СТАТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
COMPRESSOR STATOR OF GAS-TURBINE ENGINE

Изобретение относится к регулируемым направляющим аппаратам компрессоров многорежимных авиационных газотурбинных двигателей.
Известен статор компрессора газотурбинного двигателя с наружным корпусом, в котором установлены поворотные лопатки направляющего аппарата (НА), соединенные с поворотным кольцом, установленным на корпусе с помощью роликов и Г-образного кольца, при этом поворотное кольцо снабжено кольцевыми окружными выступами, соединенными в местах установки роликов крепежным элементом, а в окружных выступах выполнены выборки, причем отношение ширины поворотного кольца к глубине выборки составляет 1,5...4 (патент RU 2199033, опубл. 27.08.2010), далее по тексту - «роликовая центровка».
К недостаткам такой конструкции можно отнести недостаточную долговечность, обусловленную тем, что ролики имеют только одно направление качения, при этом кольцо привода кроме вращательного движения вокруг своей оси совершает поступательное движение вдоль этой оси, обусловленное движением конца рычага, связанного с кольцом, по окружности вокруг оси лопатки. Таким образом, траектория движения ролика не совпадает с направлением его свободного качения, что вызывает проскальзывание ролика и износ ролика и опорной поверхности, а также возникновение люфта в соединении «ролик-кольцо привода», что в свою очередь может вызвать развитие люфта и заклинивание ролика или поломку соединения «ролик-кольцо привода». Еще одним существенным недостатком такой конструкции является невозможность компенсации деформаций корпуса вместе с центрирующим кольцом под действием давления внутри корпуса (особенно проявляющихся при наличии горизонтального разъема корпуса), что приводит к разности формы корпуса (с центрирующим кольцом) и кольца привода (поскольку оси роликов жестко закреплены на кольце привода), которая может привести к заклиниванию кольца привода. Другими серьезными недостатками такой конструкции можно считать недостаточную ремонтопригодность, обусловленную приваркой центрирующего кольца к корпусу, что делает невозможным ремонт опорных поверхностей при их износе, а также большой избыточный вес, обусловленный размещением на корпусе массивного центрирующего кольца.
Задачей заявленного изобретения является создание статора компрессора газотурбинного двигателя, в котором устранены описанные выше недостатки.
Указанные недостатки в предлагаемой конструкции устраняются обеспечением неизменности центровки кольца привода относительно корпуса за все время работы с помощью подпружиненных тел качения, таким образом, исключением возможности заклинивания механизма управления НА в результате деформации корпуса или кольца и проскальзывания тел качения относительно опорных элементов, что достигается созданием постоянного усилия, направленного на возврат кольца в первоначальное положение за счет подпружинивания элементов устройства и исключения зазора между неподвижными и подвижными элементами устройства. Преимуществом заявленного изобретения является отсутствие проскальзывания тела качения по опорной поверхности, обусловленное шарообразной формой тела качения и их постоянным поджатием к опорным элементам. Еще одним преимуществом является возможность компенсации деформаций корпуса без потери центровки кольца относительно оси корпуса, что исключает заклинивание кольца привода, при одновременном обеспечении поджатия тел качения к опорным элементам, что предохраняет от их проскальзывания. Другим преимуществом является минимальный вес центрирующих элементов по сравнению с роликовой центровкой.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является:
- существенное увеличение надежности конструкции, выраженное в
неизменности усилия перемещения кольца привода относительно корпуса при эксплуатационных деформациях корпуса;
- существенное увеличение долговечности устройства;
- повышение ремонтопригодности устройства;
- существенное снижение веса конструкции центрирующих элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что в статоре компрессора газотурбинного двигателя, содержащем корпус, поворотные лопатки направляющего аппарата, установленные в корпусе и связанные рычагами с кольцами привода посредством радиальных штифтов, законтренных на последних, при этом кольца привода подсоединены к силовому цилиндру, при этом, согласно настоящему изобретению, он снабжен, по меньшей мере, тремя кольцевыми обоймами, в каждой из которой установлен шарик, и, по меньшей мере, тремя опорными элементами, каждый из которых закреплен на внутренней поверхности кольца привода с возможностью радиального смещения относительно последнего, а каждая из кольцевых обойм установлена в корпусе и зафиксирована в нем в осевом направлении, а в радиальном направлении подпружинена в сторону кольца привода, при этом каждый из шариков контактирует с внутренней поверхностью одного из опорных элементов.
Такое конструктивное выполнение влияет на достижение указанных выше технических результатов следующим образом:
- существенное увеличение надежности конструкции, выраженное в неизменности усилия перемещения кольца привода относительно корпуса при эксплуатационных деформациях корпуса, достигается постоянным возвращением центра кольца в первоначальное положение относительно оси корпуса (самоцентрированием) за счет равномерного подпружинивания кольца со всех сторон, при этом деформация корпуса компенсируется перемещением тел качения в радиальном направлении (по отношению к корпусу);
- существенное увеличение долговечности устройства достигается исключением трения скольжения из пары «тело качения-опорная поверхность», а также исключением возможности соударения элементов привода НА за счет постоянного поджатия тел качения к опорным элементам;
- повышение ремонтопригодности устройства достигается возможностью замены каждого элемента конструкции, имеющего износ или повреждение, без дополнительной механической обработки при переборке узла;
- существенное снижение веса конструкции центрирующих элементов достигается введением небольших опорных площадок на кольце привода вместо массивного центрирующего опорного кольца на корпусе.
Количество опорных кольцевых обойм и, соответственно, опорных элементов, а также их расстановка по окружности подбирается исходя из диаметра кольца привода, его жесткости и наличия дополнительных элементов, влияющих на жесткость кольца и корпуса (фланцев горизонтального разъема, стыковочных кольцевых фланцев, стыков кольца привода при изготовлении его из частей и т.п.).
На чертеже представлен продольный разрез статора компрессора газотурбинного двигателя.
Статор компрессора газотурбинного двигателя содержит корпус 1, поворотные лопатки 2 направляющего аппарата, установленные в корпусе 1 и связанные рычагами 3 с кольцами привода 4 посредством радиальных штифтов 5, законтренных на последних, при этом кольца привода 4 подсоединены к силовому цилиндру (на чертеже не показан), при этом он (статор) снабжен, по меньшей мере, тремя кольцевыми обоймами 6, в каждой из которой установлено тело качения-шарик 7, и, по меньшей мере, тремя опорными элементами 8 (например, имеющими в продольном сечении прямоугольную форму), каждый из которых закреплен на внутренней поверхности кольца привода 4 с возможностью радиального смещения относительно последнего, а каждая из кольцевых обойм 6 установлена в корпусе 1, имеет свободу перемещения в своем осевом направлении (вдоль своей оси, радиальной для статора) и ограничена в своем радиальном направлении стенками стакана корпуса, в своем осевом направлении (радиальном для статора) подпружинена посредством пружины 9 в сторону кольца привода 4, при этом каждый из шариков 7 контактирует с внутренней поверхностью одного из опорных элементов 8.
Устройство собирается в следующей последовательности: рычаги 3 устанавливаются в кольцо привода 4, фиксируются радиальными штифтами 5, затем радиальные штифты 5 контрятся. С внутренней стороны в кольцо привода 4 вворачиваются опорные элементы 8. Поворотные лопатки 2 устанавливаются в корпус 1. Затем в корпус 1 устанавливаются подпружиненные кольцевые обоймы 6 с телами качения-шариками 7 (кольцевые обоймы 6 могут быть зафиксированы от выпадения из корпуса 1 дополнительными элементами), кольцо привода 4 размещается на корпусе 1, рычаги 3 свободным концом закрепляются на лопатках 2, контрятся, при этом опорные элементы 8 оказываются над телами качения-шариками 7. Далее проводится регулировка положения опорных элементов относительно тел качения-шариков 7 вращением опорных элементов 8 в резьбе отверстия кольца привода 4, чем обеспечивается поджатие пружин 9 и выставление кольца привода 4 концентрично корпусу 1.
Принцип работы устройства: при повороте НА кольцо привода 4 перемещается относительно корпуса 1, при этом каждый опорный элемент постоянно находится в контакте с телом качения-шариком 7. Кольцевая обойма 6 обеспечивает возможность свободного вращения тела качения-шарика 7 относительно стакана корпуса 1, не позволяя ему выпадать из стакана. Пружина 9 обеспечивает поджатие обоймы 6 с телом качения-шариком 7 к опорному элементу 8, обеспечивая постоянный контакт между телом качения-шариком 7 и опорным элементом 8, и отжимает кольцо привода 4 от корпуса 1. Наличие нескольких равнорасположенных устройств по окружности обеспечивает центровку кольца привода 4 относительно корпуса 1, изменение положения опорных элементов 8 заворачиванием/отворачиванием по резьбе в кольце привода 4 обеспечивает возможность регулировки положения центра кольца привода 4 относительно оси корпуса 1 и степень поджатия пружины 9 для обеспечения усилия контакта между опорным элементом 8 и телом качения-шариком 7, необходимого для исключения проскальзывания тела качения-шарика 7 относительно опорного элемента 8.