段的壓縮機殼體的一部分。通過下列內容將會明白的是， 本發明在此并不以任何方式被限制到渦輪發動機的任何具體構造，并且因此，壓縮機殼體 102及其相關結構出于說明的目的而被大致示意性地示出。
[0036]旋轉致動器100的多個連接元件104被通過連桿連接到被安裝在壓縮機殼體102的外部近側的多個協調環106。如在所屬領域中所周知的那樣，協調環106被分別安裝于旋轉定子葉片的陣列，并且是可旋轉的以控制被連接到其上的這些旋轉定子葉片的陣列的位置。協調環106被大致示意性地示出，并且出于清楚的目的已經省略掉了它們到旋轉定子葉片的陣列的連接件。同樣出于清楚的目的，旋轉定子葉片的附加陣列本身并未示出，并且在任何情況下，絕不于此限制本發明。此外，圍繞連接元件104的軸線118的具體數量和角定向可根據應用加以改變。更進一步地，同樣將認識到的是，多個致動器100可被布置在單個壓縮機區段上，在該單個壓縮機區段中存在大量協調環106以致動。將認識到的是，前述變化同樣適用于下文中所述的致動器200、300。
[0037]旋轉致動器100被可操作地連接到液壓源108。液壓源108提供了適當的液壓以致動如本文中所述的旋轉致動器1〇〇。事實上，由液壓源108提供的液壓是可操作的以使旋轉致動器100的轉子結構在如所示的第一旋轉方向110和第二旋轉方向112中旋轉。液壓源108 可以是獨立的液壓系統，或現有液壓系統的子模塊，例如作為一個示例的燃料供給系統。此夕卜，液壓源108可與致動器直接地集成在一起，例如作為集成的電液伺服閥(EHSV)。在第一旋轉方向110中的旋轉導致協調環106在方向116中的相應旋轉。同樣，轉子結構在第二旋轉方向112中的旋轉導致協調環106在方向114中的旋轉。
[0038]轉到圖2,在截面圖中示出了旋轉致動器100。旋轉致動器100包括沿著旋轉致動器 100的縱向軸線118(參見圖1)居中的定子組件120。與定子組件120同心并且位于其徑向外部的是轉子組件122，該轉子組件122可相對于定子組件120旋轉以最終控制連接元件104圍繞軸線118的角位置。該轉子組件提供了單級旋轉。然而，在其它實施例中，轉子組件可提供可相對于彼此旋轉的多個級。如下文中將更為詳細地說明的那樣，液壓致動結構形成在定子組件120和轉子組件122之間，以使轉子組件122相對于定子組件120旋轉。[〇〇39]進口歧管124安裝于轉子組件100的一個軸向端部處。如可從圖2中的截面圖中可看到的那樣，進口歧管124延伸到定子組件120中并與其密封地安裝以防止任何液壓流體泄漏。進口歧管124包括第一進口 126和第二進口 128。進口管130將第一進口 126與至少一個第一進口端口連通，并且在所示實施例中，與形成在第一進口腔室134中的多個第一進口端口132流體地連通。如可從圖2中看到的那樣，第一進口管130在定子組件120的內部腔室內延伸。
[0040]第二進口 128與至少一個第二進口端口連通，并且在所示實施例中，與形成在定子組件120的第二進口腔室138中的多個第二進口端口 136(參見圖3)流體地連通。進口管130 在定子組件120的內部腔室內延伸并在其端部處被密封地安裝在其中，如所示，以便將第一進口腔室134和第二進口腔室138流體地分離開。因此，并且如將在下文中所描述的那樣，可通過第一進口 126供給處于第一壓力的流體并且可通過進口 128供給處于第二壓力的流體。 多個進口端口 132與該液壓致動結構的第一多個壓力腔室連通。多個第二進口端口 136(參見圖3)與液壓致動結構的多個第二壓力腔室連通。由于這些第一壓力腔室和第二壓力腔室接收處于不同壓力下的流體，因此如下文中所討論的那樣來實現轉子組件122的液壓旋轉致動。
[0041]—對軸承蓋組件140、142被安裝于旋轉致動器100的相對的軸向端部處。每個軸承蓋組件140、142包括被剛性地連接到轉子組件122的外部可旋轉構件144、146,使得它們均可與之旋轉。每個軸承蓋組件140、142還包括形成在定子組件120的外壁和外部可旋轉構件 144、146的內壁之間的內部軸承元件148、150，如所示。每個軸承蓋組件140、142還包括被定位在定子組件120的外壁和外部可旋轉構件144、146的內壁之間的密封件152、154。密封件 152、154防止從形成在定子組件120和轉子組件122之間的液壓致動結構發生泄漏。
[0042]—對支架構件156、158被以位于軸承蓋組件142、144中的每一個的軸向外部的方式暴露出。支架構件156、158被剛性地連接到定子組件120,并且是可操作的以將旋轉致動器100安裝到渦輪發動機的壓縮機區段，如圖1處大致示出的那樣。所屬領域技術人員將認識到的是，由支架構件156、158中的每一個提供的具體安裝構造將根據將與其相關聯的壓縮機區段而發生改變。因此，每個支架構件156、158的所示形狀和設計并不以任何方式限制本發明。[〇〇43]旋轉位置傳感器160形成在定子組件120和轉子組件122之間。旋轉位置傳感器160 是可操作的以檢測轉子組件122相對于定子組件120的角位置并提供關于該角位置的相關信號。盡管并未示出，但將會立即認識到的是，旋轉位置傳感器160可被連接到控制器，該控制器提供對于在進口 126、128處提供的液壓的合適調節，以控制轉子組件122相對于定子組件120的角位置，從而最終控制圖1中所示的協調環106的位置。
[0044]現在轉到圖3,將更為詳細地描述形成在定子組件120和轉子組件122之間的液壓致動結構。如圖3中所示，轉子組件122包括外部殼體170。多個轉子葉片172從外部殼體170 的內表面174延伸并且密封地接觸定子組件120的外表面178。如可在圖3中看出的那樣，這些轉子葉片17 2被分別相對于旋轉致動器100的縱向軸線118 (參見圖1)定向于1點鐘、4點鐘、7點鐘和10點鐘的角位置處。然而，如將在下文中更為詳細描述的那樣，這些轉子葉片 172的角位置將根據由液壓源108(參見圖1)所供給的輸入壓力而發生改變。此外，圖3中所示的轉子葉片172的具體角位置(S卩1點鐘、4點鐘、7點鐘和10點鐘的角位置)并不限制本發明，這是因為可利用其它角位置，例如2點鐘、5點鐘、8點鐘和11點鐘的角位置。
[0045]定子組件120大致呈十字形并包括由此突出以與外部殼體170的內表面174接觸的多個定子葉片176。這些定子葉片176被示出為相對于旋轉致動器100的縱向軸線118(參見圖1)處于12點、3點、6點和9點鐘的角位置處。定子葉片176的角位置保持固定。
[0046]上文中引入的多個第一壓力腔室180和第二壓力腔室182形成在轉子葉片172和定子葉片176之間。更具體地，第一壓力腔室中的一個形成在每個定子葉片的一側上，而第二壓力腔室182形成在每個定子葉片176的另一側上。多個轉子密封件184和定子密封件186被安裝在轉子葉片172和定子葉片176中的每一個上，以便相對于每個第二壓力腔室182流體地密封住每個第一壓力腔室180。[〇〇47]仍然參考圖3，如上文中所討論的那樣，多個第二進口端口 136使通過第二進口 128 (參見圖2)提供的流體與多個第二壓力腔室182流體地連通。因此，這些第二壓力腔室182中的每一個都被在由通過第二進口 128提供的壓力下加壓。[〇〇48]同樣，并且現在轉到圖4,第一進口端口 132使第一進口 126(參見圖2)與第一壓力腔室180流體地連通。第一壓力腔室180由此被在與通過第一進口 126的流體相同的壓力下加壓。液壓源1〇8(參見圖1)是可操作的以便在第一進口 126和第二進口 128處提供不同的壓力。因此，第一壓力腔室180中的每一個均可處于與壓力腔室182中的每一個不同的壓力下。 該壓力失衡在轉子葉片172和定子葉片176中的每一個的相對兩側上形成合力失衡，從而導致轉子組件122圍繞軸線118(參見圖1)旋轉。如上文中所討論的那樣，該旋轉最終形成了使協調環106旋轉到它們所需位置以控制連接于其上的變距定子葉片的角定向的原因。因此， 由轉子葉片172、定子葉片176和第一壓力腔室180以及第二壓力腔室182形成的液壓致動結構優于所屬領域中的現有致動器，這是由于與如上文中所討論的外部施加力形成對比，所有的致動力均被從旋轉致動器100內液壓地提供。[〇〇49]現在轉到圖5,其示出了第一壓力腔室180和第二壓力腔室182之間的上述壓差的結果。如可從該視圖中看到的那樣，第二壓力腔室182中的每一個均處于比第一壓力腔室 180中的每一個高的壓力下。因此，轉子組件122已經在第二旋轉方向112中旋轉以改變其相對于軸線118(參見圖1)的角定向。由于連接元件104在外部殼體170上的剛性延伸，導致同樣已經改變了連接元件104的角位置。如上文中參照圖1所討論的那樣，這些連接元件104被經由連桿聯接到協調環106。
[0050]因此，移動到圖5中所示的定向的運動還導致每個協調環106在旋轉方向114中的運動。反之亦然。也就是說，在壓力腔室180中的每一個中的壓力大于壓力腔室182中的每一個中的壓力的情況下，轉子組件122將在如圖1中所示的第一旋轉方向110中旋轉，從而最終導致每個協調環在旋轉致動方向116中的運動。因此，第一壓力腔室180和第二壓力腔室182 中的每一個都具有可變體積。將會認識到的是，更少的轉子葉片172和定子葉片176可被用于實現上述功能。因此，應通過示例且并非限制地獲取四個轉子葉片172和四個定子葉片 176的使用。事實上，單個轉子葉片172和單個定子葉片176可被用于形成單個第一壓力腔室 180和單個第二壓力腔室182。
[0051]現在轉到圖6,將更為詳細地描述上述傳感器160。如可在圖6的截面圖中看出的那樣，傳感器160包括與軸承蓋組件142的外部可旋轉構件146剛性連接的銷188。因此，外部可旋轉構件146的任何旋轉均與如上所述的轉子組件122的旋轉相當，也導致銷188的類似旋轉。銷188延伸通過被穿過如所示的定子組件120形成的弧形狹槽190。銷188被連接到傳感器160的旋轉元件192。旋轉元件192被設置在定子組件120的內部內并且被經由軸承196可旋轉地安裝在其中。因此，旋轉元件192隨著銷188的旋轉而旋轉并且由此最終隨著轉子組件122的旋轉而旋轉。弧形狹槽190的具體角跨度可根據基于旋轉致動器100的具體設計在第一旋轉方向110和第二旋轉方向112(參見圖1)中的任一方向中的旋轉極限而變化。因此， 應僅作為示例來呈現用于弧形狹槽190的所示角跨度。
[0052]返回簡要地參考圖2,旋轉元件192被與傳感器160的旋轉傳感器194的臂聯接。因此，旋轉元件192的旋轉導致旋轉傳感器194的類似旋轉。旋轉傳感器194將該旋轉轉換成之后被向如上所討論的控制器提供的電信號。[〇〇53]現在轉到圖7,其中示出了根據本發明的教導的旋轉致動器200的第二實施例。除了其中轉子組件和定子組件的結構之外，旋轉致動器200的該實施例基本類似于上文中參照圖1-6所討論的實施例。因此，旋轉致動器200具有形成在轉子組件和定子組件之間的在結構上不同的液壓致動結構，從而使旋轉致動器200的轉子組件在第一旋轉方向210和第二旋轉方向212中旋轉。旋轉致動器200可被聯接到與圖1中所示的相同的壓縮機區段，并且因此是可操作的以便以與上述相同的方式控制多個協調環的旋轉位置。[〇〇54]旋轉致動器200包括在功能和結構上與上文中參照軸承蓋組件140、142描述的相同的軸承蓋組件240、242,一個關于軸承蓋組件240的不同之處在下文中進行討論。同樣，旋轉致動器200采用在功能和結構上與上文中參照支架構件156、158描述的相同的支架構件 256、258。旋轉致動器200還包括被流體地聯接到液壓源208的歧管224。歧管224在功能和結構上也與上文中參照歧管124所描述的相同。其同樣適用于關于液壓源108的液壓源208。 [〇〇55]在確立上述相似性的情況下，將對于旋轉致動器200的具體致動結構提供結構描述。現在具體參考圖8，歧管224包括第一進口 226和第二進口 228。進口管230將進口 226和至少一個第一進口端口流體地連通，并且在所示實施例中，與形成在第一進口腔室234中的多個第一進口端口 232流體地連通。第二進口 228與至少一個第二進口端口流體地連通，并且在所示實施例中，與設置在第二進口腔室238內的多個第二進口端口 236流體地連通。第一進口端口 232與一個或多個第一壓力腔室流體地連通。第二進口端口 236與一個或多個第二壓力腔室流體地連通。液壓源208(參見圖7)是可操作的以在不同的壓力下向進口 226、228 提供流體，從而形成與上文中所述的壓力失衡相似的壓力失衡，最終使轉子組件222相對于定子組件220旋轉。
[0056]更具體地，并且仍參考圖8,代替利用諸如上文中參照旋轉致動器100描述的轉子葉片和定子葉片之類的多個轉子葉片和定子葉片，旋轉致動器200利用包括限定一個或多個第二壓力腔室282的芯體構件272的轉子組件。如在下文中將更為詳細描述的那樣，定子組件220包括被接收在第二壓力腔室282中的多個活塞276。在該實施例中，第一壓力腔室 280被形成在芯體構件272的外部周圍，如將在下文中所描述的那樣。
[0057]同樣如圖8中所示，旋轉致動器200利用其結構和功能與上文中參照圖1所述的相同的傳感器260。傳感器260因此提供了對于轉子組件222的具體角定向的檢測。[〇〇58]更具體地，并且現在轉到圖9,其中示出了第一壓力腔室280和第二壓力腔室282。 如可在該視圖中看出的那樣，芯體構件272被剛性地安裝于轉子組件222的殼體270的內表面274。暫時返回參考圖8,第二壓力腔室282被布置在其第一列和第二列中。第二壓力腔室 282的第一列被成行布置并被設置在第二壓力腔室282的第二列的上方。返回圖9,第二壓力腔室282的第一列被通過橫向通道284彼此連通，橫向通道284又與第二進口端口 236(參見圖2)流體地連通。同樣，第二壓力腔室的第二列也通過橫向通道284彼此流體地連通。這些橫向通道284也與第二進口端口 236 (參見圖8)流體地連通。
[0059]如上所述，定子組件220包括被樞轉地安裝到其上并被接收在第二壓力腔室282中的多個活塞276。第二壓力腔室282被經由如所示的芯體構件密封件286相對于活塞276密封住。
[0060]第一壓力腔室280大致形成在定子組件220和芯體構件272的外部周圍。該第一壓力腔室280是連續的，然而，在本文中完全考慮到了分隔開該第一壓力腔室以形成多個第一壓力腔室280。如上文中所討論的那樣，第一壓力腔室280經由第一進口 226、進口管230和第一進口端口 232從液壓源208接收加壓流體。第二壓力腔室282經由第二進口端口 236和如上所述的橫向通道284從第二進口 228接收加壓流體。以與參照旋轉致動器100所述的方式相同的方式，液壓源208是可操作的以向第一壓力腔室280供給處于第一壓力下的加壓燃料并且向第二壓力腔室282供給處于不同于第一壓力的第二壓力下的加壓流體。因此，在第一壓力腔室280和第二壓力腔室282之間存在壓力失衡以及由此存在合力失衡，這將最終致使芯體構件272并且由此致使轉子組件222的其余部分在第一旋轉方向210和第二旋轉方向212 中的一個中旋轉，如圖8中所示。[〇〇61]因此，通過無需用以提供使轉子組件222旋轉所需的外力，經由第一壓力腔室280 和第二壓力腔室282形成的旋轉致動器200的液壓致動結構優于現有旋轉致動器。將會認識到的是，盡管已經描述了多個壓力腔室282和相應的活塞276,但旋轉致動器200可同樣在僅具有單個第二壓力腔室282及相關活塞276的情況下，或在具有比所示出的數量更多的第二壓力腔室282及相關活塞276的情況下實施。因此，應僅作為示例來呈現具體數量的第二壓力腔室282。
[0062]在圖10中更為詳細地示出了上述壓差的影響。如可在圖10中看出的那樣，第一壓力腔室280中的壓力大于壓力腔室282中的壓力。因此，轉子組件222的芯體構件272和轉子殼體270已經被相對于定子組件220在旋轉方向212中旋轉。因此，活塞276在第二壓力腔室 282內已經被移位到比圖9中所示的情形更大的程度。因此，可通過觀察圖10看出的是，第二壓力腔室282同樣具有可變體積。由于連接元件204在轉子殼體270上的剛性延伸，因此這些連接元件204的角位置也已經發生變化。如上文中所討論的那樣，連接元件204相對于軸線 218(參見圖7)的角定向的該變化導致被連接到連接元件204的協調環的相應旋轉。以與如上所述的方式相同的方式，連接元件204可根據應用在其數量和關于軸線218的角定向方面發生變化。[〇〇63]現在轉到圖11，提供其中所示的截面圖以示出橫向通道284和第二進口端口 236之間的流體連通。如上文中所介紹的那樣，軸承蓋組件240、242與如上文中參照旋轉致動器 100所述的基本相同，僅有一個明顯的不同之處。軸承蓋組件240包括使第二進口端口236和橫向通道284流體地連通的環形通道278。還應該注意的是，橫向通道284不僅延伸通過芯體構件272,而且延伸到軸承蓋組件240中。適當的密封件設置在軸承蓋組件240和芯體構件 272在橫向通道284處的接合處的周圍，以防止由此發生任何泄漏。[〇〇64]現在轉到圖12,示出了旋轉致動器300的第三實施例。該實施例與上文中所討論的旋轉致動器100、200基本相同，不同之處在于，它還采用了形成在其轉子組件和定子組件之間的不同的液壓致動結構，如在下文中所討論的那樣。旋轉致動器300包括將其聯接到液壓源308的歧管324。該液壓源308向上述液壓致動結構供給加壓流體以使旋轉致動器300的轉子組件在第一旋轉方向310和第二旋轉方向312中以與上文中所討論的方式相似的方式旋轉。
[0065]旋轉致動器300包括在其功能和結構上基本相同但具有在下文中所討論的不同之處的第一軸承蓋組件340和第二軸承蓋組件342。同樣，旋轉致動器300結合有在其結構和功能上與上文中所討論的基本相同的支架構件356、358。支架構件356、358將旋轉致動器300 安裝到如上文中參照圖1所討論的渦輪發動機的壓縮機區段的壓縮機殼體。旋轉致動器300 包括可被經由連桿連接到同樣如上文中參照圖1所討論的壓縮機區段的協調環106的多個連接元件304。與先前實施例的情況一樣，連接元件304的數量和角定向完全是專門的設計， 并且因此應僅作為示例來呈現所示出的具體數量和定向。
[0066]現在轉到圖13,示出了旋轉致動器300的截面圖并且將更為詳細地描述形成在定子組件320和轉子組件322之間的液壓致動結構。歧管324包括第一進口 326和第二進口 328。 進口管330使第一進口 326和第一進口腔室334流體地連通。至少一個第一進口端口，并且在所示實施例中，多個第一進口端口 332被設置在第一進口腔室334內。進口端口 332被用于使通過第一進口 326提供的加壓流體和形成在轉子組件320的外部周圍的第一壓力腔室380流體地連通。如將在下文中更為詳細討論的那樣，并且類似于上文中所討論的實施例，第一壓力腔室380具有可變體積。[〇〇67]第二進口 328使由液壓源308提供的流體與至少一個第二進口端口流體地連通，并且在所示實施例中，與形成在轉子組件320的第二進口腔室338中的多個第二進口端口 336 流體地連通。這多個第二進口端口向第二壓力腔室382提供來自第二進口 328的加壓燃料， 該第二壓力腔室382同樣具有可變體積，如在下文中所述。應該注意到的是，在圖13中所示的構造中，第一壓力腔室380的可變體積接近其最大值，而第二壓力腔室382的可變體積接近其最小值。[〇〇68]這些第一壓力腔室380和第二壓力腔室382形成在轉子組件322的活塞元件372的相對兩側上。活塞密封件384使第一壓力腔室380相對于第二壓力腔室382流體地密封。多個螺旋螺紋376形成在定子組件320的外部部分上。多個螺旋螺紋386形成在轉子組件322的轉子殼體370的內部部分上。活塞元件372包括形成在其上的分別與螺紋378、386嚙合的內螺紋374和外螺紋378。如將在下文中更為詳細地討論的那樣，隨著壓力在第二壓力腔室382中增大，活塞元件372將相對于圖13從右向左線性地移動，并且同樣圍繞縱向軸線318(參見圖 12)旋轉。
[0069]活塞元件372、定子組件320和轉子組件322的轉子殼體370之間的螺紋接合為花鍵結構，使得活塞組件372和轉子殼體370之間的回轉比率是1:2。換句話說，轉子殼體370將相對于軸線318旋轉活塞元件372的兩倍。所屬領域技術人員將立即認識到的是，根據上文中討論的螺紋的具體構造，其它比率是完全可能的。
[0070]通過與上文中所討論的傳感器相同的傳感器360檢測轉子殼體370的上述旋轉。該信息被反饋到用于控制致動器300的控制器。
[0071]現在轉到圖14,更為詳細地示出了轉子組件322的上述旋轉。如可在該視圖中看出的那樣，如上文中所討論的那樣，由進口328提供的第二壓力腔室382中的壓力已經增加到大于第一壓力腔室380的壓力的量。因此，活塞元件372已經相對于軸線318線性且可旋轉地移動，并且因此通過上文中所討論的螺紋結構已經導致在轉子殼體370中的相應旋轉。以與上文中所述的實施例相同的方式，連接元件304(參見圖13)為轉子殼體370的剛性延伸部。
[0072]因此，連接元件304相對于軸線318的角定向已經改變，從而最終使上文中所討論的壓縮機區段的協調環旋轉。以與如上文中所述的方式相同的方式，液壓源308是可操作的以調節第一壓力腔室380和第二壓力腔室382中的壓力，從而控制活塞構件372的位置。同樣以與如上文中所討論的方式相同的方式，將認識到的是，合適的橫向通道被穿過軸承蓋組件340形成，從而使第二壓力腔室382經由環形通道390與第二進口端口 336流體地連通。因此，與需要外部致動器以提供致動力的在先設計不同，由旋轉致動器300的第一壓力腔室 380和第二壓力腔室382形成的液壓致動結構有利地提供了致動力以旋轉地致動旋轉致動器300。[〇〇73]盡管所屬領域技術人員將通過上文中提供的結構性描述立即領悟出操作本文中所述的旋轉致動器的實施例的方法，但下列內容提供了一種操作該旋轉致動器的方法的示例性實施例。出于解釋的目的，下列描述利用了旋轉致動器100，盡管將會認識到的是，在下列內容中所述的方法同樣適用于旋轉致動器200、300。[〇〇74]返回參考圖1-6，為了使轉子組件122在所需旋轉方向110、112中旋轉，液壓源108 向第一進口 126提供處于第一壓力的流體并且向第二進口 128提供處于第二壓力的流體。這些第一流體壓力和第二流體壓力被傳遞到如上所述的第一壓力腔室和第二壓力腔室。由于壓力是不相等的，因此力失衡作用在轉子葉片172上，從而致使轉子組件122圍繞縱向軸線 118的所需旋轉。傳感器160檢測該旋轉并通過合適的反饋將該信息反饋回去并控制回路， 從而此后繼續調節向第一進口 126和第二進口 128提供的流體的第一壓力和第二壓力。
[0075]如本文中所述，通過完全地消除了對于一種用以提供力以使該致動器旋轉的外部致動器的需要，根據本發明的旋轉致動器的實施例利用轉矩管型旋轉致動器克服了所屬領域中存在的問題。相反，經由形成在定子組件和轉子組件之間的本發明的液壓致動結構提供了該致動力。
[0076]包括本文中所引用的公開文獻、專利申請和專利在內的所有參考文獻被在此通過參引結合到本文中，如同每篇參考文獻均被單獨和明確地表明，以便被通過參引結合到本文中并且在本文中被全部闡明。[〇〇77]在描述本發明的上下文中(特別是在下列權利要求書的上下文中)的術語“一個”、 “一種”和“該”及類似術語的使用將被理解為涵蓋單數和復數形式，除非本文中另有說明或與上下文明確地相矛盾。術語“包括”、“具有”、“包含”和“含有”將被理解為開放性的術語 (即，意思是“包括，但不限于”)，除非另有說明。本文中對于數值范圍的引用僅旨在用作單獨地參考落在該范圍內的每個單獨的數值的簡化方法，除非本文紅另有說明，并且每個單獨的數值均被結合到本專利說明書中，如同被在本文中逐個細述。可以任何適當的順序來實施本文中所述的方法，除非本文中另有說明或另外與上下文明確地相矛盾。使用本文中所提供的任一及所有示例或示例性語言(例如，“諸如”)僅旨在更好地闡明本發明，且并不對本發明的范圍施加限制，除非另有要求。本專利說明書中的語言不應被理解為將任何不要求保護的元件表明為是實施本發明所必不可少的。
[0078]本文中描述了本發明的優選實施例，這些優選實施例包括用于實施本發明的發明人已知的最佳模式。在閱讀前述描述之后，那些優選實施例的變型對于所屬領域技術人員而言會變得明顯。發明人期望所屬領域技術人員酌情采用這種變型，并且發明人期望以不同于本文中明確描述的方式來實施本發明。因此，本發明包括附于此的權利要求書中闡述的主題的所有變型和等效方案，如由適用法律所允許的那樣。此外，本發明涵蓋了上述元件在其所有可能的變型中的任意組合，除非本文中另有指示或另外與上下文明確地相矛盾。
【主權項】
1.一種用于致動渦輪發動機的壓縮機區段的變距定子葉片的旋轉致動器，所述旋轉致 動器包括:定子組件，所述定子組件被沿著所述旋轉致動器的縱向軸線居中；環繞所述定子組件的轉子組件;所述轉子組件能夠相對于所述定子組件圍繞所述縱向 軸線旋轉；第一軸承組件和第二軸承組件，所述第一軸承組件和所述第二軸承組件被安裝于所述 定子組件的相鄰的相對軸向端處，并被連接在所述定子組件和所述轉子組件之間以允許所 述轉子組件相對于所述定子組件圍繞所述縱向軸線的旋轉；以及形成在所述轉子組件和所述定子組件之間的液壓致動結構，所述液壓致動結構包括至 少一個第一壓力腔室和至少一個第二壓力腔室，所述至少一個第一壓力腔室是可操作的以 便接收處于第一壓力下的液壓流體，所述至少一個第二壓力腔室是可操作的以便接收處于 不同于所述第一壓力的第二壓力下的液壓流體，從而在所述至少一個第一壓力腔室和所述 至少一個第二壓力腔室之間形成壓差，所述壓差是可操作的以使所述轉子組件圍繞所述縱 向軸線旋轉。2.根據權利要求1所述的旋轉致動器，其中，所述旋轉致動器還包括進口歧管，所述進 口歧管具有第一進口和第二進口，并且所述定子組件包括限定第一進口腔室和第二進口腔 室的內部空腔，所述第一進口腔室與所述第一進口流體連通，所述第二進口腔室與所述第 二進口流體連通。3.根據權利要求2所述的旋轉致動器，其中，所述旋轉致動器還包括進口管，所述進口 管從所述第一進口延伸并將所述第一進口腔室相對于所述第二進口腔室流體地密封住。4.根據權利要求3所述的旋轉致動器，其中，所述第一進口腔室包括使所述第一進口和 所述至少一個第一壓力腔室流體連通的至少一個進口端口，并且所述第二進口腔室包括使 所述第二進口和所述至少一個第二壓力腔室流體連通的至少一個進口端口。5.根據權利要求1所述的旋轉致動器，其中，所述液壓致動結構包括從所述定子組件的 中心徑向向外地延伸的至少一個定子葉片以及從所述轉子組件的外部殼體的中空內表面 徑向向內地延伸的至少一個轉子葉片，所述至少一個定子葉片密封地接合所述轉子殼體的 所述內表面，所述至少一個轉子葉片密封地接合所述定子組件的外表面。6.根據權利要求5所述的旋轉致動器，其中，所述至少一個第一壓力腔室形成在所述至 少一個定子葉片的第一側上，并且所述至少一個第二壓力腔室形成在所述至少一個定子葉 片的第二側上。7.根據權利要求1所述的旋轉致動器，其中，所述液壓致動結構包括限定所述至少一個 第二壓力腔室的芯體構件，并且所述至少一個第一壓力腔室形成在所述芯體構件的外表面 和所述轉子組件的外部殼體的內表面之間。8.根據權利要求7所述的旋轉致動器，其中，所述液壓致動結構包括被可滑動地接收在 所述至少一個第二壓力腔室內的至少一個活塞，并且所述至少一個第二壓力腔室包括用于 密封地接合所述活塞以將所述至少一個第二壓力腔室相對于所述至少一個第一壓力腔室 流體地密封住的密封件。9.根據權利要求1所述的旋轉致動器，其中，所述液壓致動結構包括被沿著所述縱向軸 線居中并環繞所述定子組件的活塞元件，所述活塞元件中包括密封件，所述密封件徑向地封靠在所述轉子組件的外部殼體的內表面上，并且徑向地封靠在所述定子組件的外表面 上，所述至少一個第一壓力腔室形成在所述密封件的一側上，并且所述至少一個第二壓力 腔室形成在所述密封件的另一側上。10.根據權利要求9所述的旋轉致動器，其中，所述活塞元件的一部分具有內螺紋和外 螺紋，所述定子組件的外部的一部分具有螺紋，并且所述轉子組件的所述外部殼體的內部 的一部分具有螺紋，所述內螺紋能夠螺旋地接合所述定子組件的螺紋，并且所述外螺紋能 夠螺旋地接合所述轉子組件的所述外部殼體的螺紋，使得所述活塞元件能夠沿著所述縱向 軸線相對于所述定子組件線性且可旋轉地移動。11.根據權利要求1所述的旋轉致動器，其中，所述旋轉致動器還包括形成在所述轉子 組件的外部上的至少一個連接元件，所述至少一個連接元件被構造成將所述轉子組件連接 到所述渦輪發動機的所述壓縮機區段的協調環。12.根據權利要求1所述的旋轉致動器，其中，所述至少一個第一壓力腔室和所述至少 一個第二壓力腔室中的至少一個具有可變容積。13.—種用于致動渦輪發動機的壓縮機區段的變距定子葉片的旋轉致動器，所述旋轉 致動器包括:定子組件，所述定子組件被沿著所述旋轉致動器的縱向軸線居中；環繞所述定子組件的轉子組件;所述轉子組件能夠相對于所述定子組件圍繞所述縱向 軸線旋轉；第一軸承組件和第二軸承組件，所述第一軸承組件和所述第二軸承組件被安裝于所述 定子組件的相鄰的相對軸向端處，并被連接在所述定子組件和所述轉子組件之間以允許所 述轉子組件相對于所述定子組件圍繞所述縱向軸線的旋轉；以及形成在所述轉子組件和所述定子組件之間的液壓致動結構，所述液壓致動結構包括至 少一個第一壓力腔室和至少一個第二壓力腔室，其中，所述至少一個第一壓力腔室和所述 至少一個第二壓力腔室中的至少一個具有可變容積。14.根據權利要求13所述的旋轉致動器，其中，所述液壓致動結構包括從所述定子組件 的中心徑向向外地延伸的至少一個定子葉片以及從所述轉子組件的外部殼體的中空內表 面徑向向內地延伸的至少一個轉子葉片，所述至少一個定子葉片密封地接合所述轉子殼體 的所述內表面，所述至少一個轉子葉片密封地接合所述定子組件的外表面。15.根據權利要求14所述的旋轉致動器，其中，所述至少一個第一壓力腔室形成在所述 至少一個定子葉片的第一側上，并且所述至少一個第二壓力腔室形成在所述至少一個定子 葉片的第二側上。16.根據權利要求13所述的旋轉致動器，其中，所述液壓致動結構包括限定所述至少一 個第二壓力腔室的芯體構件，并且所述至少一個第一壓力腔室形成在所述芯體構件的外表 面和所述轉子組件的外部殼體的內表面之間。17.根據權利要求16所述的旋轉致動器，其中，所述液壓致動結構包括被可滑動地接收 在所述至少一個第二壓力腔室內的至少一個活塞，并且所述至少一個第二壓力腔室包括密 封件，所述密封件用于密封地接合所述活塞以將所述至少一個第二壓力腔室相對于所述至 少一個第一壓力腔室流體地密封住。18.根據權利要求13所述的旋轉致動器，其中，所述液壓致動結構包括被沿著所述縱向軸線居中并環繞所述定子組件的活塞元件，所述活塞元件中包括密封件，所述密封件徑向 地封靠在所述轉子組件的外部殼體的內表面上，并且徑向地封靠在所述定子組件的外表面 上，所述至少一個第一壓力腔室形成在所述密封件的一側上，并且所述至少一個第二壓力 腔室形成在所述密封件的另一側上。19.根據權利要求18所述的旋轉致動器，其中，所述活塞元件的一部分具有內螺紋和外 螺紋，所述定子組件的外部的一部分具有螺紋，并且所述轉子組件的所述外部殼體的內部 的一部分具有螺紋，所述內螺紋能夠螺旋地接合所述定子組件的螺紋，并且所述外螺紋能 夠螺旋地接合所述轉子組件的所述外部殼體的螺紋，使得所述活塞元件能夠沿著所述縱向 軸線相對于所述定子組件線性且可旋轉地移動。20.—種使用旋轉致動器致動渦輪發動機的壓縮機區段的協調環的方法，所述方法包 括下列步驟:向所述旋轉致動器的液壓致動結構的至少一個壓力腔室供給處于第一壓力下的流體；向所述旋轉致動器的所述液壓致動結構的至少一個第二壓力腔室供給處于第二壓力 下的流體；以及其中，供給處于所述第一壓力的所述流體和處于所述第二壓力下的所述流體的步驟形 成了作用在所述液壓致動結構上的力失衡，以使所述液壓致動結構的轉子組件相對于定子 組件圍繞所述旋轉致動器的縱向軸線旋轉。
【文檔編號】F15B15/06GK106030047SQ201580009967
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年2月26日
【發明人】B·E·霍姆克
【申請人】伍德沃德公司