УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЦЕНТРОВКИ СИНХРОНИЗИРУЮЩЕГО КОЛЬЦА УПРАВЛЕНИЯ ПОВОРОТНЫМИ ЛОПАТКАМИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, РЯД ЛОПАТОК СТАТОРА КОМПРЕССОРА, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО, ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2010 года по МПК F01D17/16 F04D29/56 F01D9/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области устройств регулирования центровки синхронизирующего кольца управления поворотными лопатками газотурбинного двигателя по его оси.

Предшествующий уровень техники

В газотурбинном двигателе, как известно, используют одну или несколько ступеней лопаток статора для корректировки потока и направления движения газов, проходящих через компрессионное сечение, в зависимости от режима работы газотурбинного двигателя. Эти ступени лопаток статора содержат множество лопаток (называемых поворотными лопатками), которые могут поворачиваться вокруг своей оси соединения со статором таким образом, чтобы их установочный угол мог быть изменен в зависимости от режима работы газотурбинного двигателя.

Известные устройства управления поворотными лопатками обычно содержат узел управления, выполненный в виде кольца, охватывающего картер газотурбинного двигателя, и множество рычагов или поводков, при этом каждый поводок содержит первый конец, соединенный с кольцом управления при помощи шарнира, и второй конец, установленный на поворотном штифте соответствующей лопатки. Таким образом, синхронное изменение углового положения лопаток осуществляют путем поворота кольца вокруг оси газотурбинного двигателя.

Для повышения коэффициента полезного действия газотурбинных двигателей необходимо повысить точность установочного угла лопаток статора. Для этого стараются обеспечить идеальную коаксиальность между кольцом управления этими лопатками и поверхностью окружности газотурбинного двигателя, каковой является кожух картера. Как правило, такой коаксиальности добиваются при помощи колодок, соединенных с кольцом при помощи монтажных устройств и окружающих кожух картера с минимальным зазором.

Устройства для установки колодок на кольцо управления должны обеспечивать регулирование колодок в радиальном направлении. Так, известен патент US 5387080, в котором раскрыто устройство регулирования коаксиальности кольца управления с использованием колодок, радиальное положение которых регулируют при помощи двойного винта, два участка которого имеют слегка отличающиеся друг от друга винтовые углы.

При использовании такого типа устройства отмечается, что на различных фазах работы газотурбинного двигателя некоторые колодки теряют контакт с кожухом картера, в результате чего появляются вибрации, приводящие к полному износу резьбы двойного винта. Вследствие этого регулирование зазора между колодками и кожухом картера становится невозможным.

Кроме того, при использовании такого устройства невозможно снимать одну или несколько колодок, не прибегая к демонтажу всех деталей ступени поворотных направляющих лопаток и, в частности, кольца управления. Действительно, каждая колодка жестко соединена со своим колодкодержателем, оборудованным стержнем, насквозь проходящим через кольцо и завинчиваемым в кольцо с его нижней части. Поэтому, благодаря наличию кожуха картера, колодку невозможно снять в нижней части кольца.

Сущность изобретения

Основной задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков при помощи простого и надежного устройства регулирования центровки кольца, позволяющего получить выигрыш во времени при монтаже и демонтаже.

В этой связи объектом настоящего изобретения является устройство регулирования центровки кольца управления поворотными лопатками газотурбинного двигателя, содержащее множество колодок, предназначенных для вхождения в контакт с кольцевой поверхностью, коаксиальной с кольцом, при этом каждая поворотная лопатка соединена с кольцом управления при помощи поводка, первый конец которого закреплен на кольце управления при помощи цапфы, установленной радиально на упомянутом кольце, и второй конец которого установлен на поворотном штифте лопатки, при этом каждая из колодок жестко соединена с колодкодержателем, отличающееся тем, что каждый колодкодержатель закреплен на кольце управления при помощи соединительных систем, предназначенных для сборки на верхней части кольца.

Под креплением на нижней части кольца управления следует понимать закрепление колодкодержателя на внутренней поверхности кольца. Под соединением на верхней части кольца управления следует понимать сборку соединительных систем снаружи кольца.

Закрепление каждого колодкодержателя на нижней части кольца с использованием соединительных систем, собираемых на верхней части кольца, позволяет осуществлять демонтаж соединительных систем на верхней части кольца. Для обеспечения доступа к колодке нет нужды демонтировать кольцо управления и каждую деталь системы с переменными установочными углами. Таким образом, в значительной мере облегчается монтаж и демонтаж колодок.

Согласно отличительному признаку настоящего изобретения устройство может дополнительно содержать средства регулирования радиального положения колодок.

Так, колодкодержатель предпочтительно содержит по существу трубчатую часть, выполненную в продольном направлении от кольца управления в сторону его внутреннего пространства с возможностью установки в ней дополнительной трубчатой части колодки, при этом устройство дополнительно содержит винт, предназначенный для завинчивания в трубчатую часть колодкодержателя с целью регулирования радиального положения колодки.

Согласно другому отличительному признаку настоящего изобретения устройство может также содержать средства блокирования проворачивания колодки в колодкодержателе.

Согласно еще одному отличительному признаку настоящего изобретения устройство может также содержать средства стопорения винта в колодке.

Предпочтительно, чтобы между трубчатой частью колодкодержателя и трубчатой частью колодки была установлена пружина, обеспечивающая амортизацию колодки на кольцевой поверхности.

Каждый колодкодержатель может быть установлен в радиальном продолжении цапфы лопатки, с которой он соединен. В этом случае предпочтительно, чтобы каждый колодкодержатель был закреплен на кольце управления при помощи двух соединительных систем, расположенных симметрично по обе стороны от цапфы лопатки, с которой он соединен.

В альтернативном варианте каждый колодкодержатель может быть смещен в угловом направлении по отношению к цапфе лопатки, с которой он соединен.

Предпочтительно, чтобы каждая из соединительных систем содержала винт, предназначенный для завинчивания в кольцо управления с его нижней части, и зажимную гайку.

Другими объектами настоящего изобретения также являются ряд лопаток статора компрессора и газотурбинный двигатель, содержащие указанное выше устройство регулирования центровки кольца.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей, иллюстрирующих пример выполнения не ограничительного характера, в числе которых:

Фиг.1 представляет собой схематичный вид ряда поворотных лопаток с кольцом управления.

Фиг.2 - вид в разрезе устройства регулирования согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - вид в разрезе устройства регулирования согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - вид в разрезе по IV-IV фиг.3.

Фиг.5 - вид в разрезе устройства регулирования согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание варианта осуществления изобретения

На фиг.1 частично показан компрессор газотурбинного двигателя с осью Х-Х. Компрессор содержит кольцевой кожух 10 статора, отцентрированный по оси Х-Х газотурбинного двигателя и охватывающий кольцевой ротор 12, ограничивая, таким образом, кольцевой газовоздушный тракт 14.

Кроме того, компрессор содержит множество лопаток, образующих несколько ступеней в газовоздушном тракте 14, некоторые из которых выполнены в виде поворотных лопаток 16. Эти поворотные лопатки 16 выполнены с возможностью поворота вокруг оси 18, проходящей через кожух 10 статора.

Каждая ось (или поворотный шкворень) 18 поворотных лопаток 16 соединена с концом поводка или рычага 20 управления при помощи наконечника 22. Другой конец поводков 20 шарнирно соединен с цапфами 24, установленными радиально на кольце 26 управления, охватывающем кольцевую поверхность 28, центрированную по оси Х-Х газотурбинного двигателя, с которой оно должно быть коаксиальным.

Объектом настоящего изобретения является устройство, позволяющее регулировать центровку кольца 26 управления относительно оси Х-Х газотурбинного двигателя. В частности, такое устройство должно поддерживать фиксированный радиальный промежуток между кольцом 26 управления и кольцевой поверхностью 28, центрированной по оси Х-Х.

Как показано на фиг.2-5, устройство регулирования центровки кольца 26 управления в соответствии с настоящим изобретения содержит, в частности, множество колодок 30, которые должны входить в контакт с кольцевой поверхностью 28.

Далее следует описание варианта выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением, показанного на фиг.2.

Каждая колодка 30 жестко соединена с колодкодержателем 32. Колодкодержатель 32 содержит по существу трубчатую часть 34, выполненную в продольном направлении от внутренней поверхности 26а кольца 26 управления в сторону его внутреннего пространства. Колодку 30, например, запрессовывают с свободный конец трубчатой части 34.

На уровне своего конца, противоположного колодке 30, трубчатая часть 34 колодкодержателя 32 заканчивается двумя крепежными фланцами 36, входящими в контакт с внутренней поверхностью 26а кольца 26.

Через эти фланцы 36 соединительные системы 38, например, типа болтового соединения, позволяют закрепить колодкодержатель 32 под кольцом 26 управления. В примере выполнения, показанном на фиг.2, два винта 38а проходят в радиальном направлении через кольцо 26, а на их свободных концах на фланцах 36 крепления колодкодержателя 32 завинчивают зажимные гайки 38b.

Как показано на фиг.2, винты 38а этих соединительных систем 38 устанавливают на верхней части кольца, то есть по направлению снаружи вовнутрь этого кольца, а зажимные гайки 38b закрепляют под кольцом 26 управления.

Таким образом, можно легко воздействовать на зажимные гайки 38b с нижней части кольца и отвинчивать винты 38а с верхней части кольца, не прибегая к демонтажу кольца управления и закрепленных на нем деталей. Благодаря этому демонтаж колодкодержателя 32 можно осуществлять, просто действуя на эти соединительные системы, не трогая кольца управления.

В варианте, показанном на фиг.1, колодкодержатель 32 можно располагать в радиальном продолжении цапфы 24 лопатки, с которой он соединен. В этом случае колодкодержатель 32 предпочтительно закрепляют под кольцом 26 управления при помощи двух соединительных систем 38, расположенных симметрично по обе стороны от цапфы 24 лопатки, с которой он соединен.

Предпочтительно, согласно другому варианту выполнения, не показанному на чертежах, колодкодержатель может быть смещен в угловом направлении по отношению к цапфе лопатки, с которой он соединен.

В примере выполнения, показанном на фиг.2, можно также отметить, что радиальное положение колодки 30 относительно кольцевой поверхности 28 не регулируется. Поэтому при таком техническом решении необходимо строго соблюдать допуски размеров деталей устройства для обеспечения функционального зазора между колодкой и кольцевой поверхностью.

Далее следует описание варианта выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением, показанного на фиг.3 и 4. Элементы, общие с устройством, показанным на фиг.2, обозначены теми же позициями и их описание опускается.

По сравнению с описанным выше вариантом выполнения трубчатая часть 34 колодкодержателя 32, установленная в продольном направлении от кольца 26 управления в сторону его внутреннего пространства и заканчивающаяся двумя крепежными фланцами 36, выполнена с возможностью установки в ней, например, путем скольжения, дополнительной трубчатой части 40 колодки 30. В этом варианте колодку 30 запрессовывают в свободный конец ее трубчатой части 40.

Устройство дополнительно содержит винт 42, завинчивающийся в трубчатую часть 40 колодки 30 с возможностью регулирования ее радиального положения. Для этого трубчатая часть 40 колодки 30 содержит внутреннюю резьбу (на чертежах не показана), соответствующую резьбе винта.

Регулировочный винт 42 устанавливают в продольном направлении, начиная от кольца 26 управления, в сторону его внутреннего пространства. Как показано на фиг.3, головка винта 42 оказывается зажатой между внутренней поверхностью 26а кольца 26 и трубчатой частью 34 колодкодержателя 32.

Кроме того, предусмотрены средства стопорения регулировочного винта 42 в колодке 30 для его блокировки в радиальном положении.

В примере, показанном на фиг.3 и 4, эти средства стопорения выполнены в виде самостопорящейся втулки 44, вставленной между винтом 42 и трубчатой частью 40 колодки 30. В альтернативном варианте эти средства стопорения могут быть образованы эллиптической деформацией внутренней резьбы или могут быть выполнены в виде дополнительно устанавливаемой самозаклинивающейся резьбовой части или в виде любого другого известного средства стопорения винта в резьбовом отверстии.

Согласно предпочтительному отличительному признаку настоящего изобретения соответствующие трубчатые части 34, 40 колодкодержателя 32 и колодки 30 имеют по существу многоугольное поперечное сечение, выполненное с возможностью блокировки проворачивания колодки 30 в колодкодержателе 32.

В примере, показанном на фиг.4, эти поперечные сечения по существу имеют квадратную форму. В альтернативном варианте они могут быть выполнены в виде прямоугольника, треугольника, шестиугольника и т.д.

Регулировку радиального положения колодки 30 по отношению к кольцевой поверхности 28 осуществляют следующим образом. Сначала устройство закрепляют под кольцом 26 управления при помощи соединительных систем 38. При завинчивании в большей или меньшей степени винта 42 в трубчатую часть 40 колодки последняя перемещается скольжением (без вращения) в неподвижной трубчатой части 34 колодкодержателя 32.

Таким образом, под действием завинчивания колодка 30 может перемещаться в радиальном направлении по отношению к кольцевой поверхности 28. Самостопорящаяся втулка 44 (или любое другое эквивалентное средство) позволяет в этом случае застопорить отрегулированную таким образом колодку.

Следует отметить, что доступ к регулировочному винту 42 можно осуществлять либо путем предварительного демонтажа рычага 20 управления и соединенной с ним цапфы 24, когда колодкодержатель 32 находится в ее радиальном продолжении (вариант, показанный на фиг.3), либо непосредственно через канал, выполненный в кольце (вариант не показан на чертежах).

Далее следует описание варианта выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением, показанного на фиг.5. Элементы, общие с устройством, показанным на фиг.3 и 4, обозначены теми же позициями и их описание опускается.

По сравнению с вариантом выполнения, описанным выше, устройство регулирования центровки кольца управления дополнительно содержит пружину 46, вставленную между соответствующими трубчатыми частями 34, 40 колодкодержателя 32 и колодки 30.

Наличие такой пружины 46 обеспечивает амортизацию колодок 30 на кольцевой поверхности 28 всего кольца 26 управления.

При помощи таких пружин можно гасить вибрации, возникающие на уровне кольца 26 управления и передаваемые на колодки 30. Таким образом, добавление пружины между колодкодержателем и колодкой позволяет поддерживать постоянный контакт между кольцевой поверхностью 28 и колодками 30 во время различных фаз работы газотурбинного двигателя.

Устройство регулирования центровки кольца управления поворотными лопатками газотурбинного двигателя относительно его продольной оси, в котором кольцо управления окружает кольцевую поверхность, центрированную по оси газотурбинного двигателя, содержит множество колодок, предназначенных для вхождения в контакт с указанной кольцевой поверхностью. Каждая поворотная лопатка соединена с кольцом управления при помощи поводка, первый конец которого закреплен на кольце управления при помощи цапфы, установленной радиально на упомянутом кольце, а его второй конец установлен на поворотном штифте лопатки. Каждая из колодок закреплена на колодкодержателе, причем каждый колодкодержатель закреплен под кольцом управления при помощи соединительных систем, предназначенных для сборки над кольцом. Каждый колодкодержатель содержит, по существу, трубчатую часть, проходящую в продольном направлении от кольца управления в сторону его внутреннего пространства с возможностью установки в ней дополнительной трубчатой части колодки. Устройство дополнительно содержит винт, предназначенный для завинчивания в дополнительную трубчатую часть колодки для регулирования радиального положения колодки. Другие изобретения группы относятся к ряду лопаток статора компрессора и газотурбинному двигателю, содержащим описанное выше устройство регулирования центровки кольца управления поворотными лопатками. Изобретения позволяют повысить надежность устройства регулирования центровки кольца, а также упростить его монтаж и демонтаж. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство регулирования центровки кольца (26) для управления поворотными лопатками (16) газотурбинного двигателя относительно его продольной оси (Х-Х), причем кольцо управления окружает кольцевую поверхность (28) центрированную по оси (Х-Х) газотурбинного двигателя, причем устройство содержит множество колодок (30), предназначенных для вхождения в контакт с указанной кольцевой поверхностью (28), при этом каждая поворотная лопатка (16) соединена с кольцом (26) управления при помощи поводка (20), первый конец которого закреплен на кольце управления при помощи цапфы (24), установленной радиально на упомянутом кольце, а его второй конец установлен на поворотном штифте (18) лопатки (16), при этом каждая из колодок (30) закреплена на колодкодержателе (32), причем каждый колодкодержатель (32) закреплен под кольцом (26) управления при помощи соединительных систем (38), предназначенных для сборки над кольцом, причем каждый колодкодержатель содержит, по существу, трубчатую часть (34), проходящую в продольном направлении от кольца (26) управления в сторону его внутреннего пространства с возможностью установки в ней дополнительной трубчатой части (40) колодки, при этом устройство дополнительно содержит винт (42), предназначенный для завинчивания в дополнительную трубчатую часть (40) колодки для регулирования радиального положения колодки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства блокировки проворачивания колодки (30) в колодкодержателе (32).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что соответствующие трубчатые части (34, 40) колодкодержателя (32) и колодки (30) имеют, по существу, многоугольное поперечное сечение для блокировки проворачивания колодки (30) в колодкодержателе (32).

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства (44) стопорения регулировочного винта (42) в колодке (30).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит пружину (46), установленную между трубчатой частью (34) колодкодержателя (32) и трубчатой частью (40) колодки (30), обеспечивающую амортизацию колодки на кольцевой поверхности (28).

6. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что каждый колодкодержатель (32) устанавливают в радиальном продолжении цапфы (24) лопатки, с которой он соединен.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что каждый колодкодержатель (32) закрепляют на кольце (26) управления при помощи двух соединительных систем (38), расположенных симметрично по обе стороны от цапфы (24) лопатки, с которой он соединен.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый колодкодержатель (32) смещают в угловом направлении по отношению к цапфе (24) лопатки, с которой он соединен.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая соединительная система (38) состоит из винта (38а), предназначенного для завинчивания в кольцо (26) управления снаружи, и из зажимной гайки (38b).

10. Ряд лопаток статора компрессора, содержащий, по меньшей мере, одно устройство по одному из пп.1-9.

11. Газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, одно устройство по одному из пп.1-9.