УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОЛЬЦА УПРАВЛЕНИЯ УГЛОМ УСТАНОВКИ НЕПОДВИЖНЫХ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2014 года по МПК F01D17/16 F04D29/56 F01D9/02 

Изобретение относится к турбомашине, такой, например, как компрессор, имеющий, по меньшей мере, один венец со спрямляющими лопатками с изменяемым углом установки. Оно касается, в частности, усовершенствования кольца управления ориентацией лопаток с изменяемым углом установки. Усовершенствование позволяет одновременно повысить жесткость и точность хода такого кольца управления позиционированием этих лопаток.

Известна турбомашина, такая, например, как компрессор высокого давления авиационного турбореактивного двигателя, которая содержит, по меньшей мере, одну ступень неподвижных лопаток с изменяемым углом установки, размещенных по окружности в корпусе. Классически компрессор образован ротором, содержащим несколько ступеней вращающихся аксиально смещенных лопаток, между которыми установлены несколько ступеней неподвижных лопаток с изменяемым углом установки. Каждая ступень неподвижных лопаток состоит из множества лопаток, размещенных радиально и по окружности в корпусе и образующих своего рода венец, эти лопатки являются неподвижными, но регулируются по направлению. Ориентация лопаток должна быть идентична для всего венца неподвижных лопаток с изменяемым углом установки; она может быть изменена в зависимости от условий работы.

Для этого каждая лопатка содержит управляющий стержень, выступающий радиально снаружи упомянутого корпуса, и каждый стержень связан рычагом с общим кольцом управления, соосным упомянутому корпусу и установленным с возможностью вращения снаружи корпуса. Обычно кольцо устанавливается с возможностью скольжения по внешней поверхности корпуса и приводится в движение для обеспечения возможности поворота вокруг собственной оси, которая совпадает с осью турбомашины. В зависимости от положения скользящих ползунов между кольцом и корпусом и в зависимости от размещения точек крепления трение может составлять до 30% усилия, необходимого для перемещения комплекса лопаток. Поведение самого кольца в процессе этих перемещений может явиться источником проблем. Иногда наблюдается овализация кольца, которая наносит ущерб функционированию.

Обычно кольцо состоит из нескольких участков, например из двух полуколец, скрепленных вокруг корпуса. Так, FR-2-125012 описывает кольцо управления, состоящее из нескольких участков, скрепленных элементами в форме мостиков для образования полного кольца. Элементы в форме мостиков прикреплены болтами между разнесенными элементами участков кольца. Соединение между двумя кольцевыми участками и элементом в форме мостика выполнено радиальным болтовым соединением. Элементы в форме мостика являются относительно упругими и ведут себя наподобие гибких шарниров, усиливающих деформацию кольца. Следствием этого может явиться разброс углов атаки лопаток, могущий достигнуть двух градусов и выше. В случае когда компрессор является частью турбовинтового двигателя, такое отсутствие точности повышает риск помпажа двигателя.

Изобретение позволяет одновременно упростить и сделать более жестким соединение участков, образующих кольцо управления.

Точнее говоря, изобретение касается турбомашины, содержащей ступень неподвижных лопаток с изменяемым углом установки, размещенных по окружности в корпусе, при этом каждая лопатка содержит управляющий стержень, радиально выступающий наружу из упомянутого корпуса, и каждый стержень связан рычагом с общим кольцом управления, соосным упомянутому корпусу и установленным с возможностью вращения снаружи корпуса, отличающейся тем, что упомянутое кольцо содержит два участка, скрепленных боковыми соединительными щеками, закрепленными вставкой с одной и другой стороны упомянутых участков, по меньшей мере, вблизи от концов последних.

Таким образом, радиальное болтовое соединение концевых частей участков посредством элемента в форме мостика заменено болтовым соединением, параллельным оси, с применением двух боковых соединительных щек, проходящих с одной и другой стороны участков. Следствием этого является более жесткое и точное соединение с меньшим габаритным размером.

В соответствии с возможным вариантом осуществления упомянутые участки имеют боковые выемки, в которые вставлены упомянутые соединительные щеки.

Предпочтительно, одна такая соединительная щека является кольцевым сегментом со скошенной кромкой для образования поверхностей в форме усеченного конуса, при этом боковые выемки имеют соответствующий полый профиль, то есть представляющий собой противолежащие боковые поверхности в форме усеченного конуса.

В соответствии с противоположным вариантом осуществления такая соединительная щека является кольцевым сегментом, содержащим выемку, в которой вставлены концевые части упомянутых участков кольца.

В этом случае у участков кольца может быть, предпочтительно, скошена кромка для образования четырех поверхностей в форме усеченного конуса, наложенных соосно попарно одна на другую, и упомянутая выемка каждой щеки может содержать две соответствующие грани в форме усеченного конуса, взаимодействующие соответственно с такими же двумя поверхностями в форме усеченного конуса, наложенные соосно попарно одна на другую.

Поверхности в форме усеченного конуса, взаимодействующие при монтаже во время затягивания болтов, облегчают позиционирование одних деталей относительно других.

Соединительные щеки скрепляются болтами с одной и другой стороны соседних концевых частей упомянутых участков, по меньшей мере, одним болтом для каждой концевой части. Обычно предусматривают два болта для каждой концевой части.

Следует отметить, что для улучшения точности соединения винт болтового соединения подогнан к отверстию каждой концевой части участка кольца, в которое он вставляется. Если соединение содержит более одного болта для концевой части участка кольца, подгонка одного винта болтового соединения для участка кольца обычно достаточна для получения желаемой точности.

Вместе с тем, кольцо содержит, по меньше мере, одну скобу хода или тому подобное, посредством которой передается усилие хода, вызывающее его вращение.

В соответствии с предпочтительной характеристикой изобретения скоба имеет основание, закрепленное вставкой сбоку к кольцу, подобно упомянутой боковой щеке. Например, само основание может являться одной из упомянутых боковых щек.

В случае когда боковые выемки выполнены с одной и другой стороны кольца с учетом его аксиальной длины, можно на практике выполнить две канавки с боковыми поверхностями в форме усеченного конуса с одной и другой стороны целого кольца прямоугольного или квадратного радиального сечения, затем разрезать это кольцо на несколько участков, например, и предпочтительно, на два полукольца и восстановить это кольцо вокруг корпуса, соединяя участки с помощью боковых соединительных щек болтовыми соединениями на концах участков. В этом случае упомянутые боковые выемки проходят по всей окружности восстановленного таким образом кольца.

Изобретение будет более понятно и его преимущества будут лучше видны в свете нижеследующего описания, приведенного только в качестве примера, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг.1 изображает частичный вид в перспективе части компрессора типа, содержащего венец неподвижных лопаток с регулируемым углом установки, при этом лопатка и ее рычаг представлены на чертеже для большей ясности;

- фиг.2 изображает разрез по линии II-II фиг.1;

- фиг.3 изображает вид, аналогичный фиг.2, иллюстрирующий вариант.

На фиг.1 и 2 представлена часть турбомашины, в данном случае компрессор 11, который содержит размещенный в корпусе 13 венец с неподвижными лопатками 15 с изменяемым углом установки, регулируемым путем поворота кольца управления 17, установленного с возможностью вращения снаружи корпуса. Кольцо 19 управления содержит две соосные цилиндрические стороны 19, 20. Нижняя сторона 19 опирается на внешнюю поверхность корпуса через ползуны скольжения (не показаны). Центр кольца расположен на оси вращения турбомашины. На фиг.1 представлена одна лопатка 15.

Радиально ориентированные отверстия 23 выполнены равномерно в кольце и открываются на его верхней стороне 20 для приема осей 25 рычагов 27 управления ориентацией лопаток 15. Лопатки размещены по окружности и радиально в корпусе 13. Каждая содержит управляющий стержень 29, радиально выступающий снаружи корпуса, проходя через расточку 31 в последнем. Каждый стержень связан с кольцом управления посредством специального рычага 27. Такое выполнение является классическим.

Для монтажа снаружи корпуса, который содержит выступающие фланцы, кольцо изготовлено из нескольких участков 30a, 30b (по меньшей мере, например, двух полуколец), соединенных торец в торец.

В соответствии с важной характеристикой участки 30a, 30b кольца соединены боковыми соединительными щеками 33, 34, закрепленными вставкой с одной и другой стороны упомянутых участков, по меньшей мере, вблизи от концов последних. В рассматриваемом описанном примере упомянутые участки 30a, 30b содержат боковые выемки 35, 36, в которые вставлены упомянутые соединительные щеки 33, 34. Такая соединительная щека, в данном случае, представляет собой кольцевой сегмент трапецеидального сечения, то есть содержит две плоскости в форме усеченного конуса. В этом случае боковые выемки 35, 36 имеют соответствующий профиль в полости, то есть они содержат две боковые поверхности в форме усеченного конуса, дополнительные к поверхностям в форме усеченного конуса соединительных щек.

Достаточно, чтобы боковые выемки 35, 36 были выполнены на концах участков 30a, 30b (полуколец), соединенных посредством описанных выше соединительных щек. Достаточно, чтобы эти выемки имели длину, достаточную для приема соединительных щек. Однако в представленном варианте осуществления боковые выемки 35, 36 проходят по всей окружности кольца управления. Это зависит от предпочтительного способа изготовления кольца. В соответствии с этим способом берут целое кольцо прямоугольного сечения и, обрабатывая плоские кольцевые поверхности (перпендикулярные оси вращения) этого кольца, выполняют две канавки с боковыми поверхностями в форме усеченного конуса. Затем кольцо разрезают, например, на две равные части и выполняют отверстия 40 в концевых частях изготовленных таким образом участков. Соответствующие отверстия 41 выполняют в щеках 33, 34. Соединяют эти участки вокруг корпуса с помощью болтов 44, по меньшей мере, с использованием одного болта 44 на участок, в данном случае два болта 44 на участок 30a или 30b, размещенные рядом.

Кроме того, может быть предусмотрен один дополнительный болт 44а посредине между двумя щеками 33, 34 против стыка пластин 30a, 30b.

В соответствии с таким вариантом соединения связь является особенно жесткой и геометрические и размерные характеристики кольца особенно хорошо контролируются и стабилизируются во времени.

Кроме того, непрерывные боковые выемки 35 позволяют подсоединить другие элементы к кольцу управления с тем же типом соединения вставкой, например, путем монтажа одной скобы 47, связанной с силовым цилиндром хода кольца.

В этом случае скоба имеет основание, закрепленное вставкой сбоку к кольцу аналогично закреплению боковых щек. Предпочтительно, основание 48 образует единую деталь с одной из боковых щек (щека 34), как изображено на чертеже.

В варианте по фиг.3 каждая соединительная щека 133, 134 является кольцевым сегментом, содержащим выемку 135, 136 в которую вставлены концевые части кольцевых участков 17.

Предпочтительно, как изображено, у участков кольца скошена кромка для образования четырех поверхностей в форме усеченного конуса 139а, 139b-143a, 143b, наложенных попарно соосно одна на другую, в то время как упомянутая выемка 135, 136 каждой щеки 133, 134 содержит две соответствующие грани 143а, 143b в форме усеченного конуса, взаимодействующие соответственно с такими же поверхностями в форме усеченного конуса, наложенные попарно соосно одна на другую.

Турбомашина содержит ступень, включающую лопатки с изменяемым углом установки, размещенные по окружности в корпусе. Каждая лопатка содержит управляющий стержень, радиально выступающий снаружи корпуса и связанный рычагом с общим кольцом управления, соосным упомянутому корпусу и установленным с возможностью вращения снаружи корпуса. Кольцо управления содержит два участка, скрепленных соединительными боковыми щеками, закрепленными вставкой с одной и другой стороны упомянутых участков, по меньшей мере, вблизи от концов последних. Участки содержат боковые выемки, в которые вставлены упомянутые соединительные щеки. Изобретение позволяет повысить жесткость кольца управления. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Турбомашина, содержащая ступень с неподвижными лопатками с изменяемым углом установки, размещенными по окружности в корпусе (13), при этом каждая лопатка содержит управляющий стержень (29), радиально выступающий снаружи упомянутого корпуса, причем каждый стержень связан рычагом (27) с общим кольцом управления, соосным упомянутому корпусу и установленным с возможностью вращения снаружи корпуса, отличающаяся тем, что упомянутое кольцо (17) содержит два участка (30а, 30b), скрепленных соединительными боковыми щеками (33, 34), закрепленными вставкой с одной и другой стороны упомянутых участков, по меньшей мере, вблизи от концов последних, при этом упомянутые участки содержат боковые выемки (35, 36), в которые вставлены упомянутые соединительные щеки (33, 34).

2. Турбомашина по п.1, отличающаяся тем, что такая соединительная щека (33, 34) является кольцевым сегментом со скошенными кромками для образования поверхностей в форме усеченного конуса, а также тем, что упомянутые боковые выемки (35, 36) имеют соответствующий полый профиль.

3. Турбомашина по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые соединительные щеки закреплены болтами с одной и другой стороны концевых расположенных рядом частей упомянутых участков, по меньшей мере, одним болтом (44) в каждой концевой части.

4. Турбомашина по п.3, отличающаяся тем, что соединительные щеки закреплены двумя болтами (44) в каждой концевой части.

5. Турбомашина по п.3 или 4, отличающаяся тем, что резьба болта (44) подогнана к отверстию (40) в каждой концевой части участка кольца, в которой он вставляется.

6. Турбомашина по одному из п.3 или 4, отличающаяся тем, что посредине между двумя соединительными щеками предусмотрен дополнительный болт (44а).

7. Турбомашина по п.1, отличающаяся тем, что упомянутое кольцо содержит, по меньшей мере, одну скобу (47) хода, при этом упомянутая скоба имеет основание (48), закрепленное вставкой сбоку к упомянутому кольцу, подобно упомянутой боковой щеке.

8. Турбомашина по п.7, отличающаяся тем, что упомянутое основание (48) образует с одной из упомянутых боковых щек единую деталь.

9. Турбомашина по п.1, отличающаяся тем, что упомянутые боковые выемки (35) проходят по всей окружности упомянутого кольца.