НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ КОМПРЕССОРА И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОВОРОТНОЙ ЛОПАТКОЙ В ЭТОМ АППАРАТЕ ( ВАРИАНТЫ ) Российский патент 2007 года по МПК F04D29/54 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству управления лопатками с регулируемым углом установки и к направляющему аппарату компрессора, снабженному таким устройством. Изобретение предназначено в основном для использования в авиации при управлении угловым положением направляющих лопаток ввода воздуха в компрессоры турбомашин, таких как газотурбинные авиационные двигатели.

Уровень техники

Известные устройства для управления лопатками с регулируемым углом установки в турбомашине обычно содержат орган управления в виде кольца, окружающего корпус турбомашины, и несколько рычагов или тяг, причем каждая тяга соединена одним концом с кольцом управления с помощью шарнирного соединения, а второй конец тяги укреплен на цапфе соответствующей лопатки.

Синхронизированное изменение углового положения лопаток осуществляется посредством поворота кольца вокруг оси турбомашины. Для обеспечения возможности следования за поворотным движением кольца связь между каждой тягой и кольцом обеспечивает, по меньшей мере, одну степень свободы поворота вокруг оси, направленной по существу радиально по отношению к кольцу. Однако поскольку тяга жестко укреплена на цапфе соответствующей лопатки, поворот кольца вызывает другие относительные движения между кольцом и частью тяги, прикрепленной к цапфе лопатки. Для приспособления к этим дополнительным движениям или, по меньшей мере, к части из них известно выполнение связи в виде шарового шарнира или аналогичного устройства, которое, кроме поворота вокруг оси, по существу радиальной по отношению к кольцу, допускает поворот вокруг оси, направленной касательно по отношению к кольцу. Было предложено также выполнение связи, обеспечивающее дополнительную степень свободы поступательного движения в направлении, по существу радиальном по отношению к кольцу. Среди других решений можно упомянуть решения по патентным документам Франции 2608678 А и 2746141 А.

Известен также патент США №6019574, в котором предложено выполнение механической шарнирной связи между цапфой лопатки и укрепленным на ней концом тяги в виде системы штыря и паза. При этом резьбовой конец цапфы лопатки проходит через отверстие, проточенное в тяге управления. Гайка, затянутая на резьбовом конце цапфы, позволяет соединить эти части для совместного поворота. В патентном документе ЕР 1010862 также описано шарнирное соединение, образованное пальцами-поводками, которые выполнены заодно с цапфой лопатки и проходят через вырезы в том конце тяги, который устанавливается на цапфу. Этот узел также удерживается от относительного поворота посредством гайки, навинченной на резьбовой конец цапфы лопатки.

Во всех решениях, описанных в указанных документах, воспроизводимость движения поворота цапфы лопатки под воздействием указанной тяги практически колеблется в пределах от 0,4° до 0,6°. Такая низкая точность обусловлена тем, что между различными деталями существуют зазоры за счет допусков на сборку устройства управления. В частности, зазор создается между цапфой и концом прикрепленной к нему тяги. Результатом является неточность на уровне привода тяги, что особенно отрицательно сказывается на функционировании всего устройства управления.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в устранении указанных недостатков и в создании устройства управления с использованием средств фиксации тяги, которые позволяют удерживать тягу на цапфе лопатки без зазоров. Изобретение направлено также на устранение погрешности передачи движения управления и на создание направляющего аппарата компрессора турбомашины, оснащенного подобными устройствами управления и, как следствие, свободного от указанной погрешности.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет создания устройства управления лопаткой с регулируемым углом установки для направляющего аппарата компрессора турбомашины, которое содержит тягу, соединительные средства, образующие шарнирное соединение между первым концом тяги и кольцом управления, и средства фиксации второго конца тяги на цапфе лопатки, подлежащей управлению. Устройство по изобретению характеризуется тем, что дополнительно содержит радиальную выемку, выполненную в цапфе лопатки и предназначенную для приема второго конца тяги. Эта выемка содержит, по меньшей мере, одну плоскую боковую стенку, наклоненную по отношению к продольной средней плоскости выемки и взаимодействующую с соответствующей наклонной боковой стенкой второго конца тяги. Устройство содержит также затягивающую крышку, которая наложена на второй конец тяги и на которую воздействуют средства фиксации. Затягивающая крышка имеет внутреннюю поверхность, обеспечивающую плоский контакт с наружной поверхностью второго конца тяги, на которую наложена указанная затягивающая крышка для удержания без зазора второго конца тяги на цапфе лопатки посредством контакта между указанными наклонными боковыми стенками.

Таким образом, второй конец тяги позиционирован на цапфе лопатки без зазоров благодаря наклонным плоскостям, выполненным на уровне радиальной выемки и на втором конце тяги. Фиксация второго конца тяги в неподвижном положении на цапфе лопатки обеспечивается с помощью затягивающей крышки, а ее блокировка от поворота - средствами фиксации. За счет этого достигается повышенная воспроизводимость поворота цапфы лопатки между тягой посредством тяги.

Паз, который выполнен на внутренней поверхности затягивающей крышки и в который частично входит второй конец тяги, позволяет оптимальным образом обеспечить фиксацию затягивающей крышки от поворота относительно других деталей.

Для того чтобы обеспечивать симметричную фиксацию тяги на цапфе лопатки, радиальная выемка в цапфе лопатки в оптимальном примере осуществления выполнена с двумя наклонными плоскими боковыми стенками, симметричными по отношению к продольной средней плоскости выемки. Две наклонные плоские боковые стенки могут быть также выполнены асимметричными по отношению к продольной средней плоскости выемки для того, чтобы предотвратить путаницу между передней и задней кромками тяги.

Настоящее изобретение охватывает также направляющий аппарат компрессора турбомашины, содержащий несколько устройств управления лопаткой с регулируемым углом установки, выполненных в соответствии с любым из рассмотренных вариантов осуществления данного устройства.

Перечень чертежей

Не являющийся ограничивающим пример осуществления настоящего изобретения, его дополнительные особенности и преимущества будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает устройство управления в соответствии с изобретением на виде в продольном разрезе,

фиг.2 изображает устройство по изобретению на виде в разрезе по линии II-II на фиг.1,

на фиг.3 устройство управления по фиг.1 представлено в перспективном изображении, с частичным вырезом.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1 представлена часть турбомашины, например авиационного турбореактивного двигателя, снабженного лопатками 10 с регулируемым углом установки. Эти лопатки могут быть, например, направляющими лопатками на входе компрессора турбомашины, расположенными по окружности вокруг оси турбомашины.

Как это само по себе известно, управление угловыми положениями лопаток 10 осуществляется с помощью кольца 20 управления, которое окружает корпус 22 турбомашины (на фиг.1 показано частично), и нескольких тяг 30. Каждая тяга 30 содержит первый конец 32, связанный с кольцом 20 управления посредством соединительных средств, образующих шарнирное соединение. Эти средства могут быть выполнены, например, в виде оси или пальца 24, который проходит через первый конец 32 тяги 30, и гнезда 26 в кольце 20 управления, в которое входит палец 24.

Второй конец 34 тяги 30 укреплен на цапфе 12 лопатки 10 с помощью средств 40 фиксации. Средства 40 фиксации, представленные на фиг.1, традиционно представляют собой систему винт-гайка, содержащую осевой резьбовой стержень 14, жестко соединенный или выполненный заодно с цапфой 12 лопатки, и контргайку 42. Средства фиксации могут быть также образованы винтом описанного типа и самотормозящей втулкой (не представлена), встроенной в цапфу 12 лопатки, если высота цапфы допускает размещение такой втулки. В этом случае в цапфе лопатки выполняют осевое отверстие для прохода винта.

На фиг.2 и 3 более подробно показан пример выполнения связи между тягой и цапфой лопатки в соответствии с изобретением.

На верхней поверхности 12а цапфы 12 лопатки 10 в том месте, где из нее выступает резьбовой стержень 14, выполнена радиальная выемка 16. Она ограничена с боковых сторон плоскими боковыми стенками 16а, 16b, которые наклонены по отношению к продольной средней плоскости Р выемки 16 и тяги 30. Угол наклона может составлять, например, от 35 до 55°.

Второй конец 34 тяги 30, снабженный отверстием 35 для прохода резьбового стержня 14 (или соответствующего винта), входит в радиальную выемку 16 частью своей толщины, ограниченной двумя боковыми стенками 34а, 34b, которые наклонены по отношению к продольной средней плоскости Р тяги. Наклон боковых стенок 34а, 34b соответствует наклону боковых стенок 16а, 16b выемки 16, на которые они опираются.

Крышка 44, снабженная проточкой 46 для прохода резьбового стержня 14 (или соответствующего винта), опирается на плоскую наружную поверхность 36 второго конца 34 тяги. В показанном примере эта опора осуществлена посредством плоской поверхности (дна) 48а паза 48, который выполнен радиально в крышке 44 и является ответным по форме второму концу 34 тяги на ее участке вблизи поверхности 36.

Затягивающее осевое усилие, создаваемое гайкой 42 (или соответствующим винтом) на крышку 44 и передаваемое через плоский контакт между плоскими поверхностями 36, 48а, прижимает наклонные боковые стенки 34а, 34b тяги 30 к наклонным боковым стенкам 16а, 16b выемки 16. За счет этого между тягой 30 и цапфой 12 лопатки создается не имеющее зазоров соединение для их совместного поворота.

В показанном примере выполнения боковые стенки 34а, 34b наклонены симметрично по отношению к продольной средней плоскости Р, как и боковые стенки 16а, 16b. В этой части устройство может быть выполнено по-другому. В частности, только две контактирующие боковые стенки, например 34а и 16а, могут быть наклонными, а другие стенки 34b, 16b могут не иметь наклона.

Может быть целесообразной асимметрия в положении наклонных боковых стенок 16а, 16b по отношению к средней плоскости Р выемки 16 для того, чтобы не было путаницы между передней и задней кромками тяги 30. Под асимметрией положения имеется в виду, что расстояние D1 (фиг.2) между одной из плоских боковых стенок 16а, 16b и средней плоскостью Р больше или меньше расстояния D2 между другой плоской боковой стенкой 16а, 16b и средней плоскостью Р.

Следует отметить также, что тяга 30 на своем втором конце 34 имеет большую толщину по сравнению с первым концом 32. Эта особенность позволяет получать лучшую посадку второго конца 34 тяги в выемку 16 в цапфе 12 лопатки.

Устройство управления в соответствии с изобретением может содержать также втулку 50, окружающую цапфу 12 лопатки между затягивающей крышкой 44 и закраиной 52 отверстия в корпусе 22, в котором установлена лопатка 10. Эта втулка 50 предназначена для центрирования цапфы 12 лопатки с помощью антифрикционного материала, находящегося между отверстием корпуса и цапфой лопатки. Может быть предусмотрена регулирующая прокладка 54 между затягивающей крышкой 44 и втулкой 50 для компенсации возможного осевого зазора между этими деталями. В этом случае затягивающая крышка 44 опирается своей периферией на регулирующую прокладку 54. Кроме того, между закраиной 52 отверстия в корпусе 22 и основанием цапфы 12 лопатки может быть установлена антифрикционная шайба 56.

Изобретение относится к устройству управления лопаткой с регулируемым углом и к направляющему аппарату компрессора турбомашины. Оно содержит тягу (30), соединительные средства (24), образующие шарнирное соединение между первым концом (32) тяги и кольцом управления, и средства фиксации второго конца (34) тяги на цапфе (12) лопатки, подлежащей управлению, а также радиальную выемку (16), выполненную в цапфе лопатки и предназначенную для приема второго конца тяги. Эта выемка содержит, по меньшей мере, одну плоскую боковую стенку (16а), наклоненную по отношению к продольной средней плоскости (Р) выемки и взаимодействующую с соответствующей наклонной боковой стенкой (34а) второго конца тяги, и затягивающую крышку (44), которая наложена на второй конец тяги и на которую воздействуют средства фиксации. Указанная затягивающая крышка имеет внутреннюю поверхность (48а), обеспечивающую плоский контакт с наружной поверхностью (36) второго конца тяги для удержания без зазора второго конца тяги на цапфе лопатки посредством контакта между указанными наклонными боковыми стенками. 3 н. и 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство управления лопаткой с регулируемым углом установки для направляющего аппарата компрессора турбомашины, содержащее тягу (30), соединительные средства (24, 26), образующие шарнирное соединение между первым концом (32) тяги и кольцом (20) управления, и средства (40) фиксации второго конца (34) тяги на цапфе (12) лопатки (10), подлежащей управлению, отличающееся тем, что дополнительно содержит радиальную выемку (16), выполненную в цапфе лопатки и предназначенную для приема второго конца (34) тяги (30), причем указанная выемка имеет, по меньшей мере, одну плоскую боковую стенку (16а, 16b), наклоненную по отношению к продольной средней плоскости (Р) выемки и взаимодействующую с соответствующей наклонной боковой стенкой (34а, 34b) второго конца тяги, и затягивающую крышку (44), которая наложена на второй конец тяги и на которую воздействуют средства (40) фиксации, причем указанная затягивающая крышка имеет внутреннюю поверхность (48а), обеспечивающую плоский контакт с наружной поверхностью (36) второго конца тяги, на которую наложена указанная затягивающая крышка для удержания без зазора второго конца (34) тяги (30) на цапфе (12) лопатки посредством контакта между указанными наклонными боковыми стенками.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиальная выемка (16) в цапфе (12) лопатки выполнена с двумя наклонными плоскими боковыми стенками (16а, 16b), симметричными по отношению к продольной средней плоскости (Р) выемки.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиальная выемка (16), выполненная в цапфе (12) лопатки, выполнена с двумя наклонными плоскими боковыми стенками (16а, 16b), асимметричными по отношению к продольной средней плоскости (Р) выемки.4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что внутренняя поверхность (48а) затягивающей крышки (44) содержит паз (48) ответной формы по отношению к наружной поверхности (36) второго конца (34) тяги (30), на которую наложена указанная затягивающая крышка.5. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что тяга (30) содержит на уровне своего второго конца (34) часть, имеющую толщину больше толщины первого конца (32) тяги.6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит втулку (50), помещенную вокруг цапфы (12) лопатки и предназначенную для того, чтобы допускать центрирование цапфы лопатки в отверстии корпуса (22).7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит регулирующую прокладку (54), размещенную между затягивающей крышкой (44) и втулкой (50).8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что затягивающая крышка (44) также опирается на своей периферии на регулирующую прокладку (54).9. Устройство управления лопаткой с регулируемым углом установки для направляющего аппарата компрессора турбомашины, содержащее тягу (30), соединительные средства (24, 26), образующие шарнирное соединение между первым концом (32) тяги и кольцом (20) управления, и средства (40) фиксации второго конца (34) тяги на цапфе (12) лопатки (10), подлежащей управлению, отличающееся тем, что дополнительно содержит радиальную выемку (16), выполненную в цапфе лопатки и предназначенную для приема второго конца (34) тяги, причем указанная выемка имеет, по меньшей мере, одну плоскую боковую стенку (16а, 16b), наклоненную по отношению к продольной средней плоскости (Р) выемки и взаимодействующую с соответствующей наклонной боковой стенкой (34а, 34b) второго конца тяги, и затягивающую крышку (44), которая наложена на второй конец тяги и на которую воздействуют средства (40) фиксации, причем указанная затягивающая крышка имеет на уровне внутренней поверхности (48а) паз (48) ответной формы по отношению к части вблизи наружной поверхности (36) второго конца (34) тяги (30), на которую наложена указанная затягивающая крышка, для удержания без зазора второго конца (34) тяги (30) на цапфе (12) лопатки посредством контакта между указанными наклонными боковыми стенками.10. Направляющий аппарат компрессора турбомашины, содержащий несколько устройств управления лопаткой с регулируемым углом установки, выполненных в соответствии с любым из предыдущих пунктов.