ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ИМЕЮЩИЙ СТАТОРНУЮ СТУПЕНЬ ЛОПАТОК С ИЗМЕНЯЕМЫМ УГЛОМ УСТАНОВКИ С НЕЗАВИСИМЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Российский патент 2015 года по МПК F01D17/16 F04D29/56 F01D9/02 

Изобретение относится к газотурбинному двигателю, содержащему корпус, вмещающий по меньшей мере одну статорную ступень, имеющую лопатки с изменяемым углом установки, управляемые приводным кольцом, соосно окружающим упомянутый корпус и соединенный коленчатыми рычагами с упомянутыми лопатками с изменяемым углом установки. Более конкретно изобретение относится к индивидуализированному управлению таким приводным кольцом. Изобретение применяется, в частности, в области самолетных реактивных двигателей, и более конкретно в компрессоре в таком двигателе.

В газотурбинном двигателе вышеуказанного типа статор компрессора оборудован по меньшей мере одной ступенью сопловых лопаток с изменяемым углом установки, ориентация которых является регулируемой в газо-воздушном канале. Таким образом, угол атаки лопаток может управляться в зависимости от эксплуатационных режимов самолета, системой сервоуправления, которая управляет перемещением упомянутого кольца.

На самолетах соотношение для изменения угла установки лопаток с изменяемым углом установки становится все более сложным, до такой степени, что все более и более желательной становится возможность управления лопатками с изменяемым углом установки на поступенчатой основе. В результате, приведение в действие посредством общего силового привода, связанного с тягой управления трансмиссии, которая сложна, дорогостояща, громоздка и тяжела, становится все менее и менее желательным.

Документ ЕР 0527593 описывает конструкцию линейного электродвигателя, выполненного с возможностью приведения в движение приводного кольца. Описанная система использует электрические индукционные элементы, расположенные радиально снаружи приводного кольца. Эти индукционные элементы объемны и сложны для встраивания в пространство, доступное внутри корпуса. Кроме того, приводное кольцо не достаточно сцентрировано, особенно учитывая возможные колебания диаметра (вследствие повышения температуры) между кольцом и корпусом, который поддерживает его.

Изобретение позволяет решить все эти проблемы.

Более конкретно, изобретение обеспечивает газотурбинный двигатель, содержащий корпус, вмещающий по меньшей мере одну статорную ступень, имеющую лопатки с изменяемым углом установки, управляемые приводным кольцом, соосно окружающим упомянутый корпус, причем кольцо ограничено в перемещении поворотом только вокруг оси упомянутого корпуса и соединено коленчатыми рычагами с упомянутыми лопатками с изменяемым углом установки, причем газотурбинный двигатель отличается тем, что упомянутое приводное кольцо соединено с по меньшей мере одним смежным индивидуальным приводным блоком в общем в виде силового привода, и содержащим два участка, образующие цилиндр и шток, тем, что один из участков шарнирно соединен с упомянутым корпусом, и тем, что другой участок шарнирно соединен с боковым удлинением упомянутого кольца.

Термин «индивидуальный приводной блок» означает, что каждое приводное кольцо в действительности управляется независимо от других, если газотурбинный двигатель включает в себя множество статорных ступеней, оборудованных лопатками с изменяемым углом установки, как это обычно бывает. Этот тип управления, таким образом, включает в себя по меньшей мере один и предпочтительно два приводных блока для каждого кольца. Такой приводной блок компактен и размещается как можно ближе к приводному кольцу, таким образом упрощая и облегчая систему при помощи прямого шарнирного соединения между кольцом и приводным блоком. Легче распределить множество приводных блоков вокруг корпуса, причем каждый блок имеет среднюю мощность, которой достаточно для управления только одним кольцом, в отличие от единого приводного блока большой мощности, который, следовательно, имеет большие радиальный размер и вес, и который соединен сложным механизмом с различными кольцами. Кроме того, как указано выше, возможность управления каждым приводным кольцом (и таким образом каждой ступенью лопаток с изменяемым углом установки) независимо от других сама по себе является преимуществом для надежного управления эксплуатационными режимами турбореактивного двигателя.

Просто и предпочтительно, шток приводного блока, образующего силовой привод, проходит вдоль оси, лежащей в плоскости, параллельной средней плоскости упомянутого приводного кольца. Например, шток шарнирно соединен с кольцом, и упомянутый цилиндр шарнирно соединен с упомянутым корпусом.

Просто упомянутое боковое удлинение включает в себя вилку, и один конец штока шарнирно соединен с упомянутой вилкой относительно оси, параллельной оси упомянутого корпуса.

Предпочтительно, цилиндр включает в себя боковую лапку, шарнирно соединенную с вилкой, прикрепленной к упомянутому корпусу. Тем не менее, обратный порядок расположения также возможен.

Согласно крайне предпочтительной характеристике, силовой привод является типом линейного электродвигателя. Возможно использовать линейные двигатели бесконтактного типа, разработанного, например, поставщиком «Copley Controls Corp.». В качестве примера, возможно использовать двигатель, имеющий обозначение ХТВ 3810. Он выгоден с точки зрения компактности, с цилиндром, имеющим длину 122 миллиметра (мм) для хода около 75 мм.

Предпочтительно, одно или каждое приводное кольцо соединено с двумя вышеупомянутыми смежными индивидуальными приводными блоками, которые по существу расположены диаметрально противоположно.

Изобретение может быть лучше понято, и другие его преимущества могут стать более понятны в свете следующего описания газотурбинного двигателя в соответствии с принципом изобретения, изложенного исключительно в качестве примера и выполненного со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором:

единственная фигура показывает частичный вид в перспективе газотурбинного двигателя, оборудованного системой управления лопатками с изменяемым углом установки согласно изобретению.

Со ссылкой на чертеж, видна часть газотурбинного двигателя 11 и более конкретно его корпус 12, вмещающий по меньшей мере одно рабочее колесо (не показано) и по меньшей мере одну статорную ступень 14, имеющую кольцо с лопатками 16 с изменяемым углом установки. Эти лопатки управляются приводным кольцом 18, соосно окружающим корпус 12. Если корпус окружает компрессор, тогда он вмещает несколько ступеней компрессора, причем каждая содержит рабочее колесо и статорную ступень 14, как показано. В изобретении, по меньшей мере одна и предпочтительно несколько статорных ступеней управляются независимо друг от друга. Для этой цели, лопатки с изменяемым углом установки данной статорной ступени снабжены шарнирами 22, проходящими через гладкие опоры 24, определенные радиально через стенку корпуса 12. Каждый из этих шарниров шарнирно соединен коленчатым рычагом 26 с общим приводным кольцом 18, соосно окружающим корпус. Кольца ограничены в перемещении поворотом только вокруг оси X корпуса. Для этой цели, корпус имеет направляющие рельсовые сегменты 28, проходящие кольцеобразно с каждой стороны краев кольца 18. Кольцо несет желобчатые колеса 30, которые зацепляются с боковыми ребрами 31 на рельсах. Вышеописанная конструкция известна.

Согласно важным характеристикам изобретения, приводное кольцо 18 соединено с по меньшей мере одним смежным индивидуальным приводным блоком 32, в общем в виде силового привода, содержащим два участка, образующие цилиндр 33 и шток 34. Один из участков шарнирно соединен с корпусом 12, и другой участок шарнирно соединен с боковым удлинением 36 упомянутого кольца. Описанной выше конструкции достаточно для поворота кольца 18 и, следовательно, изменения ориентации неподвижных лопаток 16 статорной ступени. Тем не менее, в целях обеспечения балансировки и также для того, чтобы использовать приводные блоки, которые более компактны, одно или каждое приводное кольцо может предпочтительно быть соединено с двумя из вышеупомянутых смежных индивидуальных приводных блоков, которые расположены по существу диаметрально противоположно. Например, показанное приводное кольцо 18 может быть снабжено двумя диаметрально противоположными боковыми удлинениями 36 и, в таком случае, корпус несет два приводных блока, расположенных таким образом, чтобы объединять их усилия для поворачивания кольца 18 в том или другом направлении.

Силовой привод 32, который имеет в общем вид силового привода, предпочтительно является типом линейного электродвигателя, как указано выше. Шток 34 упомянутого приводного блока, образующего силовой привод, проходит вдоль оси, которая лежит в плоскости, параллельной средней плоскости приводного кольца 18. В показанном примере шток 34 шарнирно соединен с кольцом 18, и цилиндр 33 шарнирно соединен с корпусом 13.

Точнее, боковое удлинение 36 включает в себя вилку 40, и конец штока включает в себя плоский участок, образующий головку соединительного штока, которая имеет отверстие и которая шарнирно соединена с упомянутой вилкой относительно оси 41, параллельной оси X корпуса. Более того, цилиндр 33 имеет боковую лапку 44, которая шарнирно соединена с вилкой 46, прикрепленной к корпусу.

Предпочтительно, шарнир между цилиндром 33 и корпусом 12 расположен вблизи конца цилиндра, из которого продолжается шток 34. Другими словами, боковая лапка 44 проходит вблизи конца цилиндра 33, из которого выступает шток 34.

Предпочтительно, шарнир между цилиндром и корпусом (элементы 46, 44) расположен по существу посередине силового привода 32, когда шток выдвинут на его максимальный ход. Эта конфигурация уменьшает угловое перемещение силового привода 32 во время хода приводного кольца, таким образом обеспечивая размещение силового привода в относительно небольшом пространстве вокруг корпуса.

Газотурбинный двигатель содержит корпус со статорной ступенью, имеющей лопатки с изменяемым углом установки, управляемые приводным кольцом, соосно окружающим упомянутый корпус. Кольцо ограничено в перемещении поворотом только вокруг оси упомянутого корпуса и соединено коленчатыми рычагами с лопатками с изменяемым углом установки. Приводное кольцо соединено со смежным индивидуальным приводным блоком в виде силового привода, и содержащим два участка, образующие цилиндр и шток. Шток шарнирно соединен с кольцом, а цилиндр шарнирно соединен с упомянутым корпусом, причем шарнир между цилиндром и корпусом расположен вблизи конца цилиндра, из которого проходит шток. Изобретение позволяет снизить габариты и вес системы управления углом установки лопаток статора. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газотурбинный двигатель, содержащий корпус (12), вмещающий по меньшей мере одну статорную ступень, имеющую лопатки (16) с изменяемым углом установки, управляемые приводным кольцом (18), соосно окружающим упомянутый корпус, причем кольцо ограничено в перемещении поворотом только вокруг оси (X) упомянутого корпуса и соединено коленчатыми рычагами (26) с упомянутыми лопатками с изменяемым углом установки, причем газотурбинный двигатель отличается тем, что упомянутое приводное кольцо (18) соединено с по меньшей мере одним смежным индивидуальным приводным блоком (32) в общем в виде силового привода, и содержащим два участка, образующие цилиндр (33) и шток (34), тем, что один из участков шарнирно соединен с упомянутым корпусом, и тем, что другой участок шарнирно соединен с боковым удлинением упомянутого кольца, тем, что упомянутый шток (34) шарнирно соединен с кольцом (18), и упомянутый цилиндр (33) шарнирно соединен с упомянутым корпусом (12), и тем, что шарнир (44, 46) между цилиндром и корпусом расположен вблизи конца цилиндра, из которого проходит шток.

2. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что шток (34) приводного блока, образующего силовой привод, проходит вдоль оси, лежащей в плоскости, параллельной средней плоскости упомянутого приводного кольца.

3. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый шарнир расположен по существу посередине упомянутого силового привода (32), когда упомянутый шток выдвинут на его максимальный ход.

4. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутое боковое удлинение включает в себя вилку (40), и тем, что конец упомянутого штока (34) шарнирно соединен с упомянутой вилкой по оси (41), параллельной оси упомянутого корпуса.

5. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый цилиндр (33) включает в себя боковую лапку (44), шарнирно соединенную с вилкой (46), прикрепленной к упомянутому корпусу.

6. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый силовой привод (32) является линейным электродвигателем.

7. Газотурбинный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что приводное кольцо (18) соединено с двумя вышеупомянутыми смежными индивидуальными приводными блоками (32), которые расположены по существу диаметрально противоположно.