ПРИВОДНОЙ МЕХАНИЗМ И ТУРБОМАШИНА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 2019 года по МПК F01D17/16 F04D29/56 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к механизму для привода элементов для регулировки ориентации лопаток нескольких спрямляющих ступеней турбомашины.

Изобретение в частности относится к механизму для привода двух регулировочных элементов, обеспечивающему возможность одновременного привода обоих регулировочных элементов с разными скоростями движения относительно друг друга.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Компрессор и/или турбина турбомашины состоят из нескольких ступеней, причем каждая ступень включает в себя спрямляющее устройство для потока газа.

Известно изменять ориентацию лопаток спрямляющих устройств как функцию условий работы турбомашины, чтобы оптимизировать ее эффективность.

Согласно известному варианту воплощения, изменением ориентации лопаток спрямляющего устройства управляют посредством исполнительного механизма, включающего в себя управляющий вал, который взаимодействует с элементом, связанным с каждой лопаткой, или же блок управления для управления ориентацией лопаток.

Хотя использование одного вала для привода лопаток обеих спрямляющих ступеней позволяет ограничить количество компонентов в турбомашине, размеры этой системы являются особенно большими, поэтому это решение является предпочтительным для больших турбомашин.

Из документа ЕР2626521 А1, 14.08.2013, известен приводной механизм для привода первого регулировочного элемента для регулировки ориентации лопаток первой спрямляющей ступени турбомашины и второго регулировочного элемента для регулировки ориентации лопаток второй спрямляющей ступени турбомашины, который включает в себя средства для одновременного привода обоих регулировочных элементов в движение в турбомашине.

Использование блока управления подходит для турбомашин любого размера. Однако это решение включает в себя большое количество компонентов, что уменьшает точность системы из-за суммарных зазоров между множеством компонентов и их соответствующих деформаций.

Целью изобретения является создание механизма для привода средств для регулировки ориентации лопаток, который одновременно и является компактным и включает в себя уменьшенное количество деталей.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение предлагает механизм для привода первого регулировочного элемента для регулировки ориентации лопаток первой спрямляющей ступени турбомашины и второго регулировочного элемента для регулировки ориентации лопаток второй спрямляющей ступени турбомашины, который включает в себя средства для одновременного привода обоих регулировочных элементов в движение в турбомашине, отличающийся тем, что он включает в себя одно ведущее колесо, которое одновременно приводит в движение первый регулировочный элемент и второй регулировочный элемент и включает в себя две ступени зубчатой передачи, которые располагаются между ведущим колесом и одним или другим из первого регулировочного элемента и второго регулировочного элемента и которые имеют разные передаточные отношения.

Этот приводной механизм позволяет сосредоточить функции приведения в движение и вариативности передаточных отношений в уменьшенном количестве компонентов, тем самым уменьшая массу приводного механизма.

Предпочтительно, передаточное отношение ступени зубчатой передачи, связанной со вторым регулировочным элементом, изменяется как функция углового положения ведущего колеса в турбомашине.

Предпочтительно, ступень зубчатой передачи, связанная со вторым регулировочным элементом, включает в себя первое зубчатое колесо, которое зацепляется с ведущим колесом, второе зубчатое колесо, которое зацепляется с зубчатым участком второго регулировочного элемента, и средства сопряжения для сопряжения обоих колес друг с другом, чтобы изменять передаточное отношение ступени зубчатой передачи.

Предпочтительно, ступень зубчатой передачи, связанная со вторым регулировочным элементом, выполнена с возможностью изменять передаточное отношение ступени зубчатой передачи нелинейным образом.

Предпочтительно, оси вращения обоих колес ступени зубчатой передачи, связанной со вторым регулировочным элементом, параллельны и смещены относительно друг друга.

Предпочтительно, одно из обоих колес включает в себя паз, и другое колесо включает в себя палец, выступающий в осевом направлении от упомянутого другого колеса, причем палец принимается в пазу и выполнен с возможностью взаимодействовать с пазом, чтобы передавать крутящий момент от первого колеса к второму колесу.

Предпочтительно, паз образован в первом зубчатом колесе, и палец установлен на втором зубчатом колесе.

Предпочтительно, ступень зубчатой передачи, связанная с первым регулировочным элементом, включает в себя третье зубчатое колесо, которое зацепляется с ведущим колесом и комплементарным зубчатым участком первого регулировочного элемента.

Изобретение также относится к турбомашине летательного аппарата, включающей в себя две спрямляющие ступени, ориентация лопаток которых может быть изменена, отличающейся тем, что каждая спрямляющая ступень включает в себя элемент для регулировки ориентации лопаток упомянутой спрямляющей ступени, причем оба регулировочных элемента выполнены с возможностью вращательного движения в турбомашине вокруг основной оси турбомашины и приводятся во вращательное движение посредством приводного механизма согласно изобретению.

Предпочтительно, каждый регулировочный элемент включает в себя первый зубчатый участок, связанный с соответствующей ему ступенью зубчатой передачи, и второй зубчатый участок, который зацепляется с зубчатым колесом, установленным на каждой лопатке соответствующей ему спрямляющей ступени.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых единственный чертеж показывает схематическое изображение приводного механизма, выполненного согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

На единственном чертеже представлен механизм 10 для привода элемента 12 для регулировки ориентации лопаток 14 первой спрямляющей ступени 16 турбомашины и элемента 18 для регулировки ориентации лопаток 20 второй спрямляющей ступени 22 турбомашины.

Элементы 12, 18 для регулировки ориентации лопаток 14, 20 каждый состоит из кольца, связанного с каждой спрямляющей ступенью 16, 22, которое выполнено с возможностью вращательного движения в турбомашине вокруг основной оси турбомашины (не показана). Осевой конец 12а, 18а каждого кольца 12, 18 включает в себя зубчатый участок, который взаимодействует с зубчатым колесом, установленным на каждой лопатке 14, 20.

Тем самым вращение кольца 12, 18 турбомашины вызывает одновременное вращение всех лопаток 14, 20 соответствующей ему спрямляющей ступени 16, 22.

При изменении в условиях работы турбомашины ориентация лопаток 14, 20 обеих спрямляющих ступеней 16, 22 должна быть одновременно изменена, чтобы оптимизировать рабочие характеристики турбомашины. При этом лопатки 14 первой спрямляющей ступени 16 поворачиваются на угол, отличный от угла поворота лопаток 20 второй спрямляющей ступени 22.

Механизм 10 для привода регулировочных колец 12, 18 выполнен с возможностью одновременно приводить в движение оба кольца 12, 18 таким образом, что величина перемещения первого кольца 12, связанного с первой спрямляющей ступенью 16, отличается от величины перемещения второго кольца 18, связанного со второй спрямляющей ступенью 22.

Для одновременного привода обоих колец 12, 18 приводной механизм 10 включает в себя одно ведущее колесо 24, которое сопрягается с обоими кольцами 12, 18 через две ступени 26, 28 зубчатой передачи.

Первая ступень 26 зубчатой передачи связана с первым кольцом 12 первой спрямляющей ступени 16 и включает в себя одно зубчатое колесо 30, которое зацепляется с ведущим колесом 24 и с первым кольцом 12.

Вторая ступень 28 зубчатой передачи связана со вторым кольцом 18 и включает в себя первое зубчатое колесо 32, которое зацепляется с ведущим колесом 24, и второе зубчатое колесо 34, которое зацепляется со вторым кольцом 18. Оба зубчатых колеса второй ступени 28 зубчатой передачи взаимодействуют друг с другом, чтобы передавать приводные усилия от первого зубчатого колеса 32 к второму зубчатому колесу 34.

Второй осевой конец 12b, 18b каждого кольца 12, 18 для этого включает в себя зубчатый участок 44, который взаимодействует с колесом 30, 34 соответствующей ему первой ступени 26 зубчатой передачи или второй ступени 28 зубчатой передачи.

Первое колесо 32 и второе колесо 34 сопрягаются друг с другом, чтобы обеспечить передаточное отношение, отличное от передаточного отношения, обеспечиваемого зубчатым колесом 30 первой ступени 26 зубчатой передачи.

Здесь, передаточное отношение, обеспечиваемое зубчатым колесом 30 первой ступени 26 зубчатой передачи, является линейным и постоянным независимо от углового положения ведущего колеса 24. Передаточное отношение, обеспечиваемое второй ступенью 28 зубчатой передачи, таким образом, является нелинейным.

Согласно предпочтительному варианту воплощения, передаточное отношение второй ступени 28 зубчатой передачи является переменным и изменяется как функция углового положения ведущего колеса 24 и тем самым первого колеса 32.

Первое колесо 32 и второе колесо 34 располагаются параллельно друг другу, и их соответствующие оси 36, 38 вращения параллельны и радиально смещены относительно друг друга. Оба колеса 32, 34 сопрягаются с помощью средств для изменения передаточного отношения второй ступени 28 зубчатой передачи.

Средства сопряжения здесь состоят из сборки из паза 40 и следящего пальца 42, каждый из которых соответственно размещается на одном или другом из первого или второго колеса 32, 34.

Здесь, паз 40 образован в первом колесе 32 и имеет радиальную основную ориентацию относительно оси 36 вращения первого колеса 32. Палец 42 установлен на втором колесе 34 и выступает в осевом направлении относительно радиальной поверхности 34а второго колеса 34, обращенной к первому колесу 34, и принимается в пазу 40.

Так как соответствующие оси 36, 38 вращения обоих колес 32, 34 смещены относительно друг друга, во время вращения первого колеса 32 палец 42 перемещается в пазу 40, тем самым изменяя расстояние между пальцем 42 и осью 36 вращения первого колеса 32. Тем самым изменяется передаточное отношение.

Понятно, что изобретение не ограничивается этой одной конфигурацией паза 40 и пальца 42, и что паз 40 может быть не прямолинейным, чтобы получить желаемый закон, определяющий передаточное отношение второй ступени 28 зубчатой передачи.

Кроме того, согласно представленному варианту воплощения ось вращения ведущего колеса 24 в целом перпендикулярна осям 36, 38 вращения колес 30, 32, 34 ступеней 26, 28 зубчатой передачи. Согласно альтернативному варианту воплощения, оси вращения разных колес 24, 30, 32, 34 параллельны.

Турбомашина (не показана), включающая в себя спрямляющие ступени 16, 22 и приводной механизм 10, раскрытый выше, тем самым имеет более простую конструкцию.

Приводной механизм для привода первого и второго регулировочных элементов служащих для регулировки ориентации лопаток первой и второй спрямляющих ступеней турбомашины, соответственно, включает в себя средства для одновременного привода обоих регулировочных элементов в движение. Средства для привода обоих регулировочных элементов включают ведущее колесо, выполненное с возможностью одновременного приведения в движение первого и второго регулировочного элемента, а также две ступени зубчатой передачи. Ступени зубчатой передачи расположены между ведущим колесом и одним из первого регулировочного элемента и второго регулировочного элемента и имеют разные передаточные отношения. Передаточное отношение ступени зубчатой передачи, связанной со вторым регулировочным элементом, изменяется в зависимости от углового положения ведущего колеса в турбомашине. Другое изобретение группы относится к турбомашине летательного аппарата, включающей две спрямляющие ступени, каждая из которых имеет регулировочный элемент, причем оба регулировочных элемента выполнены с возможностью вращения вокруг оси в турбомашине и приводятся во вращение посредством указанного выше приводного механизма. Группа изобретений позволяет снизить массу приводного механизма. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Приводной механизм (10) для привода первого регулировочного элемента (12) для регулировки ориентации лопаток (14) первой спрямляющей ступени (16) турбомашины и второго регулировочного элемента (18) для регулировки ориентации лопаток (20) второй спрямляющей ступени (22) турбомашины, который включает в себя средства для одновременного привода обоих регулировочных элементов (12, 18) в движение в турбомашине, отличающийся тем, что он включает в себя одно ведущее колесо (24), выполненное с возможностью одновременного приведения в движение первого регулировочного элемента (12) и второго регулировочного элемента (18) и включает в себя две ступени (26, 28) зубчатой передачи, которые располагаются между ведущим колесом (24) и одним из первого регулировочного элемента (12) и второго регулировочного элемента (18) и которые имеют разные передаточные отношения, причем передаточное отношение ступени (28) зубчатой передачи, связанной со вторым регулировочным элементом (18), изменяется в зависимости от углового положения ведущего колеса (24) в турбомашине.

2. Приводной механизм (10) по п. 1, отличающийся тем, что ступень (28) зубчатой передачи, связанная со вторым регулировочным элементом (18), включает в себя первое зубчатое колесо (32), выполненное с возможностью зацепления с ведущим колесом (24), второе зубчатое колесо (34), выполненное с возможностью зацепления с зубчатым участком (44) второго регулировочного элемента (18), и средства (40, 42) сопряжения для сопряжения обоих колес (32, 34) друг с другом, чтобы изменять передаточное отношение ступени (28) зубчатой передачи.

3. Приводной механизм (10) по п. 2, отличающийся тем, что ступень (28) зубчатой передачи, связанная со вторым регулировочным элементом (18), выполнена с возможностью изменять передаточное отношение ступени (28) зубчатой передачи нелинейным образом.

4. Приводной механизм (10) по п. 3, отличающийся тем, что оси (36, 38) вращения обоих колес (32, 34) ступени (28) зубчатой передачи, связанной со вторым регулировочным элементом (18), параллельны и смещены относительно друг друга.

5. Приводной механизм (10) по п. 4, отличающийся тем, что одно колесо (32) из обоих колес включает в себя паз (40), и другое колесо (34) включает в себя палец (42), выступающий в осевом направлении от упомянутого другого колеса (34), причем палец (42) выполнен с возможностью захождения в паз (40) и с возможностью взаимодействия с пазом (40) для передачи крутящего момента от первого колеса (32) к второму колесу (34).

6. Приводной механизм (10) по п. 5, отличающийся тем, что паз (40) образован в первом зубчатом колесе (32), а палец (42) установлен на втором зубчатом колесе (34).

7. Приводной механизм (10) по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что ступень (26) зубчатой передачи, связанная с первым регулировочным элементом (12), включает в себя третье зубчатое колесо (30), которое находится в зацеплении с ведущим колесом (24) и комплементарным зубчатым участком (44) первого регулировочного элемента (12).

8. Турбомашина летательного аппарата, включающая в себя две спрямляющие ступени (16, 22), лопатки (14, 20) которых имеют переменную ориентацию, отличающаяся тем, что каждая спрямляющая ступень включает в себя регулировочный элемент (12, 18) для регулировки ориентации лопаток (14, 20) спрямляющей ступени (16, 22), причем оба регулировочных элемента (12, 18) выполнены с возможностью вращения в турбомашине вокруг основной оси турбомашины и приводятся во вращение посредством приводного механизма (10) по любому из пп. 1-7.

9. Турбомашина по п. 8, отличающаяся тем, что каждый регулировочный элемент (12, 18) включает в себя первый зубчатый участок (44), связанный с соответствующей ему ступенью (26, 28) зубчатой передачи, и второй зубчатый участок, выполненный с возможностью зацепления с зубчатым колесом, установленным на каждой лопатке (14, 20) соответствующей ему спрямляющей ступени (16, 22).