УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ ЦЕНТРОВКИ СИНХРОНИЗАЦИОННОГО КОЛЬЦА УПРАВЛЕНИЯ ПОВОРОТНЫМИ ЛОПАТКАМИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК F01D17/16 F04D29/56 F01D9/02 

Область техники

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

Предшествующий уровень техники

Известно использование в газотурбинном двигателе одного или нескольких рядов лопаток статора для регулировки направления потока газов, проходящих через секцию сжатия, в зависимости от режима работы газотурбинного двигателя. Эти ряды лопаток статора содержат множество лопаток (называемых лопатками с изменяющимся углом установки), которые могут поворачиваться вокруг своей оси соединения со статором таким образом, чтобы изменять свой установочный угол в зависимости от рабочего режима газотурбинного двигателя.

Известные устройства управления поворотными лопатками обычно содержат кольцо, охватывающее цилиндрический кожух картера газотурбинного двигателя, и множество рычагов или тяг, при этом каждая тяга содержит первый конец, соединенный с кольцом управления при помощи шарнира, и второй конец, установленный на поворотном шкворне соответствующей лопатки. Синхронное изменение углового положения лопаток осуществляют вращением кольца вокруг оси газотурбинного двигателя.

Центр кольца управления лопатками находится на оси газотурбинного двигателя. Кроме того, оно установлено коаксиально с кожухом картера газотурбинного двигателя и опирается на картер, как правило, при помощи множества колодок, равномерно распределенных по всей его окружности.

Для повышения точности установки угла лопаток статора необходимо обеспечить идеальную коаксиальность между кольцом управления и кожухом картера. Идеальной коаксиальности можно достичь путем поддержания малого зазора между колодками и кожухом картера. Для получения малого зазора устройства, используемые для монтажа колодок на кольце управления, должны позволять регулировать колодки по радиальному направлению.

В устройствах регулировки коаксиальности кольца управления, как правило, используют колодки, установленные на резьбовых стержнях, завинчиваемых в кольцо управления. Из патента US 5387080 известны колодки, радиальное положение которых регулируют при помощи двухходового винта, установленного на кольце и содержащего два участка резьбы с разным углом витков.

Устройства регулировки колодок в кольце управления не позволяют достичь идеального стопорения резьбового стержня регулировки колодок на всех фазах работы газотурбинного двигателя. Действительно, когда некоторые колодки отходят от кожуха картера, при вибрации происходит износ резьбы регулировочного стержня, что приводит к нарушению регулировки колодок и, следовательно, к вибрациям кольца управления, которые особенно отрицательно сказываются на точности установки угла лопаток.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков известных устройств путем создания устройства регулировки коаксиальности кольца управления, которое является простым по конструкции и надежным во всех фазах работы газотурбинного двигателя.

В связи с этим объектом настоящего изобретения является устройство регулировки центровки кольца управления поворотными лопатками газотурбинного двигателя, причем кольцо управления содержит множество резьбовых отверстий, выполненных в радиальном направлении, и множество держателей колодок, каждый из которых содержит резьбовой стержень, завинчиваемый в одно из резьбовых отверстий кольца, при этом на внутреннем конце каждого держателя колодки установлена колодка, предназначенная для вхождения в контакт с цилиндрическим кожухом, отличающееся тем, что кольцо управления дополнительно содержит множество щелей, имеющих тангенциальное направление и проходящих через кольцо в радиальном направлении, при этом каждая щель сообщается с одним из резьбовых отверстий кольца, и устройство содержит средства сдавливания каждой из щелей в продольном направлении для обеспечения блокировки положения держателей колодок.

Регулировку колодок в радиальном направлении осуществляют при помощи большего или меньшего завинчивания резьбового стержня в кольцо управления. После осуществления регулировки положение стержня держателя колодки блокируют путем сдавливания щели в продольном направлении. Таким образом, это устройство регулировки содержит небольшое число деталей, что делает его конструкцию простой, и обеспечивает надежную блокировку колодок, независимо от фазы работы газотурбинного двигателя.

Предпочтительно, чтобы средства сдавливания включали множество отверстий, выполненных на кольце управления в продольном направлении, и каждое отверстие сообщалось с одной из щелей кольца, и устройство содержало множество болтовых соединений, каждое из которых завинчивалось в одно из отверстий кольца, осуществляя сдавливание соответствующей щели в продольном направлении.

Предпочтительно также, чтобы каждая щель выходила одним из своих тангенциальных концов в одно из резьбовых отверстий кольца управления. В этом случае каждая щель может выходить своим тангенциальным концом, противоположным резьбовому отверстию, в гладкий канал, проходящий через кольцо управления в радиальном направлении.

Объектом настоящего изобретения является также газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, одно вышеописанное устройство регулировки центровки кольца управления поворотными лопатками.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие не ограничительный пример выполнения, в числе которых:

Фиг.1 представляет схематичный вид ступени поворотных лопаток с кольцом управления.

Фиг.2 - вид в изометрии устройства регулировки в соответствии с настоящим изобретением до сборки.

Фиг.3 - вид в изометрии устройства регулировки, показанного на фиг.2, после сборки.

Фиг.4 и 5 представляют вид в разрезе устройства регулировки, показанного на фиг.3, соответственно в продольной плоскости и в радиальной плоскости.

Подробное описание варианта выполнения

На фиг.1 частично показан компрессор газотурбинного двигателя. Компрессор содержит кожух 10 статора с центром на продольной оси Х-Х газотурбинного двигателя, охватывающий ротор 12, ограничивая вместе с ним кольцевой контур 14 потока газов.

Компрессор дополнительно содержит множество лопаток, образующих несколько рядов в контуре 14 потока газов. Некоторые из этих рядов состоят из лопаток 16 с изменяющимся углом установки. Эти лопатки 16 выполнены с возможностью поворота вокруг радиальной оси 18, проходящей через кожух 10 статора.

Каждая ось (или поворотный шкворень) лопаток 16 с изменяющимся углом установки одним концом соединена с тягой 20 или рычагом управления при помощи наконечника 22. Другой конец тяг 20 шарнирно установлен на цапфах 24, выполненных в радиальном направлении на кольце 26 управления. Последнее охватывает цилиндрический кожух 28 картера газотурбинного двигателя с центром на продольной оси Х-Х этого двигателя. Кольцо 26 управления и цилиндрический кожух 28 установлены концентрично относительно друг друга.

Объектом настоящего изобретения является устройство, позволяющее регулировать центровку кольца 26 управления относительно продольной оси Х-Х газотурбинного двигателя. В частности, такое устройство может поддерживать фиксированный радиальный промежуток между кольцом 26 управления и цилиндрическим кожухом 28 картера газотурбинного двигателя.

Как показано на фиг.2-5, устройство регулировки центровки кольца 26 управления в соответствии с настоящим изобретением содержит, в частности, множество колодок 30, предназначенных для вхождения в контакт с цилиндрическим кожухом 28 катера газотурбинного двигателя.

Колодки 30 равномерно распределены по всей окружности кольца 26 управления и находятся, например, между двумя смежными цапфами 24 (фиг.1).

Каждая колодка 30 неподвижно соединена с внутренним концом держателя 32 колодки, например, путем запрессовки на этом конце. Каждый держатель 32 колодки содержит резьбовой стержень 34, который завинчивают в резьбовое отверстие 36, выполненное сквозным в кольце 26 управления в радиальном направлении по отношению к кольцу. После завинчивания в кольцо управления стержень 34 держателя 32 колодки выходит наружу кольца в радиальном направлении (фиг.3 и 5).

Согласно изобретению кольцо 26 управления дополнительно содержит множество щелей 38, имеющих тангенциальное (или окружное) направление и проходящих через кольцо насквозь в радиальном направлении. Кроме того, каждая щель 38 сообщается с одним из резьбовых отверстий 36 кольца.

В примере выполнения, показанном на фиг.2-5, сообщение между щелями и резьбовыми отверстиями кольца управления происходит за счет того, что каждая щель 38 выходит одним из своих тангенциальных концов в соответствующее резьбовое отверстие 36 кольца.

Устройство регулировки центровки кольца 26 управления в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит средства сдавливания каждой из щелей 38 в продольном направлении для обеспечения блокировки положения держателей 32 колодок.

Для этого кольцо 26 управления содержит множество отверстий 40 (например, гладких), выполненных в продольном направлении (то есть параллельно продольной оси Х-Х газотурбинного двигателя), каждое из которых сообщается с одной из щелей 38 кольца.

В примере выполнения, показанном на фиг.2-5, сообщение между щелями и отверстиями кольца управления происходит за счет того, что, как показано на фиг.4, каждое отверстие 40 проходит насквозь через одну из щелей 38 по существу перпендикулярно к этой щели.

Устройство содержит также множество болтовых соединений 42, каждое из которых завинчивают в одно из отверстий 40 кольца, при этом каждое болтовое соединение 42 содержит винт 42а и затяжную гайку 42b.

При затягивании гайки 42b на винте 42а, завинченном в одно из отверстий 40, происходит сдавливание в продольном направлении соответствующей щели 38 (иначе говоря, щель 38 стремится деформироваться, как показано стрелками на фиг.4). Такое сдавливание щели обеспечивает блокировку соответствующего держателя 32 колодки. Таким образом, в таком типе устройства нет необходимости в использовании гайки, затягиваемой на свободном конце резьбового стержня.

Необходимо отметить, что, чем ближе отверстие 40, в которое завинчивают винт 42а, находится (в тангенциальном направлении) к резьбовому отверстию 36, в которое завинчивают резьбовой стержень 34 соответствующего держателя колодки, тем лучше происходит сдавливание и, следовательно, блокировка положения держателя колодки.

Необходимо также отметить, что каждая из щелей 38 может выходить своим тангенциальным концом, противоположным резьбовому отверстию 36 прохождения резьбового стержня 34, в гладкий канал 44, проходящий насквозь через кольцо 26 управления в радиальном направлении. Эти гладкие каналы 44 предназначены для обеспечения механической обработки щелей 38 (действительно, инструмент для обработки щелей должен достигать обоих тангенциальных концов щелей).

Регулировку радиального положения каждой колодки 30 относительно цилиндрического кожуха 28 осуществляют путем большего или меньшего завинчивания резьбового стержня 34 держателя 32 колодки в соответствующее резьбовое отверстие 36 кольца 26 управления. После достижения оптимального положения колодки 30 винт 42а завинчивают в соответствующее отверстие 40 и гайку 42b затягивают на его свободном конце, блокируя, таким образом, путем сдавливания держатель 32 колодки в его оптимальном положении. Осуществляя такую регулировку для каждой колодки, установленной на кольце управления, можно отцентрировать кольцо по продольной оси Х-Х газотурбинного двигателя.

Устройство регулировки центровки кольца управления поворотными лопатками газотурбинного двигателя относительно цилиндрического кожуха картера включает кольцо управления, содержащее множество резьбовых отверстий, выполненных в радиальном направлении, и множество держателей колодок, каждый из которых включает резьбовой стержень, завинчиваемый в одно из резьбовых отверстий кольца. На внутреннем конце каждого держателя колодки установлена колодка, предназначенная для вхождения в контакт с цилиндрическим кожухом. Кольцо управления дополнительно содержит множество щелей, имеющих тангенциальное направление и проходящих через кольцо в радиальном направлении. Каждая щель сообщается с одним из резьбовых отверстий кольца. Устройство дополнительно содержит средства сдавливания каждой из щелей в продольном направлении для обеспечения блокировки положения держателей колодок. Другое изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему указанное выше устройство регулировки центровки кольца управления поворотными лопатками. Изобретения позволяют упростить устройство центровки кольца управления и повысить его надежность, при обеспечении точности центровки кольца управления поворотными лопатками. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство регулировки центровки кольца (26) управления поворотными лопатками (16) газотурбинного двигателя относительно цилиндрического кожуха (28) картера газотурбинного двигателя, причем кольцо (26) управления содержит множество резьбовых отверстий (36), выполненных в радиальном направлении, и множество держателей (32) колодок, каждый из которых содержит резьбовой стержень (34), завинчиваемый в одно из резьбовых отверстий (36) кольца, при этом на внутреннем конце каждого держателя (32) колодки установлена колодка (30), предназначенная для вхождения в контакт с цилиндрическим кожухом (28), отличающееся тем, что кольцо (26) управления дополнительно содержит множество щелей (38), имеющих тангенциальное направление и проходящих через кольцо в радиальном направлении, при этом каждая щель (38) сообщается с одним из резьбовых отверстий (36) кольца, причем устройство содержит средства (40, 42) сдавливания каждой из щелей (38) в продольном направлении для обеспечения блокировки положения держателей (32) колодок.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства сдавливания включают множество отверстий (40), выполненных на кольце (26) управления в продольном направлении, каждое из которых сообщается с одной из щелей (38) кольца, и множество болтовых соединений (42), каждое из которых завинчивают в одно из отверстий (40) кольца с обеспечением сдавливаниия соответствующей щели (38) в продольном направлении.

3. Устройство по одному из пп.1 или 2, отличающееся тем, что каждая щель (38) выходит одним из своих тангенциальных концов в одно из резьбовых отверстий (36) кольца (26) управления.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждая щель (38) выходит своим тангенциальным концом, противоположным резьбовому отверстию (36), в гладкий канал (44), проходящий через кольцо (26) управления в радиальном направлении.

5. Газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере одно устройство регулировки центровки кольца (26) управления поворотными лопатками (16) по любому из пп.1-4.