ОПОРНЫЙ ПОДШИПНИК ДЛЯ ПОВОРОТНОЙ ЛОПАТКИ СТАТОРА С ИЗМЕНЯЕМЫМ УГЛОМ УСТАНОВКИ, ЛОПАТКА НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ЛОПАТОЧНОЙ МАШИНЫ, СОДЕРЖАЩАЯ ВЫШЕУКАЗАННЫЙ ПОДШИПНИК (ВАРИАНТЫ), ЛОПАТОЧНАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК F01D17/16 F04D29/56 F16C27/06 

Настоящее изобретение относится к области лопаточных машин, таких как осевой компрессор газотурбинного двигателя, и, в частности, касается поворотных лопаток статора с изменяемым углом установки.

Шарнирная система, в частности в виде поворотных лопаток направляющего аппарата с изменяемым углом установки компрессора газотурбинного двигателя, содержит детали, подвижные относительно друг друга. На фиг.1 схематично показана поворотная лопатка 1 направляющего аппарата с изменяемым углом установки, установленная в картере 3 машины. Лопатка статора содержит перо 12, площадку или платформу 13 и стержень, образующий на одном конце поворотный шкворень 14. Шкворень 14 установлен в радиальном отверстии, выполненном в стенке картера 3, в нескольких опорных подшипниках. Лопатка крепится только этим концом. На другом конце находится плавающий кольцевой элемент 16, в котором он установлен с возможностью поворота при помощи второго поворотного шкворня 17. Кольцо оборудовано средствами уплотнения смежной с ним части ротора 18.

Шкворень 14 поворачивается в соответствующем отверстии картера в опорных подшипниках, например в нижнем опорном подшипнике 4 со стороны площадки. Площадка 13 установлена в полости в виде зенкованного углубления, выполненного в стенке картера. Стенка картера находится в радиальном контакте с площадкой 13 либо непосредственно, либо через втулку или шайбу. Верхняя часть шкворня 14 удерживается в верхнем опорном подшипнике 5. Опорные подшипники 4 и 5 выполнены, например, в виде втулок, установленных в отверстии картера и содержащих внутреннее кольцо, образующее поверхность трения со стержнем 14, образующим поворотный шкворень.

Сторона площадки 13, противоположная опорному подшипнику 4, образует основание лопатки и обдувается газами, приводимыми в движение компрессором. Эта сторона площадки выполнена с возможностью обеспечения непрерывности контура, образованного картером. Гайка 15' удерживает лопатку в ее гнезде, и рычаг, приводимый в действие соответствующими органами управления, управляет вращением лопатки вокруг оси XX стержня, устанавливая ее в необходимое положение относительно направления газового потока. Относительные движения происходят за счет взаимного скольжения находящихся в контакте поверхностей.

В случае осевого компрессора газотурбинного двигателя или просто осевого компрессора для воздуха или другого газа, такого как доменный газ или природный газ, перо 12 лопатки по всей своей длине подвергается воздействию аэродинамических усилий и давлению со стороны газового потока. Составляющая этих усилий, перпендикулярная к хорде в направлении спинки лопатки и проходящая, как правило, через ось поворотного шкворня, имеет самое большое значение. Отмечается также, что в случае значительных поворотов составляющая может отходить от этой оси. Перо подвергается также воздействию осевых усилий статического давления, направленных в сторону входа, за счет разности давления между выходом и входом. Результирующая сила на фигуре показана стрелкой F. В результате происходит приложение момента, который соединяется с установочным поворотом вокруг оси XX по амплитуде, которая может достигать и превышать 40 градусов.

Как было указано выше, втулки, устанавливаемые под рычагами поворотной системы, не допускают никакого другого движения, кроме поворота вокруг оси шкворня. Вместе с тем отмечается, что, с учетом поперечных усилий и усилий изгиба направляющих лопаток, втулки из известных технических решений подвергаются неравномерному износу. Такой износ мешает нормальной работе поворотного устройства.

Заявитель поставил перед собой задачу создания средств для установки поворотных лопаток с изменяемым углом установки вышеупомянутого типа, которые не подвергаются или меньше подвергаются износу.

Эта задача решается благодаря настоящему изобретению, объектом которого является опорный подшипник для поворотного шкворня поворотной лопатки направляющего аппарата с изменяемым углом установки лопаточной машины, установленный в отверстии картера лопаточной машины, отличающийся тем, что содержит внутреннюю втулку, неподвижно соединенную с упомянутой осью, и наружную втулку, неподвижно соединенную с упомянутым отверстием, при этом между внутренней втулкой и наружной втулкой помещают эластомерный материал, обеспечивающий поворот лопатки вокруг своей оси и, по меньшей мере, частичное поглощение усилия изгиба поворотного шкворня, перпендикулярного к оси.

Благодаря этому отличительному признаку, опорный подшипник работает наподобие шаровой опоры и позволяет увеличить действительную поверхность между поворотным шкворнем и наружной втулкой.

Преимуществом конструкции втулки в соответствии с настоящим изобретением является также то, что, в случае необходимости, она может производить амортизирующий эффект. Он позволяет рассеивать энергию вибрации, когда направляющий аппарат подвергается аэродинамическим воздействиям.

Предпочтительно, чтобы внутренняя втулка подразделялась, по меньшей мере, на два цилиндрических элемента, продолжающих друг друга. Это позволяет внутренней втулке адаптироваться к деформациям поворотного шкворня. Число составных элементов внутренней втулки можно увеличить, чтобы обеспечить максимально надежную адаптацию.

В частности, различные элементы отделены друг от друга кольцевым слоем эластомера, улучшающим герметичность вдоль поворотного шкворня.

Такая конструкция опорного подшипника является предпочтительной, когда ее применяют для опорного подшипника, установленного под приводным рычагом направляющего аппарата.

Далее следует подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 представляет вид сбоку в разрезе поворотной лопатки направляющего аппарата, установленной в отверстии картера лопаточной машины, из предшествующего уровня техники.

Фиг.2 - увеличенный вид сбоку в разрезе части поворотного шкворня со стороны тяги управления с монтажом в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - вид в разрезе и в изометрии отдельно взятого опорного подшипника в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 показан поворотный шкворень 14 лопатки 1, установленный в отверстии картера 3 с возможностью обеспечения поворота вокруг оси XX. Поворотный шкворень заканчивается цапфой 15, на которой при помощи гайки 15' закреплена приводная тяга 19, поворачивающая лопатку в угловом направлении вокруг оси XX.

Поворотный шкворень установлен в опорном подшипнике 4 со стороны площадки 13 - перо лопатки не показано - и в опорном подшипнике 20 со стороны тяги 19. Объектом изобретения является опорный подшипник 20. Он содержит наружную втулку 21, посаженную внатяг в отверстие картера 3. Таким образом, эта наружная втулка является цилиндрической и содержит поперечный фланец 21А, опирающийся на наружный край отверстия. Этот фланец установлен между картером и тягой 19.

Внутренняя втулка 22, состоящая из двух цилиндрических элементов 22А и 22В, слегка отстоящих друг от друга в осевом направлении, посажена внатяг на поворотный шкворень 14. Эта внутренняя втулка расположена в осевом направлении по той же длине, что и наружная втулка 21.

Между двумя втулками оставлено пространство, заполненное эластомерным материалом. Предпочтительно этот материал сцепляется с двумя втулками 21 и 22 и заполняет пространство между двумя цилиндрическими элементами 22А и 22В. На фиг.3 более детально показано взаимное расположение втулок.

Эластомерный материал выбирают таким образом, чтобы при деформации он позволял одной втулке поворачиваться относительно другой втулки в соответствии с регулировочной установкой поворота для данного направляющего аппарата.

Толщина эластомерного материала также является одним из параметров, который необходимо учитывать при выполнении опорного подшипника.

Заполняя кольцевое пространство между двумя элементами 22А и 22 В втулки, эластомер участвует в уплотнении вдоль поверхности поворотного шкворня. Следует заметить, что на фигуре показаны только два элемента, однако внутренняя втулка может содержать несколько элементов.

Во время работы эластомерный материал сопровождает движения поворота шкворня вокруг оси XX, обеспечивая при этом хорошее уплотнение, а также поглощает усилия, действующие на шкворень в поперечном направлении, и распределяет их по поверхности, большей, чем в случае гладкого и жесткого контакта между подвижными деталями.

Подшипник в соответствии с настоящим изобретением представлен в применении к наружной опоре поворотного шкворня, однако его можно применять в других зонах, где это позволяет окружающая среда, в частности термическая среда.

Лопаточная машина содержит поворотную лопатку с изменяемым углом наклона, шкворень, установленный в отверстии, выполненном в картере лопаточной машины, и цапфу для крепления тяги управления установкой лопатки. Шкворень установлен с помощью двух подшипников, один из которых находится со стороны платформы, а другой подшипник, установленный на конце поворотного шкворня, расположен со стороны тяги управления. Опорный подшипник на конце шкворня содержит внутреннюю втулку, неподвижно соединенную с упомянутой осью, и наружную втулку, снабженную фланцем и неподвижно соединенную с упомянутым отверстием. Между внутренней втулкой и наружной втулкой помещают эластомерный материал, обеспечивающий поворот лопатки вокруг своей оси и, по меньшей мере, частичное поглощение усилия изгиба поворотного шкворня, перпендикулярного к оси. Внутренняя втулка содержит два цилиндрических элемента, продолжающих друг друга и разделенных кольцевым слоем эластомера. Изобретение позволяет снизить износ подшипников лопатки с изменяемым углом наклона. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Лопаточная машина, содержащая поворотную лопатку с изменяемым углом наклона, шкворень, установленный в отверстии, выполненном в картере лопаточной машины, и цапфу для крепления тяги управления установкой лопатки, причем указанный шкворень установлен с помощью двух подшипников, один из которых находится со стороны платформы, а другой подшипник, установленный на конце поворотного шкворня, расположен со стороны тяги управления, отличающаяся тем, что опорный подшипник на конце шкворня содержит внутреннюю втулку, неподвижно соединенную с упомянутой осью, и наружную втулку, неподвижно соединенную с упомянутым отверстием, при этом между внутренней втулкой и наружной втулкой помещают эластомерный материал, обеспечивающий поворот лопатки вокруг своей оси (XX) и, по меньшей мере, частичное поглощение усилия изгиба поворотного шкворня, перпендикулярного к оси, причем наружная втулка снабжена фланцем.

2. Лопаточная машина по п.1, в которой указанная внутренняя втулка содержит, по меньшей мере, два цилиндрических элемента, продолжающих друг друга и разделенных кольцевым слоем эластомера.