Устройство поворота направляющих лопаток компрессора, а также сопловых лопаток турбины

Изобретение используется для поворота направляющих лопаток компрессора, а также сопловых лопаток турбины, применяемых в авиационной технике, для уменьшения усилия на поворот, повышения точности установки лопаток в потоке, что повышает коэффициент полезного действия компрессора, турбины и двигателя. Устройство поворота направляющих лопаток компрессора, а также сопловых лопаток турбины включает корпус с лопатками, регулирующее кольцо, расположенное концентрично корпусу и соединенное с каждым рычагом лопатки через шарнир, допускающий радиальное перемещение, имеет дополнительное кольцо, расположенное концентрично регулирующему кольцу и соединенное с ним цилиндрическим шарниром, которое через шарниры, допускающие радиальное перемещение, соединено по крайней мере с тремя дополнительными рычагами, закрепленными на цапфах лопаток и расположенными относительно цапфы диаметрально-противоположно основным рычагам. 4 ил.

 

Изобретение относится к авиационной технике, а более конкретно к регулированию лопаток направляющих аппаратов компрессора и сопловых лопаток турбины.

Известен осевой компрессор газотурбинного двигателя (патент РФ №2111385, МПК 6 F04D 19/02, 06.04.1995 г.), содержащий корпус и размещенные внутри него направляющие лопаточные аппараты с поворотными лопатками, на хвостовиках которых зафиксированы поворотные рычаги, шарнирно связанные с синхронизирующими кольцами, на корпусе параллельно его оси установлен приводной вал с возможностью вращения и связанный с механизмом привода при помощи рычага, шарнирно связанного с регулируемой тягой, и связанный с синхронизирующими кольцами посредством рычага, шарнирно связанного регулируемой тягой, при этом на корпусе установлен второй приводной вал и второй привод, причем второй приводной вал связан со вторым приводом аналогично первому валу и каждый вал снабжен дополнительным рычагом, шарнирно связанным с дополнительной регулируемой тягой, соединенной с синхронизирующим кольцом, а оси общих шарниров расположены в одной плоскости с осью соответствующего вала, при этом с приводными валами связаны по меньшей мере три синхронизирующих кольца.

Недостатком аналога является то, что на корпусе установлены два приводных вала с возможностью вращения, два рычага, две регулируемые тяги, соединенные с синхронизирующими кольцами, все это усложняет конструкцию. Кроме того, во время работы компрессора корпус нагревается до большей температуры, чем регулирующие элементы, из-за чего возникают деформации, что в конечном счете приводит к уменьшению точности установки лопаток по потоку и к увеличению усилий для поворота лопаток.

Известно выбранное за прототип устройство поворота сопловых лопаток газовой турбины (патент США, №3632224, МПК F04D 27/00, 02.03.1970 г.), в котором регулирующие кольца, поворачивающие лопатки, имеют торцевые зубья. Рычаги сопловых лопаток снабжены зубчатыми секторами. Регулирующие кольца, кроме соединения с рычагами сопловых лопаток, имеют связь с зубчатым колесом, имеющим ось, расположенную радиально.

Недостатком прототипа является то, что регулирующие кольца имеют опоры на корпусе, в результате чего уменьшается точность установки сопловых лопаток по потоку и увеличению усилий для поворота лопаток.

С целью исключения недостатков прототипа предлагаемое устройство поворота направляющих лопаток компрессора, а также сопловых лопаток турбины, содержащее корпус с расположенными в нем радиально на цапфах лопатками, имеющими рычаги, закрепленные на их цапфах, регулирующее кольцо, расположенное концентрично корпусу и соединенное с каждым рычагом лопатки через шарнир, допускающий радиальное перемещение, имеет дополнительное кольцо, расположенное концентрично регулирующему кольцу и соединенное с ним цилиндрическим шарниром, которое через шарниры, допускающие радиальное перемещение, соединено по крайней мере с тремя дополнительными рычагами, закрепленными на цапфах лопаток и расположенными относительно цапфы диаметрально противоположно основным рычагам.

На фигурах 1 и 2 представлена схема устройства поворота направляющих лопаток компрессора, а также сопловых лопаток турбины.

На фигурах 3 и 4 представлено конструктивное исполнение устройства поворота направляющих лопаток компрессора, а также сопловых лопаток турбины.

В связи с тем, что одинаковые элементы по всем фигурам обозначены одними цифрами нумерация идет с 1 по 19 по всем фигурам.

Регулируемая лопатка 1 закреплена цапфой 2 в корпусе 3 и имеет закрепленный на цапфе рычаг 4. Не менее трех лопаток одного аппарата дополнительно имеют закрепленный на цапфе рычаг 5, расположенный диаметрально противоположно к рычагу 4 относительно оси вращения лопатки. Рычаги 4 и 5 через шарниры 6 или 7 соединены с регулирующим кольцом 8 и дополнительным кольцом 9, расположенными концентрично продольной оси Х аппарата. Кольца 8 и 9 соединены между собой цилиндрическим шарниром, допускающим поворот их относительно друг друга вокруг оси Х и не допускающим перемещения их относительно друг друга вдоль осей Y и Z.

На фигуре 1 шарнир 6 состоит из объединенных шарниров - шарового и цилиндрического. На фигуре 2 шарнир 7 представляет собой зубчатое зацепление ортогональной цилиндро-конической передачи, в которой рычаги 4 и 5 являются секторами цилиндрической шестерни, а кольца 8 и 9 имеют ответные торцевые зубья передачи.

На фигуре 3 упругое кольцо 10 обеспечивает герметичность по цапфе лопатки. Штифт 11 и винт 12 закрепляет рычаги 4 и 5 на цапфе 2. Шарнир 6 состоит из сферического подшипника 13 и цилиндрического штифта 14. Регулирующие кольца 8 и 9 разделены между собой шарикоподшипником 15.

На фигуре 4 рычаги 4 и 5 закреплены на цапфе 2 штифтом 16. Кольца 8 и 9 разделены между собой шарикоподшипником 17. Рычаги 4 и 5 соединены соответственно с кольцами 8 и 9 ортогональной цилиндро-конической передачей 18.

Гидроцилиндр 19 привода соединен с одним из колец 8 или 9 и с корпусом 3.

Устройство работает следующим образом: при повороте колец 8 или 9 приводом 19, рычаги 4, связанные с регулирующим кольцом через шарнир 6 или 7, поворачивают через цапфу 2 лопатку 1 и устанавливают ее под нужным углом к потоку в аппарате. Перемещению колец 8 и 9 относительно корпуса аппарата по оси Z препятствуют рычаги 4 и 5, расположенные на оси Y и, наоборот, перемещению по оси Y препятствуют рычаги, расположенные по оси Z. Таким образом рычаги 4 и 5 являются опорой для колец 8 и 9. При термических расширениях корпуса 3 аппарата, которые при работе обычно больше термических расширений регулирующих колец 8 и 9, шарниры 6 и 7 допускают одновременное радиальное перемещение рычагов 4 и 5, связанных с корпусом 3, относительно колец 8 и 9. При этом кинематическая схема устройства не нарушается.

Исключение опор для колец 8 и 9 на корпусе позволяет применить устройство для поворота сопловых лопаток турбины, а также направляющих лопаток последних ступеней компрессора, работающих при высокой температуре.

Применение устройства позволяет уменьшить усилия на поворот, повысить точность установки лопаток в потоке, что повышает коэффициент полезного действия компрессора, турбины и двигателя.

Устройство поворота направляющих лопаток компрессора, а также сопловых лопаток турбины, содержащее корпус с расположенными в нем радиально на цапфах лопатками, имеющими рычаги, закрепленные на их цапфах, регулирующее кольцо, расположенное концентрично корпусу и соединенное с каждым рычагом лопатки через шарнир, допускающий радиальное перемещение, отличающееся тем, что имеется дополнительное кольцо, расположенное концентрично регулирующему кольцу и соединенное с ним цилиндрическим шарниром, которое через шарниры, допускающие радиальное перемещение, соединено, по крайней мере, с тремя дополнительными рычагами, закрепленными на цапфах лопаток и расположенными относительно цапфы диаметрально-противоположно основным рычагам.