РЯД ЛОПАТОК СПРЯМЛЯЮЩЕГО АППАРАТА, ПРИВОДИМЫХ В ДВИЖЕНИЕ ПРИ ПОМОЩИ ПОВОРОТНОГО КОЛЬЦА, ПЕРЕМЕЩАЮЩЕГОСЯ ПРИ ПОМОЩИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРИВОДНЫХ СРЕДСТВ, КОМПРЕССОР, СНАБЖЕННЫЙ ТАКИМ РЯДОМ ЛОПАТОК, И ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2010 года по МПК F01D17/14 F04D29/56 F01D9/02 

Предлагаемое изобретение относится к турбореактивному двигателю, статор которого содержит, по меньшей мере, один ряд лопаток спрямляющего аппарата с изменяемым углом установки, выполненный в кожухе, причем упомянутые лопатки перемещаются при помощи поворотного приводного кольца, наружного по отношению к упомянутому кожуху и закрепленного на нем. Более конкретно, данное изобретение относится к электрическому приводу перемещения упомянутого кольца, предназначенному для повышения точности и быстроты реакции на управляющие команды позиционирования лопаток. Предлагаемое изобретение применяется, в частности, в области авиационных турбореактивных двигателей и, более конкретно, относится к компрессору, который входит в состав турбореактивного двигателя данного типа.

В газотурбинном двигателе упомянутого выше типа статор компрессора оборудован по меньшей мере одним рядом лопаток спрямляющего аппарата с изменяемым углом установки, ориентация которых в газовом потоке может быть отрегулирована. Таким образом, угол атаки лопаток может контролироваться в функции условий функционирования при помощи системы привода, которая управляет перемещением упомянутого кольца.

Так, например, в американском патенте №4130375 описано приводное кольцо, осуществляющее простое круговое перемещение и образованное двумя наложенными одно на другое кольцами. При этом внутреннее кольцо смонтировано на кожухе посредством штырей, проходящих в радиальном направлении, тогда как наружное кольцо, соединенное с приводными тягами, имеет возможность перемещаться по внутреннему кольцу при помощи роликов. Такая система при прочих равных условиях является достаточно тяжелой и громоздкой.

Кроме того, приведение в движение наружного кольца обеспечивается при помощи одного или нескольких приводных силовых цилиндров. Из этого следует, что точность позиционирования лопаток и быстрота осуществления соответствующего маневра могут оказаться недостаточными.

В то же время, в патенте ЕР 527593 описана конструкция линейного электрического двигателя, адаптированного для перемещений приводного кольца. В описанной в этой публикации системе используются электрические индукционные элементы, располагающиеся снаружи в радиальном направлении по отношению к упомянутому приводному кольцу. Эти индукционные элементы имеют значительные габаритные размеры, и их достаточно трудно интегрировать в пространство, предусмотренное на наружной части кожуха. Кроме того, это приводное кольцо не центрируется удовлетворительным образом, особенно в том случае, когда рассматривается возможность изменений диаметров (связанных с повышением температуры) между кольцом и кожухом, на котором это кольцо закреплено.

Задача предлагаемого изобретения в первую очередь заключается в разработке электрического привода для перемещения приводного кольца, не обладающего упомянутыми выше недостатками.

Поставленная задача решается тем, что в ряде лопаток спрямляющего аппарата с изменяемым углом установки, размещенных в кожухе, лопатки перемещаются при помощи системы управления их движением, имеющей в своем составе приводное кольцо, наружное по отношению к упомянутому кожуху и закрепленное на этом кожухе, и это кольцо связано при помощи рычагов с лопатками упомянутой ступени, согласно изобретению приводное кольцо подвергается перемещению в результате простого вращения относительно оси турбореактивного двигателя, причем упомянутая система управления перемещением содержит две коаксиальные части, а именно внутреннюю часть, жестко связанную с кожухом, и наружную часть, содержащую приводное кольцо, связанное с упомянутыми рычагами и направляемое с возможностью вращения относительно внутренней части, причем, по меньшей мере, один электрический приводной блок размещается между двумя упомянутыми частями.

В соответствии с предпочтительным способом осуществления изобретения определенная выше система отличается также тем, что упомянутая внутренняя часть содержит неподвижный кольцевой рельс, располагающийся выступающим образом на наружной поверхности кожуха коаксиально по отношению к нему, причем упомянутая наружная часть содержит, в дополнение к упомянутому приводному кольцу, по меньшей мере, три подвижные части, отстоящие друг от друга в окружном направлении и перемещаемые вдоль упомянутого рельса, при этом каждая подвижная часть соединена с упомянутым приводным кольцом при помощи радиальной направляющей конструкции, а упомянутый приводной блок размещен между одной из подвижных частей и упомянутой внутренней частью.

В соответствии с одним из возможных способов осуществления изобретения упомянутый приводной блок представляет собой линейный электрический двигатель, конструктивно разделенный между упомянутыми внутренней и наружной частями, в частности между наружной поверхностью кожуха и по меньшей мере одной из подвижных частей.

В соответствии с другим возможным способом осуществления изобретения приводной блок содержит шаговый электрический двигатель и средства зубчатого зацепления, имеющие в своем составе шестерню и зубчатую рейку и размещенные между осью этого двигателя и одной из упомянутых частей, причем корпус двигателя закреплен на другой части.

Описанная выше конструкция имеет уменьшенный радиальный габаритный размер и относительно небольшой вес. В предпочтительном варианте осуществления, описанном выше, обе части, наружная и внутренняя, сконструированы таким образом, чтобы, с одной стороны, всегда было обеспечено точное центрирование приводного кольца по отношению к оси турбореактивного двигателя при любых температурных воздействиях на кожух и на приводное кольцо, для чего, с другой стороны, те же самые изменения температуры не затрагивают соединения между элементами упомянутого приводного блока, установленными соответственно на упомянутых внутренней и наружной частях. Действительно, если электрический двигатель представляет собой так называемый линейный двигатель, необходимо, чтобы расстояние между статором и ротором оставалось строго постоянным, что соответствует рассматриваемому здесь случаю, поскольку один из этих элементов установлен на наружной стенке кожуха статора компрессора, а другой элемент установлен на подвижной части, подвергающейся перемещению на поверхности статора вдоль траектории, строго заданной упомянутым рельсом, жестко связанным с этим статором. Это расстояние остается неизменным при любой температуре, поскольку температурные изменения размеров между приводным кольцом и кожухом поглощаются упомянутой радиальной направляющей конструкцией.

В то же время, если электрический двигатель представляет собой шаговый двигатель, установленный на кожухе или на подвижной части, представляется существенным, чтобы шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатой рейкой, всегда располагалась на одном и том же расстоянии от нее для того, чтобы сохранять точность и качество передачи движения. Именно этот случай соответствует предлагаемой системе по тем же соображениям, о которых уже было сказано выше.

В соответствии с предпочтительным способом осуществления изобретения упомянутая наружная часть имеет в своем составе, по меньшей мере, четыре подвижные части, отстоящие друг от друга на по существу одинаковые расстояния в окружном направлении, и два идентичных приводных блока размещены соответственно между двумя по существу диаметрально противоположными подвижными частями, с одной стороны, и упомянутой внутренней частью, с другой стороны.

Предпочтительно для каждого приводного блока упомянутое кольцо содержит соединительную скобу в форме кругового сектора с увеличенным радиусом кривизны, выполненным для формирования пространства, заключающего в себе подвижную часть соответствующего приводного блока.

Предпочтительно радиальная направляющая конструкция, соответствующая подвижной части упомянутого приводного блока, установлена между этой подвижной частью и соседней соединительной скобой.

Предлагаемое изобретение также относится к компрессору, снабженному рядом лопаток спрямляющего аппарата описанного выше типа, а также к турбореактивному двигателю, имеющему в своем составе по меньшей мере один такой спрямляющий аппарат.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания его осуществления, приводимого только в качестве примера, со ссылками на приведенные в приложении фигуры чертежей, в числе которых:

- Фиг.1 представляет собой вид кожуха в разрезе по плоскости, перпендикулярной оси турбореактивного двигателя, демонстрирующий монтаж приводного кольца вокруг упомянутого кожуха;

- Фиг.2 представляет собой детальный вид в разрезе и в увеличенном масштабе части приводного кольца, показанного на фиг.1, оборудованной линейным двигателем;

- Фиг.3 представляет собой перспективный вид части приводного кольца в соответствии с вариантом реализации, оборудованной линейным двигателем;

- Фиг.4 представляет собой вид способа осуществления изобретения с использованием шагового двигателя;

- Фиг.5 представляет собой вид другого способа осуществления изобретения с использованием шагового двигателя.

Как это можно видеть на фиг.1-3, кожух 11 турбореактивного двигателя, имеющего ось X, закрывает лопатки спрямляющего аппарата 12 с изменяемым углом установки, одну из которых можно видеть на фиг.3. Эти лопатки не представлены на фиг.1. Каждая такая лопатка содержит поворотную ось 14, выступающую из кожуха компрессора и связанную при помощи рычага 16 с приводным кольцом 18, располагающимся снаружи по отношению к этому кожуху. Отверстия 20, ориентированные в радиальном направлении и выполненные в приводном кольце, в которые вставляются штифты 21, жестко связанные с концами упомянутых рычагов, являются овальными, поскольку перемещение упомянутого кольца является чисто окружным. Понятно, что вращение приводного кольца в окружном направлении заставляет лопатки 12 одновременно поворачиваться в кожухе на один и тот же угол. Таким образом, в том случае когда предлагаемое изобретение применяется для авиационного турбореактивного двигателя, пространственная ориентация лопаток может быть отрегулирована в функции условий полета.

Кожух 11 содержит на своей наружной части коаксиальный по отношению к нему неподвижный кольцевой рельс 24. В рассматриваемом здесь примере осуществления этот рельс выполнен в виде единой детали со стенкой кожуха и располагается выступающим образом на его наружной поверхности. Этот рельс по существу разделен на несколько отрезков, причем существуют только непосредственно используемые участки этого рельса. По меньшей мере три подвижные части 26а или 26b, отстоящие друг от друга в окружном направлении и предпочтительно располагающиеся на одном и том расстоянии друг от друга, приводятся в движение вдоль этого рельса. Каждая подвижная часть соединена с приводным кольцом при помощи радиальной направляющей конструкции 28, обеспечивающей точное автоматическое центрирование приводного кольца 18 по отношению к оси Х данного турбореактивного двигателя. В рассматриваемом здесь примере осуществления изобретения предусмотрены четыре подвижные части 26а, 26b, равномерно отстоящие друг от друга на угол в 90°, причем каждая из этих подвижных частей содержит радиальную направляющую конструкцию 28.

В соответствии с рассматриваемым примером осуществления изобретения рельс 24 состоит из двух параллельных колец 30а, 30b, жестко связанных с кожухом, и подвижные части 26а, 26b сформированы с возможностью перемещения между этими кольцами. Два эти кольца 30а, 30b (они разделены на отдельные участки) снабжены боковыми располагающимися друг против друга ребрами жесткости, и упомянутые подвижные части содержат ролики 34 с канавкой, образованной двумя коническими поверхностями, обкатывающиеся по упомянутым боковым ребрам жесткости. Кроме того, каждая подвижная часть 26а или 26b содержит основание, охватывающее упомянутое кольцо. Ролики 34 смонтированы с возможностью свободного вращения на этом основании.

В рассматриваемом примере осуществления изобретения каждая подвижная часть 26 содержит четыре ролика 34 с канавкой, образованной двумя коническими поверхностями, попарно взаимодействующих соответственно с двумя ребрами жесткости двух колец 30а, 30b.

Система управления перемещением совокупности лопаток имеет в своем составе главным образом две располагающиеся одна поверх другой коаксиальные части. В рассматриваемом примере осуществления изобретения под выражением "внутренняя часть" следует понимать систему элементов, жестко связанных с кожухом, в частности рельс 24, и под выражением "наружная часть" следует понимать систему элементов, которые имеют возможность перемещаться по отношению к упомянутой внутренней части, в частности упомянутое приводное кольцо 18 и упомянутые подвижные части 26а, 26b.

В соответствии с предлагаемым изобретением электрический приводной блок 40 размещен или распределен между двумя упомянутыми частями, внутренней и внешней. В данном случае под выражением "электрический приводной блок" следует понимать любую систему приведения в движение, способную обеспечить перемещение с использованием для этого электрической энергии.

Предпочтительным образом используемый в данном случае один или каждый приводной блок разделен между подвижной частью 26b и упомянутой внутренней частью.

Как это можно видеть, в частности, на фиг.2 и 3, приводной блок 40 представляет собой линейный электрический двигатель, конструктивно разделенный между упомянутой внутренней частью и подвижной частью, принадлежащей упомянутой наружной части.

Таким образом, этот линейный двигатель выполнен так, чтобы расстояние между его подвижной частью 40а и его неподвижной частью 40b оставалось неизменным, в частности, при любых изменениях диаметра между приводным кольцом 18 и кожухом 11, связанных с повышением температуры. Таким образом, соединение, обеспечиваемое этим двигателем, остается неизменным так же, как и точность обеспечиваемого этим двигателем перемещения.

Этот линейный двигатель, таким образом, имеет в своем составе "статор" (то есть неподвижную часть 40b), размещенный на кожухе 11 и располагающийся между двумя параллельными кольцами рельса на некоторой длине искривленной наружной поверхности кожуха. Этот линейный двигатель также имеет в своем составе "ротор" (то есть подвижную часть 40а), размещенный на подвижной части 26 и перемещающийся против этого статора. Ротор и статор этого двигателя имеют постоянный и примерно одинаковый радиус кривизны для того, чтобы их располагающиеся друг против друга поверхности всегда оказывались отстоящими друг от друга на небольшое и постоянное расстояние.

В рассматриваемом здесь варианте осуществления, где упомянутая наружная часть имеет в своем составе четыре по существу отстоящие друг от друга на одинаковые расстояния в окружном направлении подвижные части, предусмотрены два идентичных приводных блока 40, размещенные соответственно между двумя по существу противоположными друг другу подвижными частями 26b, с одной стороны, и упомянутой внутренней частью, с другой стороны. Две подвижные части 26b, на которых закреплены элементы линейного двигателя, являются более длинными, чем две другие подвижные части.

В соответствии со способом осуществления, представленным на фиг.1 и 2, для каждого приводного блока 40 приводное кольцо 18 содержит соединительную скобу 45 в форме сектора с увеличенным радиусом кривизны. Эта соединительная скоба 45 закреплена на двух других участках 46а, 46b приводного кольца при помощи радиально расположенных винтов. Каждая соединительная скоба 45 выполнена таким образом, чтобы выдерживать пространство 48, перекрывающее подвижную часть 26b, на которой располагается соответствующая часть приводного блока 40. Радиальная направляющая конструкция 28, соответствующая этой подвижной части, на которой установлена часть приводного блока, размещена между упомянутой подвижной частью 26b и соседней соединительной скобой 45. В данном случае речь идет о стержне, проходящем в радиальном направлении, жестко связанном с подвижной частью и вставленном в гильзу качения 50. Эта гильза проходит в радиальном отверстии, выполненном в соединительной скобе 45. При этом описанная конструкция может быть обратной (это означает, что упомянутая гильза может быть жестко связана с подвижной частью и упомянутый стержень может быть жестко связан с соединительной скобой) без изменения направляющей функции в радиальном направлении.

Рычаги 16, присоединенные к приводному кольцу, установлены в радиальном направлении снаружи по отношению к этому кольцу, за исключением рычагов, присоединенных к соединительным скобам 45, которые установлены в радиальном направлении изнутри по отношению к ним. Таким образом, все эти рычаги вписываются в одну и ту же цилиндрическую поверхность.

На фиг.3 схематически проиллюстрирован вариант осуществления изобретения, в котором используется линейный электрический двигатель описанного выше типа, в соответствии с которым корпус подвижной части 26с составляет неотъемлемую часть приводного кольца 18 и соединен с ним при помощи двух описанных выше радиальных направляющих конструкций 28.

Более конкретно, упомянутый корпус содержит колпак 55 на каждом своем конце, в котором смонтирован радиальный стержень, скользящий в отверстии, выполненном в соседнем конце отрезка кольца. Корпус подвижной части также содержит удлиненные полости 58, закрывающие элементы ротора линейного электрического двигателя. В этом варианте осуществления габаритные размеры приводного кольца 18 в радиальном направлении не увеличиваются в результате интегрирования линейного электрического двигателя.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения, схематически представленными на фиг.4 и 5, упомянутый приводной блок имеет в своем составе шаговый электрический двигатель 60 и средства зубчатого зацепления шестерни 61 с зубчатой рейкой 62, выполненные между осью двигателя и одной из упомянутых внутренней или наружной частей, причем корпус двигателя закреплен на другой, наружной или внутренней части соответственно. Таким образом, если рассматривать фиг.4, упомянутый двигатель размещен на подвижной части 26b, тогда как зубчатая рейка 62 жестко связана с верхней поверхностью кожуха. В соответствии с этим не являющимся ограничительным примером осуществления ось приводного электрического двигателя проходит параллельно оси Х данного турбореактивного двигателя, проходит в радиальном направлении снаружи от рельса и завершается шестерней 61, которая находится в зацеплении с искривленной зубчатой рейкой 62, жестко связанной с верхней поверхностью кожуха и параллельной упомянутому рельсу.

Схематичный пример осуществления, представленный на фиг.5, демонстрирует обратную структуру, в соответствии с которой электрический двигатель 60 размещен на кожухе 11, тогда как упомянутая зубчатая рейка 62 размещена на подвижной части 26b.

Ряд лопаток спрямляющего аппарата с изменяемым углом установки включает лопатки, размещенные в кожухе и перемещающиеся при помощи системы управления их движением. Система управления содержит приводное кольцо, наружное по отношению к кожуху, закрепленное на этом кожухе и связанное при помощи рычагов с лопатками упомянутого ряда для их одновременного приведения в движение. Приводное кольцо подвергается перемещению в результате простого вращательного движения относительно оси турбореактивного двигателя. Система управления содержит две коаксиальные части, а именно: внутреннюю часть, жестко связанную с кожухом, и наружную часть, содержащую приводное кольцо, связанное с упомянутыми рычагами и направляемое с возможностью вращения относительно внутренней части. Между указанными внутренней и наружной частями размещен, по меньшей мере, один электрический приводной блок. Другое изобретение группы относится к компрессору, снабженному указанным выше рядом лопаток спрямляющего аппарата. Еще одно изобретение относится к турбореактивному двигателю, содержащему указанный выше компрессор. Изобретения позволяют обеспечить точность центрирования приводного кольца по отношению к оси двигателя. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Ряд лопаток спрямляющего аппарата с изменяемым углом установки, содержащий лопатки, размещенные в кожухе (11), причем лопатки перемещаются при помощи системы управления их движением, имеющей в своем составе приводное кольцо (18), наружное по отношению к упомянутому кожуху, закрепленное на этом кожухе и связанное при помощи рычагов (16) с лопатками упомянутого ряда для их одновременного приведения в движение, отличающийся тем, что приводное кольцо (18) подвергается перемещению в результате простого вращательного движения относительно оси турбореактивного двигателя, причем упомянутая система управления перемещением содержит две коаксиальные части, а именно: внутреннюю часть (24), жестко связанную с кожухом, и наружную часть, содержащую упомянутое приводное кольцо (18), связанное с упомянутыми рычагами и направляемое с возможностью вращения относительно внутренней части, причем по меньшей мере один электрический приводной блок (40; 60, 61, 62) размещается между двумя этими частями.

2. Ряд лопаток по п.1, отличающийся тем, что упомянутая внутренняя часть содержит неподвижный кольцевой рельс (24), располагающийся выступающим образом на наружной поверхности кожуха коаксиально по отношению к нему, причем упомянутая наружная часть содержит, в дополнение к упомянутому приводному кольцу (18) по меньшей мере три подвижные части (26а, 26b), отстоящие друг от друга в окружном направлении и выполненные с возможностью перемещения вдоль упомянутого рельса, при этом каждая подвижная часть соединена с упомянутым приводным кольцом при помощи радиальной направляющей конструкции (28), а приводной блок размещен между одной из подвижных частей и упомянутой внутренней частью.

3. Ряд лопаток по п.2, отличающийся тем, что приводной блок представляет собой линейный электрический двигатель (40), конструктивно разделенный между упомянутой внутренней частью и этой подвижной частью.

4. Ряд лопаток по п.2, отличающийся тем, что приводной блок содержит шаговый электрический двигатель (60) и средства зубчатого зацепления, имеющие в своем составе шестерню и зубчатую рейку (61, 62) и размещенные между осью двигателя и одной из упомянутых внутренней или наружной частей, причем корпус этого двигателя закреплен соответственно на другой части - наружной или внутренней.

5. Ряд лопаток по п.4, отличающийся тем, что упомянутый двигатель (60) установлен на кожухе (11), причем упомянутая зубчатая рейка размещена на упомянутой подвижной части (26b).

6. Ряд лопаток по п.4, отличающийся тем, что упомянутый двигатель (60) установлен на упомянутой подвижной части (26b), причем упомянутая зубчатая рейка (62) жестко связана с верхней поверхностью кожуха.

7. Ряд лопаток по п.2, отличающийся тем, что упомянутая наружная часть содержит по меньшей мере четыре подвижные части (26а, 26b), отстоящие друг от друга в окружном направлении, причем два идентичных приводных блока (40) размещены соответственно между двумя, по существу, диаметрально противоположными подвижными частями (26b) с одной стороны и упомянутой внутренней частью с другой стороны.

8. Ряд лопаток по одному из пп.3-7, отличающийся тем, что для каждого приводного блока упомянутое кольцо содержит соединительную скобу (45) в форме кругового сектора с увеличенным радиусом кривизны, выполненным для формирования пространства (48), заключающего в себе подвижную часть соответствующего приводного блока.

9. Ряд лопаток по п.8, отличающийся тем, что упомянутая радиальная направляющая конструкция (28), соответствующая подвижной части (26b) упомянутого приводного блока, установлена между этой подвижной частью и соседней соединительной скобой (45).

10. Компрессор, снабженный по меньшей мере одним рядом лопаток спрямляющего аппарата с изменяемым углом установки в соответствии с одним из предшествующих пунктов.

11. Турбореактивный двигатель, содержащий по меньшей мере один компрессор в соответствии с п.10.