УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИМИ АППАРАТАМИ КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области авиадвигателестроения, а именно к устройствам управления угловым положением поворотных направляющих лопаток компрессора газотурбинного двигателя.
Известно устройство управления направляющими аппаратами компрессора газотурбинного двигателя, включающее вал с двумя рычагами, связывающими его с приводом регулируемого направляющего аппарата и с силовым цилиндром, и установленный в силовом промежуточный корпусе на двухопорном подшипнике таким образом, что одна опора подшипника размещена на наружном опорном элементе, жестко связанном с силовым промежуточным корпусом, а вторая опора установлена на разделителе потоков силового промежуточного корпуса (RU 2236754 С1, 20.08.2009 - прототип).
Недостатком такой конструкции является то, что опорные элементы, размещенные на разделителе потоков и на наружной обечайке корпуса, не имеют жесткой связи между собой и испытывают разные деформации при работе двигателя. Разделитель потоков размещен в средней части горячего газового потока и подвержен более значительным температурным нагрузкам, чем наружная обечайка промежуточного корпуса. Также, промежуточный корпус деформируется под действием осевой силы, создаваемой ротором компрессора и передающейся через опору, закрепленную в центральной части промежуточного корпуса, причем, вследствие несимметричности закрепления промежуточного корпуса, величины деформации в различных зонах корпуса значительно различаются. Все это приводит к тому, что верхний и нижний опорный элемент двухопорного подшипника смещаются друг относительно друга в процессе работы двигателя, вызывая перекос и заклинивание вала с рычагами. Также, недостатком является консольное размещение рычагов относительно опор вала. При эксплуатации компрессора шток силового цилиндра поворачивает верхний рычаг и вал, и нижний рычаг, приводя в действие привод регулируемых направляющих аппаратов. При этом на вал действуют не только крутящий момент, но и сила, перпендикулярная его продольной оси, в результате в опорах подшипника появляются поперечные силы.
Указанные причины приводят к повышенному износу опор вала и возникновению погрешности в управлении угловым положением лопаток направляющего аппарата, что в свою очередь снижает КПД компрессора.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении надежности, ресурса и эффективности работы компрессора, обеспечении удобства компоновки внешней обвязки двигателя и снижении уровня механических напряжений в деталях компрессора.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве управления направляющими аппаратами компрессора газотурбинного двигателя, содержащем закрепленный на корпусе компрессора силовой привод, два рычага, один из которых соединен с силовым приводом, а второй с приводом направляющих аппаратов, согласно предложению рычаги жестко закреплены на опорном элементе, который размещен в обойме, зафиксированной на корпусе компрессора вне его проточной части, при этом контактные поверхности опорного элемента и обоймы выполнены сферическими, образуя шарнирное соединение. Рычаги и опорный элемент могут быть выполнены в виде цельной детали.
Опорный элемент установлен в обойме, жестко закрепленной на корпусе компрессора, например, при помощи штифтового или винтового соединений. Для обеспечения возможности сборки устройства обойма может быть выполнена разъемной, например, может состоять из двух полуобойм с горизонтальным разъемом между ними. Контактирующие поверхности опорного элемента и обоймы выполнены сферическими и образуют шарнирное соединение. Такое соединение позволяет опорному элементу вращаться в обойме в любом направлении, при этом концы рычагов, жестко закрепленных на опорном элементе, могут описывать различные дугообразные или сложные трехмерные траектории. Это дает возможность использовать различные типы силового привода. Например, силовой привод может представлять собой гидроцилиндр, соединенный с рычагом устройства штоком, двигающимся по линейной траектории, или это может быть электромеханизм, соединенный с рычагом посредством вращающегося шатуна. Также, силовой привод может располагаться на корпусе компрессора в различной ориентации относительно опорного элемента. Свобода в выборе типа и ориентации силового привода повышает удобство компоновки двигателя, так как силовой привод может быть размещен наиболее выгодным образом с точки зрения взаимного расположения агрегатов, трубопроводов, электрожгутов и других элементов внешней обвязки двигателя. Также, ориентация силового привода может быть выбрана таким образом, чтобы линия действия сил, создаваемых им и передаваемых через рычаги и опорный элемент на привод регулируемого направляющего аппарата, проходила через наиболее жесткие и прочные элементы конструкции компрессора, что снижает уровень механический напряжений и повышает надежность компрессора.
Сферическая контактная поверхность обоймы и опорного элемента также обеспечивает уплотнение и предотвращает утечку воздуха из проточной части компрессора, что снижает уровень газодинамических потерь.
Опорный элемент вместе с рычагами вращается вокруг центра сферической поверхности опорного элемента под действием усилия, создаваемого силовым приводом, размещенным снаружи корпуса компрессора вне проточной части компрессора, и позволяет передать это усилие внутрь корпуса, приводя в движение привод направляющих аппаратов, расположенный на корпусе направляющих аппаратов внутреннего контура двухконтурного газотурбинного двигателя.
Концы рычагов, зафиксированных на опорном элементе, в работе двигаются по дугообразным или более сложным непрямолинейным траекториям, поэтому соединение рычага, направленного в наружную часть корпуса компрессора с силовым приводом и соединение рычага, направленного во внутреннюю часть корпуса компрессора с приводом направляющих аппаратов могут быть выполнены шарнирными, обеспечивая тем самым согласованность движения деталей устройства и предотвращая заклинивание, а также позволяя компенсировать перекосы, возникающие за счет неточности изготовления деталей устройства и температурных деформаций деталей компрессора при нагреве в процессе работы. Соединения рычагов с силовым приводом и приводом направляющих аппаратов могут быть как непосредственными, так и с использованием промежуточных звеньев.
Сферическое шарнирное соединение опорного элемента и обоймы имеет три вращательные степени свободы. Степени свободы, не используемые в конкретной реализации устройства, ограничиваются за счет конструкций силового привода и привода направляющих аппаратов и способа их Присоединения к рычагам.
Размещение рычагов на опорном элементе, имеющем сферическую контактную поверхность, позволяет исключить консольность. Результирующая сил, действующих на опорный элемент, всегда направлена перпендикулярно контактной поверхности и, таким образом, нагрузка распределяется по контактным поверхностям равномерно. Это способствует тому, что не возникает областей повышенного износа трущихся поверхностей и, следовательно, увеличивается надежность и ресурс компрессора. Также, снижение износа при длительной работе компрессора способствует уменьшению люфта в шарнирном соединении опорного элемента и обоймы, за счет чего уменьшаются погрешности в управлении угловым положением лопаток направляющих аппаратов компрессора, что в свою очередь повышает КПД компрессора.
Размещение обоймы с внешней стороны корпуса компрессора, вне проточной части компрессора позволяет не загромождать проточную часть и создавать минимальное сопротивление потоку воздуха, что повышает КПД компрессора.
Выполнение втулки и рычагов в виде цельной детали позволяет исключить потенциальные места износа, повысить точность изготовления и жесткость устройства управления направляющими аппаратами, уменьшить суммарную величину люфтов в устройстве. Это способствует повышению точности работы устройства и уменьшению погрешности в управлении угловым положением лопаток направляющих аппаратов компрессора, что повышает КПД компрессора.
На чертеже показан продольный разрез компрессора газотурбинного двигателя в сечении устройства управления направляющими аппаратами.
Корпус 1 регулируемых направляющих аппаратов жестко соединен с корпусом 2 компрессора. На корпусе 1 установлен привод 3 направляющих аппаратов. Опорный элемент 4 закреплен в обойме 5, зафиксированной на корпусе 2 компрессора. Контактные поверхности опорного элемента 4 и обоймы 5 выполнены сферическими и образуют шарнирное соединение. Рычаг 6 зафиксирован на опорном элементе 4 и соединен с деталью 7 привода 3. Рычаг 8 зафиксирован на опорном элементе 4 и соединен со штоком 9 силового цилиндра 10, который закреплен на корпусе 2 компрессора.
Работа конструкции осуществляется следующим образом. В зависимости от требуемого режима работы двигателя по команде автоматики шток 9 силового цилиндра 10 выдвигается на ту или иную длину. При этом шток передает усилие на рычаг 8, поворачивая его вокруг центра опорного элемента 4. Усилие передается на рычаг 6 и далее на деталь 7 привода 3 направляющих аппаратов. Привод направляющих аппаратов приходит в движение и заставляет лопатки поворотных направляющих аппаратов занять угловое положение, наиболее соответствующее данному режиму работы двигателя.