Устройство для регулировки угла поворота лопаток в турбомашине
Устройство для регулировки угла поворота лопаток в турбомашине содержит лопатки, имеющие радиальные поворотные стержни, установленные в подшипниках корпуса и связанные посредством рычагов с регулировочным кольцом, окружающим корпус с внешней стороны. Регулировочное кольцо включает два полукруглых элемента, концы которых жестко соединены перемычками, расположенными поверх продольных фланцев корпуса. Рычаги установлены с возможностью поворота на концах радиальных пальцев, поддерживаемых полукруглыми элементами и перемычками регулировочного кольца. Пальцы, поддерживаемые полукруглыми элементами, направлены радиально наружу относительно полукруглых элементов, а пальцы, поддерживаемые перемычками, направлены радиально внутрь относительно перемычек. Точки поворота рычагов на пальцах располагаются на одном и том же расстоянии от оси поворота регулировочного кольца как для радиальных пальцев, поддерживаемых полукруглыми элементами, так и для радиальных пальцев, поддерживаемых перемычками регулировочного кольца. Изобретение позволяет повысить эффективность турбомашины и экономию топлива за счет гарантированного одинакового угла поворота регулируемых лопаток. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к устройствам для регулировки угла поворота лопаток в турбомашине, в частности, в турбовинтовом двигателе или турбореактивном двигателе самолета.
В такой турбомашине целью регулировки углового положения или "поворота" некоторых статорных лопаток является оптимизирование эффективности турбомашины и сокращение в ней расхода горючего в различных режимах полета. Такое регулирование в большинстве случаев выполняется для одного или более рядов лопастей посредством регулировочного кольца, которое окружает турбомашинный статор с внешней стороны и которое может поворачиваться вокруг продольной оси статора приводными средствами типа исполнительного механизма или электродвигателя. Поворотное движение кольца передается посредством рычагов ряду лопаток, каждый рычаг связан одним своим концом с лопаткой, а на другом своем конце несет радиальный палец, который закрепляется в цилиндрическом кожухе регулировочного кольца.
В турбомашинах, имеющих определенный уровень мощности, корпус статора состоит из двух полуцилиндрических оболочек, включающих продольные соединительные фланцы, которые выступают за пределы корпуса. Вследствие наличия таких продольно-расположенных фланцев каждое кольцо управления выполнено из двух по большей части полукруглых элементов, концы которых жестко связаны посредством двух перемычек, которые размещены поверх фланцев корпуса и позволяют кольцу поворачиваться на определенный угол относительно продольной оси корпуса.
Радиальные пальцы рычагов направлены внутрь, когда они размещаются в кожухах по существу полукруглых кольцевых элементов, и направлены радиально наружу, когда они размещаются в цилиндрических кожухах перемычек, так как перемычки расположены еще дальше от продольной оси корпуса, чем полукруглые элементы кольца.
В результате точки вращения рычагов, связанные с перемычками, расположены дальше от продольной оси корпуса, чем точки вращения рычагов, связанные с полукруглыми элементами кольца, а угловое смещение кольца относительно оси корпуса приводит к взаимодействию лопаток посредством рычагов с полукруглыми кольцевыми элементами, поворачивающимися на определенный угол, в то время как лопатки, связанные посредством рычагов с перемычками колец, поворачиваются на больший угол.
Это различное регулирование положения лопаток посредством перемычек препятствует оптимизации эффективности и экономии топлива.
Основной задачей настоящего изобретения является обеспечение решения вышеуказанной проблемы простым, эффективным и недорогим путем.
Изобретение предусматривает создание устройства для регулировки угла поворота лопаток в турбомашине, содержащее лопатки с радиальными поворотными стержнями, которые установлены в подшипниках корпуса и связаны посредством рычагов с регулировочным кольцом, окружающим корпус с внешней стороны, упомянутое кольцо включает два по существу полукруглых элемента, концы которых жестко соединены перемычками, расположенными поверх продольных фланцев корпуса, при этом настоящее устройство отличается тем, что рычаги с возможностью поворота установлены на концах радиальных пальцев, поддерживаемых полукруглыми элементами и перемычками регулировочного кольца, и пальцы, поддерживаемые полукруглыми элементами, направлены радиально наружу относительно упомянутых элементов, при этом пальцы, поддерживаемые перемычками, направлены радиально внутрь относительно упомянутых перемычек так, чтобы точки поворота рычагов на пальцах располагались на одном и том же расстоянии от оси поворота регулировочного кольца как для радиальных пальцев, поддерживаемых полукруглыми элементами, так и для радиальных пальцев, поддерживаемых перемычками регулировочного кольца.
Благодаря такой конфигурации, точки вращения рычагов располагаются в зонах контакта между рычагами и радиальными пальцами, а не в зонах контакта между радиальными пальцами и их цилиндрическими кожухами, таким образом, гарантируя, что угловое смещение кольца приводит к одной и той же величине поворота всех лопаток ряда.
Согласно другой отличительной особенности изобретения рычаги установлены на радиальных пальцах посредством шаровых шарниров.
Это позволяет уменьшить напряжения и деформации в рычагах при регулировке угла поворота лопаток.
В первом варианте изобретения, вышеупомянутые радиальные пальцы установлены в радиальных цилиндрических кожухах полукруглых элементов и перемычках регулировочного кольца и удерживаются в них угловыми ушками, закрепленными болтами (винтами) на упомянутых элементах и перемычках и взаимодействующими с концами пальцев, на которых установлены рычаги.
В другом варианте изобретения концы радиальных пальцев, удаленные от рычагов в цилиндрических кожухах полукруглых элементов и перемычек регулировочного кольца, развальцованы.
Эта конфигурация приводит к экономии в весе, так как она позволяет не использовать вышеупомянутые угловые ушки вместе с винтами для закрепления их на полукруглых элементах и перемычках регулировочного кольца.
По выбору на радиальных пальцах устанавливают средства для удержания рычагов, которые содержат U-образные части, которые имеют фланцы с отверстиями для прохождения радиальных пальцев и расположены с обеих сторон колец на каждом радиальном пальце.
Эти средства для удержания могут быть выполнены из легкого листового металла без увеличения при этом общего веса.
Другие характеристики и детали изобретения, поясняются следующим описанием примеров его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых
На Фигуре 1 фрагментарно схематически представлена часть корпуса турбомашины и регулировочного кольца.
На Фигурах 2 и 3 представлены местные виды, показывающие конфигурацию взаимодействия рычагов с изменяющими угол поворота лопатками посредством регулировочного кольца из предшествующего уровня техники;
На Фигуре 4 представлено фрагментарное схематическое изображение устройства настоящего изобретения;
На Фигуре 5 представлены различные варианты устройства;
На Фигуре 6 схематично изображен радиальный палец устройства, представленного на Фигуре 5;
На Фигуре 7 представлен чертеж другого варианта устройства настоящего изобретения;
На Фигуре 8 схематично изображен радиальный палец и средство для удержания рычагов устройства, представленного на Фигуре 7.
Фигура 1 представляет собой схематическое изображение части корпуса турбомашины 10 в сечении, вышеупомянутый корпус выполнен в виде двух полуоболочек 12, имеющих продольные соединительные фланцы 14, соединенные друг с другом по соединяющей плоскости 16 и выступающие за пределы корпуса 10.
Кольцо 18 для регулирования угла поворота лопаток охватывает внешнюю сторону корпуса 10 в непосредственной близости от него, и оно выполнено из двух по существу полукруглых элементов, которые жестко связаны своими концами посредством перемычек 22, только одна из которых изображена на Фигуре 1, каждая перемычка установлена поверх продольных фланцев 14 корпуса 10 и позволяет кольцу 18 поворачиваться на определенный угол относительно его продольной оси, которая совпадает по существу с продольной осью корпуса 10.
Средства, соединяющие регулировочное кольцо с рядом изменяющих угол поворота лопаток, схематически изображены на Фигурах 2 и 3.
Эти средства включают рычаги 24, каждый из которых закреплен одним своим концом радиальным поворотным стержнем 26 к изменяющей угол поворота лопатке 28, каждый стержень 26 является поворотной направляющей деталью в подшипнике 30, который установлен в радиальном отверстии корпуса 10. Другой конец каждого рычага 24 несет радиальный палец 32, например, на развальцованном конце упомянутого рычага, и направляющая деталь в цилиндрической втулке 34 установлена в цилиндрическом кожухе регулировочного кольца 18.
Когда рычаг 24 связан с одним из полукруглых элементов 20 кольца 18, как показано на Фигуре 2, радиальные пальцы 32 проходят по направлению радиальной оси корпуса 10 с рычагами 24, которые находятся радиально снаружи полукруглых элементов 20.
Поскольку радиальные пальцы 32 направляются в цилиндрических втулках 34, которые имеют некоторую длину, то трудно точно определить расстояние между продольной осью корпуса 10 и точкой крепления рычага для каждого радиального пальца 32 в его втулке 34.
Если с точки зрения симметрии рассматривать эти точки вращения, то в первом приближении они будут лежать в средних зонах пальцев 32 и втулок 34, затем на расстоянии R1 от продольной оси корпуса 10.
Когда рычаг 24 соединен с перемычкой 22 регулировочного кольца 18, как показано на Фигуре 3, палец 32 проходит радиально снаружи рычага 24, и точка поворота рычага 24 может подобным образом быть расположенной приблизительно в середине пальца 32 и втулки 34 и на расстоянии R2 от оси поворота регулировочного кольца 18, при этом R2 больше, чем R1.
Когда регулировочное кольцо повернуто на некоторый угол вокруг его оси вращения, лопатки 28 повернуты вокруг оси их поворотных стержней 26 на угол, который является пропорциональным R1 для лопаток, связанных посредством рычагов 24 с полукруглыми элементами 20 регулировочного кольца 18, и на угол, который является пропорциональным R2 для лопаток 28, связанных посредством рычагов 24 с перемычками 22 регулировочного кольца 18.
Эта разность в угле поворота между лопатками 28 зависит от того, связаны ли они с элементами 20 или с перемычками 22 кольца 18, что препятствует оптимизации эффективности турбомашины.
Для устранения этого недостатка настоящее изобретение предусматривает установку рычагов 24 с возможностью поворота на радиальных пальцах 32, поддерживаемых полукруглыми элементами 20 и перемычками 22 регулировочного кольца 18, при этом все точки поворота рычагов находятся на одинаковом расстоянии от оси корпуса.
В варианте, показанном на Фигуре 4, радиальные пальцы 32 закреплены в цилиндрических кожухах элементов 20 регулировочного кольца, при этом их радиальные внешние концы расположены вне упомянутых кожухов, и пальцы удерживаются на месте посредством угловых ушек 36, которые несут на себе радиальные внешние концы пальцев 32 и которые закреплены в элементах 20 регулировочного кольца посредством винтов 38. Радиальные внутренние концы пальцев 32 удерживаются посредством соответствующих внутренних поясков в их цилиндрических кожухах.
Каждый рычаг 24 закреплен на одном конце радиального поворотного стержня 26 лопатки с изменяющимся углом поворота, а на другом его конце выполнено отверстие, в котором закреплена шайба 40, имеющая соответствующий проходящий через нее радиальный палец 32, внутренняя поверхность шайбы 40 расширяется от ее средней части по направлению к ее концам для обеспечения соединения рычага 24 и пальца 32 посредством шарового шарнира.
При таком соединении поворотная точка рычага расположена в плоскости контакта между средней частью шайбы 40 и радиального пальца 32.
Когда рычаг взаимодействует с перемычкой 22, палец 32 направлен радиально наружу от рычага и располагается симметрично, как это показано на Фигуре 4, вокруг рычага, но точка поворота рычага еще находится в плоскости контакта между средней частью шайбы 40 и радиального пальца 32 и таким образом на том же самом расстоянии от оси поворота регулировочного кольца 18.
В другом варианте, показанном схематически на Фигурах 5 и 6, радиальный палец 32 закреплен в элементе 20 или перемычке 22 регулировочного кольца при помощи развальцовки одного из его концов 42 и в его средней части он имеет кольцо 44 для опоры на поясок элемента 20 или перемычки 22. Соответствующий рычаг 24 установлен на концевой части 46 пальца 32 посредством шайбы 40, описанной выше, напротив расширяющегося конца 42 для развальцовки.
Когда рычаг 24 связан с полукруглым элементом 20 регулировочного кольца, как показано на Фигуре 5, радиальный внутренний конец пальца 32 развальцован к элементу 20, а радиальный внешний конец закреплен в шайбе 40 на конце рычага 24. Напротив, когда рычаг 24 связан с перемычкой 22, радиальный внешний конец радиального пальца 32 развальцован к перемычке, а радиальная внутренняя часть упомянутого пальца закреплена в шайбе 40 на конце рычага 24.
В другом варианте, показанном на Фигурах 7 и 8, конфигурация устройства по существу идентична той, что показана на Фигурах 5 и 6, но она включает дополнительную деталь для удержания рычага 24 на концевой части 46 радиального пальца 32, эта удерживающая деталь 48 составляется, например, частью листового металла, согнутого U-образно, и включает фланец 50, снабженный отверстием для закрепления конца 46 радиального пальца 32, и другой фланец 52, параллельный упомянутому фланцу 50, включает отверстие для прохождения пальца 32, и предназначен для упора в него кольца 44 пальца, причем кольцо, таким образом, лежит между двумя фланцами 50 и 52 удерживающей детали 48.
При сборке деталь 48 открыта, палец 32 закрепляют в отверстии фланца 52, и затем его помещают на место в цилиндрический кожух регулировочного кольца 18, и проводят развальцовку его конца 42, после чего рычаг 24 закрепляют посредством шайбы 40 на концевой части 46 пальца 32, закрепленного в соответствующем отверстии фланца 50, а фланец 50 загнут вниз таким образом, чтобы быть по существу параллельным фланцу 52.
Варианты Фигур 5-8 имеют преимущество в экономии веса перед вариантом, изображенным на Фигуре 4, при этом экономия в весе в каждом ряде лопаток с изменяющимся углом поворота, составляет, например, около 0,72 килограмма (кг), для варианта Фигуры 5, и около 0,65 кг для варианта Фигуры 7.
Преимущество изобретения состоит в том, что рычаги 24 ряда лопаток с изменяющимся углом поворота являются одинаковыми и поворачивают лопатки на один и тот же угол при фиксированном повороте регулировочного кольца независимо от того, связаны ли рычаги с полукруглыми элементами или с перемычками регулировочного кольца.
1. Устройство для регулировки угла поворота лопаток в турбомашине, причем лопатки имеют радиальные поворотные стержни (26), которые установлены в подшипниках корпуса (10) и связаны посредством рычагов (24) с регулировочным кольцом (18), окружающим корпус (10) с внешней стороны, упомянутое кольцо включает два по существу полукруглых элемента (20), концы которых жестко соединены перемычками (22), расположенными поверх продольных фланцев (14) корпуса, отличающееся тем, что рычаги (24) с возможностью поворота установлены на концах радиальных пальцев (32), поддерживаемых полукруглыми элементами (20) и перемычками (22) регулировочного кольца (18), и пальцы (32), поддерживаемые полукруглыми элементами (20), направлены радиально наружу относительно упомянутых элементов, при этом пальцы (32), поддерживаемые перемычками (22), направлены радиально внутрь относительно упомянутых перемычек (22) так, чтобы точки поворота рычагов (24) на пальцах (32) располагались на одном и том же расстоянии от оси поворота регулировочного кольца (18) как для радиальных пальцев (32), поддерживаемых полукруглыми элементами (20), так и для радиальных пальцев, поддерживаемых перемычками (22) регулировочного кольца.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рычаги (24) установлены в шаровом шарнире на радиальных пальцах (32).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиальные пальцы (32) установлены в радиальных цилиндрических кожухах полукруглых элементов (20) и перемычек (22), и они удерживаются в них посредством угловых ушек (36), закрепленных винтами (38) в элементах (20) и перемычках (22) и взаимодействующих с концами пальцев (32), на которых установлены рычаги (24).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что концы (42) радиальных пальцев (32), удаленные от рычагов в цилиндрических кожухах полукруглых элементов (20) и перемычек (22) регулировочного кольца, развальцованы.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средство (48) для удерживания рычагов (24) установлено на радиальных пальцах (32).
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средство (48) для удерживания содержит U-образные части, имеющие фланцы (50, 52) с отверстиями для прохождения радиальных пальцев (32) и расположенные с обеих сторон соответствующих колец (44) на радиальных пальцах (32).
