УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОВОРОТНОЙ ЛОПАТКОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА КОМПРЕССОРА (ВАРИАНТЫ)
DEVICE TO CONTROL COMPRESSOR GUIDE APPARATUS ROTARY VANE (VERSIONS)

Настоящее изобретение относится к механизмам управления поворотными лопатками направляющего аппарата компрессора. Изобретение предназначено как для использования в авиации при управлении угловым положением направляющих лопаток ввода воздуха в компрессоры турбомашин, так и на стационарных газотурбинных двигателях.
Известен регулируемый входной направляющий аппарат (патент США №3788763), состоящий из корпуса, установленной в него цапфы лопатки с возможностью вращения, рычага, ведущего кольца, шарнирного соединения, закрепленного на ведущем кольце посредством скобы и развальцованного в ней штифта.
Недостатком такого РВНА является отсутствие возможности установить с высокой точностью лопатку и необходимость изготовления нескольких дополнительных неиспользуемых скоб с различным положением отверстия под установку штифта для обеспечения точной установки угла направляющей лопатки и последующей механической обработки в процессе сборки. Результатом является неточность на уровне привода тяги, что отрицательно сказывается на функционировании всего устройства управления.
Наиболее близким к созданному изобретению является устройство регулирования направляющей поворотной лопатки статора (заявка США №20070048126). Устройство содержит направляющие поворотные лопатки статора, тягу, средства для соединения тяги с ведущим кольцом и средства крепления тяги на цапфе поворотной лопатки. Средства соединения тяги выполнены в виде штыря, один конец которого установлен в тяге, другой - в ведущем кольце. Закрепление штыря в ведущем кольце выполнено посредством соединительной втулки, размещенной в углублении ведущего кольца и при помощи двух стопоров зафиксированных с возможностью качения в плоскости ведущего кольца. Крепление тяги на цапфе поворотной лопатки осуществляется посредством болта и гайки.
Недостатки такого устройства управления лопатками направляющего аппарата компрессора обусловлены тем, что все элементы указанной в заявке конструкции имеют свои допуски на изготовление, приводящие к тому, что при сборке возникают отклонения от номинального значения угла установки направляющей поворотной лопатки и, как следствие, от направления потока. Вследствие этого, ухудшаются аэродинамические характеристики компрессора и увеличивается напряженность в деталях и устройствах поворота направляющих лопаток, т.е. повышаются силы трения в контактных парах устройства, что способствует их повышенному износу и уменьшает механический КПД. В результате снижается надежность, ресурс и эффективность устройства управления поворотными лопатками направляющего аппарата компрессора (а также, при околокритическом течении потока в проточной части направляющего аппарата, к снижению КПД и устойчивой работы компрессора в целом).
Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, заключается в повышении точности установки угла поворотной лопатки направляющего аппарата компрессора по отношению к направлению потока, в достаточном для компенсации неточностей, вызванных наличием допусков на изготовление, диапазоне регулирования, что обеспечивает повышение надежности, ресурса и КПД устройства управления поворотными лопатками направляющего аппарата компрессора.
Для достижения указанного технического результата в устройстве управления лопаткой с регулируемым углом установки для направляющего аппарата компрессора турбомашины, содержащем тягу, соединительные средства, включающие соединительную втулку, установленную в ведущем кольце, и штырь, один конец которого соединен с тягой, другой конец установлен в соединительной втулке, и средства крепления второго конца тяги на цапфе лопатки, подлежащей управлению, в соответствии с изобретением соединительная втулка выполнена эксцентрической, штырь установлен в тяге шарнирно и в месте его установки в тягу выполнен с эксцентриситетом, относительно части штыря, устанавливаемой в соединительную втулку, при этом устройство выполнено с возможностью фиксации в требуемом положении взаимного расположения штыря и соединительной втулки в ведущем кольце.
По второму варианту, для достижения указанного технического результата в устройстве управления лопаткой с регулируемым углом установки для направляющего аппарата компрессора турбомашины, содержащем тягу, соединительные средства, обеспечивающие соединение между первым концом тяги и кольцом управления, и средства крепления второго конца тяги на цапфе лопатки, подлежащей управлению, в соответствии с изобретением, средства крепления второго конца тяги на цапфе лопатки дополнительно содержат две эксцентрические втулки, установленные одна в другую на цапфе лопатки, в месте ее установки в тягу, при этом устройство выполнено с возможностью фиксации взаимного расположения эксцентрических втулок и тяги относительно цапфы лопатки в требуемом положении.
Благодаря такому решению в первом варианте устройства за счет относительного вращения штыря с эксцентрическим участком и эксцентрической втулки, а во втором варианте за счет относительного вращения эксцентрических втулок получается соединение, состоящее из двух эксцентрических деталей, при вращении которых относительно друг друга производится смещение осей установки соответствующих элементов конструкции на необходимую величину, достаточную для компенсации суммы допусков на изготовление. При этом перемещение оси производится в пределах окружности, описанной радиусом R, дискретно количеству равнорасположенных фиксирующих отверстий:
1
2
1
2
R=0.5·(e+e), где e, e - эксцентриситеты посадочных поверхностей сопрягаемых деталей.
Таким образом, появляется возможность регулировки угла установки каждой направляющей поворотной лопатки по отношению к направлению потока путем доворота тяги на малые величины.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены: фиг.1 - устройство управления в соответствии с изобретением в перспективном изображении, фиг.2 - устройство управления на виде в разрезе по линии I-I на фиг.1, фиг.3 - устройство управления в разрезе по линии II-II на фиг.2.
Управление угловыми положениями лопаток 1, установленных в корпусе статора 2, осуществляется с помощью ведущего кольца 3 и тяг 4 (на фиг.1 показана одна тяга). Каждая тяга 4 содержит первый конец 5, связанный с ведущим кольцом 3 шарнирно, посредством соединительных средств, и второй конец 6, закрепленный на цапфе 7 лопатки 1 с помощью средств крепления.
Соединительные средства включают соединительную втулку 8, установленную в выемке, выполненной в ведущем кольце 3, и штырь 9, один конец которого соединен с тягой 4, другой конец установлен в соединительной втулке 8.
Шарнирное соединение обеспечивается, например, за счет сферического подшипника 10, вмонтированного в первый конец 5 тяги.
Средства крепления могут представлять собой, например, призонный болт 11 и гайку 12.
В соответствии с первым вариантом изобретения соединительная втулка 8 и штырь 9 на участке, устанавливаемом в тягу 4, выполнены эксцентрическими.
Величины эксцентриситетов штыря 9 и соединительной втулки 8 определяются суммой допусков на изготовление деталей РВНА и выбираются исходя из технологии изготовления этих деталей и особенностей производства.
Штырь 9 установлен в ведущем кольце 4 через эксцентрическую соединительную втулку 8 с возможностью их вращения и фиксации в требуемом положении относительно друг друга.
Для взаимной фиксации в ведущем кольце 3, в соединительной втулке 8 и в штыре 9 выполнены радиальные отверстия 13, 14, 15 соответственно.
Взаимная фиксация обеспечивается установкой винтов 16 в отверстия 13, 14, 15. Кроме того, для фиксации штыря 9 относительно тяги 4 в осевом направлении используется гайка 17, а относительно кольца управления 4 - болт 18.
При сборке РВНА устанавливаются в приспособлении корпус статора 2 и лопатки 1, при этом угол установки лопатки фиксируется в требуемом положении. После чего устанавливается ведущее кольцо 3 с установленными в него эксцентрическими соединительными втулками 8 и штырями 9. На цапфу 7 лопатки 1 и штырь 9 устанавливается тяга 4 с вмонтированным в него шарнирным соединением, например сферическим подшипником 10. Путем вращения относительно друг друга штыря 9 с эксцентрическим участком и эксцентрической соединительной втулки 8 выбирается требуемое положение для фиксации положения лопатки 1
После установки требуемого положения лопатки 1 производится его фиксация винтами 16, гайкой 17 и болтом 18. При этом погрешность установки, вносимая дискретностью расположения указанных отверстий, минимизируется за счет увеличения их количества и изменения геометрических размеров штыря и втулки.
По второму варианту
Цапфа направляющей поворотной лопатки 1 установлена в корпусе статора 2 с возможностью вращения. Первый конец 5 тяги 4 с помощью соединительных средств, например штыря и соединительной втулки, установлен в ведущем кольце 3. Тяга 4 средствами крепления, например призонным болтом 11 и гайкой 12, закреплена вторым концом 6 на цапфе 7 направляющей поворотной лопатки 1 через эксцентрические втулки 19 и 20. Для фиксации взаимного расположения эксцентрических втулок 19 и 20 относительно друг друга и относительно цапфы 7 направляющей поворотной лопатки 1 и тяги 4 в указанных элементах конструкции выполнены отверстия 21, 22, 23, 24 соответственно.
Установка требуемого положения лопатки 1 обеспечивается взаимным вращением эксцентрических втулок 19, 20, после чего производится его фиксация посредством призонного болта 11 и гайки 12.
В результате использования заявляемого изобретения достигается высокая точность установки каждой лопатки по отношению к направлению потока и значительное снижение напряженности в деталях устройства управления поворотными лопатками направляющего аппарата компрессора. И, как следствие, - повышение надежности, ресурса, КПД и запаса газодинамической устойчивости компрессора в целом.
В зависимости от необходимой точности настройки РВНА возможны три варианта использования изобретения:
- Установка эксцентричных втулок в соединение цапфа поворотной лопатки - тяга.
- Установка эксцентрической соединительной втулки и штыря с эксцентрическими участками в шарнирное соединение тяга - ведущее кольцо.
- Использование двух вариантов одновременно.