(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210793423.8 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 中国航发湖南动力机 械研究所 地址 412002 湖南省株洲市董家塅高科园 中国航发动研所 (72)发明人 唐朋　张骏　安志强　金海良　 (74)专利代理 机构 北京知联天下知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11594 专利代理师 张陆军 (51)Int.Cl. F04D 29/46(2006.01) F04D 29/56(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于齿轮传动的变弯度导叶及其设计方法 (57)摘要 本发明适用于叶轮机械领域， 提供了一种基 于齿轮传动的变弯度导叶及其设计方法， 所述导 叶包括前段叶片、 后段叶片以及设置在前段叶片 和后段叶片之间的驱动件； 所述驱动件用于驱动 所述前段叶片和后段叶片转动。 通过设计一个旋 转中心与导叶调节中心重合的主动齿轮， 在前段 叶片出口以及后段叶片进口分别设计两个不同 节圆半径的从动齿轮与其啮合， 通过不同的齿轮 传动比， 仅需调节主动齿轮， 实现前、 后两段叶片 按既定的不同角度规律调节。 同时， 齿轮啮合又 能在两排叶片间保持良好的密封性， 两段叶片之 间实现密封， 能保持较好的密封效果， 在任何调 节角度下， 气流 不会从叶盆到叶背发生泄漏。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 115289069 A 2022.11.04 CN 115289069 A 1.一种基于齿轮传动的变弯度导叶， 其特 征在于， 所述 导叶包括： 前段叶片(1)、 后段叶片(2)以及设置在前 段叶片(1)和后段叶片(2)之间的驱动件； 所述驱动件分别与前段叶片(1)和后段叶片(2)在接触处配合安装， 所述驱动件与前段 叶片(1)和后段叶片(2)在接触处密封贴合； 所述驱动件用于驱动所述前 段叶片(1)和后段叶片(2)转动。 2.根据权利要求1所述的基于齿轮传动的变弯度导叶， 其特征在于， 所述驱动件为主动 齿轮(3)。 3.根据权利要求2所述的基于齿轮传动的变弯度导叶， 其特征在于， 所述主动齿轮(3) 的两端分别安装有主动齿轮尖部旋转轴(11)和主动齿轮根部旋转轴(14)， 所述主动齿轮 (3)绕主动齿轮尖部 旋转轴(1 1)和主动齿轮根部 旋转轴(14)旋转。 4.根据权利要求2所述的基于齿轮传动的变弯度导叶， 其特征在于， 所述前段叶片(1) 与主动齿轮(3)接触的一端上设置有与主动齿轮(3)啮合的前 段叶片从动齿轮(4)。 5.根据权利要求4所述的基于齿轮传动的变弯度导叶， 其特征在于， 所述前段叶片 从动 齿轮(4)的两端分别安装有 前段叶片尖部旋转轴(9)和前段叶片根部旋转轴(12)， 所述前段 叶片从动齿轮(4)绕前 段叶片尖部 旋转轴(9)和前 段叶片根部 旋转轴(12)旋转。 6.根据权利要求2 ‑5任一所述的基于齿轮传动的变弯度导叶， 其特征在于， 所述后段叶 片(2)与主动齿轮(3)接触的一端上设置有与主动齿轮(3)啮合的后段叶片从动齿轮(5)。 7.根据权利要求6所述的基于齿轮传动的变弯度导叶， 其特征在于， 所述后段叶片 从动 齿轮(5)的两端分别安装有后段叶片尖部旋转轴(10)和后段叶片根部旋转轴(13)， 所述后 段叶片从动齿轮(5)绕后段叶片尖部 旋转轴(10)和后段叶片根部 旋转轴(13)旋转。 8.一种如权利要求1 ‑7任一所述的基于齿轮传动的变弯度导叶的设计方法， 其特征在 于， 所述设计方法包括： 将完整导 叶分段， 确定前段叶片(1)与后段叶片(2)的分界线， 以及两段叶片各自的旋 转中心； 根据预期的调节角度， 确定前 段叶片(1)、 后段叶片(2)和驱动件的尺寸。 9.根据权利要求8所述的基于齿轮传动的变弯度导叶的设计方法， 其特征在于， 所述将 完整导叶分段， 确定前段叶片(1)与后段叶片(2)的分界线， 以及两段叶片各自的旋转中心 之前， 所述设计方法还 包括： 根据设计需求， 确定叶片造型几何参数， 进行叶片设计， 得到未分开的完整导叶。 10.根据权利要求8所述的基于齿轮传动的变弯度导叶的设计方法， 其特征在于， 所述 根据预期的调节角度， 确定前 段叶片(1)、 后段叶片(2)和驱动件的尺寸具体包括： 根据设计的前段叶片调节角度β1与后段叶片调节角度β2的角度调节比： i＝β2/β1， 确定 前段叶片从动齿轮的节圆半径Rf(6)与后段叶片从动齿轮的节圆半径Rl(7)之间的节圆半径 比： Rl/Rf＝1/i＝β1/β2； 预先指定主动齿轮的节圆半径Rm(8)及任意 一个从动齿轮的节圆半径； 根据节圆半径比、 主动齿轮的节圆半径Rm(8)以及任意一个从动齿轮的节圆半径， 得到 另一个从动齿轮的节圆半径； 根据主动齿轮的节圆半径Rm(8)、 两个从动齿轮的节圆半径以及节圆半径比， 设计相应 的齿轮。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115289069 A 2基于齿轮传动的变弯度导叶及其设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于叶轮机械领域， 特别涉及一种基于齿轮传动的变弯度导叶及其设计方 法。 背景技术 [0002]为了改善中低转速的性能， 常用进口可调导叶(Inlet  Guide Vane， IGV)改善压气 机的稳定性。 传统的可调导叶是一段式整体转动， 其不足之处是在较大角度变化时会出现 明显分离， 见 图1所示。 为了改善这一点不足， 变弯度导叶(Variable  Inlet Guide Vane， VIGV)应运而生， 变弯度导叶(Variable  Inlet Guide Vane， VIGV)可看作由两段叶片构成， 前、 后两段能独立调节或者仅一半可调， 见图2所示。 然而， 大量的文献资料表明， 由于两段 叶片之间存在一定的缝隙， 在压气机工作时， 会有气流通过缝隙由叶盆流向叶背， 从而导致 后半段叶片气流攻角增加， 加剧气流偏离趋势， 进而导致压气 机性能下降。 尽管很多研究者 对缝的形状、 角度、 宽度等进行了细致的优化， 但发现只要存在缝隙， 就难以阻止气流的泄 漏。 现有的用于变弯度导叶的密封结构在公开资料上比较少见， 可以查到的一种 是在两段 叶片之间采用胶条密封， 见图3所示， 但这种 方式的耐久性和安全性均存在一定的不足， 并 且在长时间、 大范围的角度调节时， 由于胶条收到反复挤压变形， 这种方式的密封可靠性会 大大下降。 [0003]另外， 仅后段可调的变弯度导叶由于前段 叶片气流无折转， 气流在后段 叶片通道 内大角度折转， 当叶片弦长较短或者稠度较小时， 同样存在一定的分离风险。 基于此， 研究 者提出了前、 后半段均可调的方案， 即前段叶片调节较小角度， 后段叶片调节较大角度， 作 为一种折中选择， 该方案可以保持前段叶片较好适应来流角度的前提下， 后段叶片弯角也 不至于过大， 因而可避免或者减小分离的风险。 目前， 已有的前后段均可调方案为独立调 节， 即需要两套独立的调节机构对两段叶片实现独立调节， 这种方式无疑大大增加了结构 复杂性以及调节的不确定性。 发明内容 [0004]针对上述问题， 一方面， 本发明公开了一种基于齿轮传动的变弯度导叶， 所述导叶 包括： [0005]前段叶片、 后段叶片以及设置在前 段叶片和后段叶片之间的驱动件； [0006]所述驱动件分别与前段叶片和后段叶片在接触处配合安装， 所述驱动件与前段叶 片和后段叶片在接触处密封贴合； [0007]所述驱动件用于驱动所述前 段叶片和后段叶片转动。 [0008]进一步地， 所述驱动件为主动齿轮。 [0009]进一步地， 所述主动齿轮的两端分别安装有主动齿轮尖部旋转轴和主动齿轮根部 旋转轴， 所述主动齿轮绕主动齿轮尖部 旋转轴和主动齿轮根部 旋转轴旋转。 [0010]进一步地， 所述前段叶片与主动齿轮接触的一端上设置有与主动齿轮啮合的前段说　明　书 1/4 页 3 CN 115289069 A 3