УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ НАПРАВЛЯЮЩИМИ АППАРАТАМИ КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
DEVICE TO CONTROL GUIDE VANES OF COMPRESSOR OF GAS TURBINE ENGINE

Изобретение 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 радиальный передающий элемент, размещенный на наружном ободе силового промежуточного корпуса двигателя и выполненный в виде вала, который установлен на двух опорных подшипниках и имеет жестко закрепленные на его концах рычаги, связывающие его с приводом поворотных лопаток и с силовым цилиндром. (RU 2235914 С1, 10.09.2004 - прототип)
Недостатком такой конструкции является то, что рычаги размещены консольно 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. Эти силы приводят к появлению повышенного износа опор вала и связанному с этим появлению больших люфтов в опорах, что способствуют перекосу вала относительно оси опор. При длительной работе повышенные люфты и перекосы вала ведут к погрешностям в управлении угловым положением лопаток направляющих аппаратов компрессора, что в свою очередь может снижать КПД компрессора. Также, нижний рычаг расположен поперек направления движения воздушного потока в проточной части компрессора, что увеличивает газодинамические потери и снижает КПД компрессора.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности, ресурса и эффективности работы компрессора.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве управления направляющими аппаратами компрессора газотурбинного двигателя, содержащем силовой цилиндр, установленный на промежуточном корпусе компрессора и соединенный штоком с передающим элементом, который в свою очередь связан с приводом поворотных лопаток, согласно предложению передающий элемент представляет собой цилиндрическую втулку, на которой соосно закреплены два рычага, при этом один рычаг соединен со штоком силового цилиндра, а второй с приводом направляющих аппаратов, цилиндрическая втулка закреплена на промежуточном корпусе компрессора посредством цилиндрического шарнирного соединения с местом закрепления вне проточной части компрессора, ось силового цилиндра и оси рычагов расположены в одной плоскости, а ось втулки перпендикулярна этой плоскости. Рычаги и втулка могут быть выполнены в виде цельной детали.
Передающий элемент состоит из цилиндрической втулки, размещенной на промежуточном корпусе компрессора при помощи шарнирного соединения и двух соосных друг другу рычагов, один из которых направлен внутрь корпуса, а второй наружу. Втулка закреплена на корпусе, например, при помощи пальца, вставленного внутрь втулки, и жестко зафиксированного относительно промежуточного корпуса и имеет возможность вращения вокруг этого пальца. Соединение втулки и пальца образует, таким образом, цилиндрический шарнир. Для предотвращения перетечек воздуха из проточной части компрессора во внешнюю среду между втулкой и промежуточным корпусом могут быть установлены уплотняющие элементы, контактирующие с наружными поверхностями втулки и выполненные из антифрикционного материала, например, фторопласта.
Передающий элемент вращается вокруг оси втулки под действием усилия, создаваемого силовым цилиндром, размещенным на наружном ободе промежуточного корпуса вне проточной части компрессора, и позволяет передать это усилие внутрь корпуса, приводя в движение привод направляющих аппаратов, расположенный на корпусе компрессора внутреннего контура двухконтурного газотурбинного двигателя.
Концы рычагов передающего элемента в работе двигаются по дугообразным траекториям, поэтому рычаг, направленный в наружную часть корпуса компрессора, может быть соединен со штоком силового цилиндра, например, посредством сферического шарнира, а сам силовой цилиндр может быть шарнирно закреплен на промежуточном корпусе компрессора. Такое закрепление позволяет силовому цилиндру двигаться согласованно с рычагом передающего элемента, направленным в наружную часть корпуса компрессора. Таким образом, исключается риск заклинивания штока в корпусе силового цилиндра. Также возможен вариант, когда силовой цилиндр жестко зафиксирован относительно промежуточного корпуса компрессора и соединен с рычагом передающего элемента через подвижное промежуточное звено.
Рычаг передающего элемента, направленный внутрь корпуса компрессора, может быть соединен с приводом направляющих аппаратов, например, также посредством сферического шарнира, что обеспечивает согласование их совместных перемещений при работе устройства.
Помимо прочего, наличие сферических шарниров в соединении силового цилиндра с промежуточным корпусом компрессора, соединении внешнего рычага со штоком силового цилиндра и соединении внутреннего рычага с приводом направляющих аппаратов позволяет компенсировать перекосы, возникающие за счет неточности изготовления деталей устройства, а также за счет температурных деформаций деталей компрессора при нагреве в процессе работы.
Размещение рычагов передающего элемента соосно друг другу, а также размещение оси рычагов и оси силового цилиндра в одной плоскости, перпендикулярной оси втулки, позволяет равномерно распределить нагрузку по всей длине опорной поверхности шарнирного соединения, при помощи которого втулка с рычагами закреплена на промежуточном корпусе. Это происходит за счет того, что исключается консольность размещения рычагов относительно опорной поверхности втулки и, следовательно, на втулку с рычагами действует только крутящий момент, направленный вокруг оси втулки и не возникает сил, действующих перпендикулярно оси втулки. Равномерное распределение нагрузки на опорную поверхность шарнирного соединения втулки с промежуточным корпусом 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, за счет чего уменьшаются погрешности в управлении угловым положением лопаток направляющих аппаратов компрессора, что в свою очередь повышает КПД компрессора.
Размещение оси втулки с внешней стороны наружного обода промежуточного корпуса, 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 передающего элемента, уменьшить суммарную величину люфтов в устройстве управления направляющими аппаратами. 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 промежуточным корпусом 2 компрессора. На корпусе 1 установлен привод 3 направляющих аппаратов. Передающий элемент 4 состоит из цилиндрической втулки 5, шарнирно закрепленной на элементе 6 промежуточного корпуса 2 компрессора, рычага 7, шарнирно соединенного с деталью 11 привода 3, и рычага 8, шарнирно соединенного со штоком 10 силового цилиндра 9, который закреплен на промежуточном корпусе 2 компрессора.
Работа конструкции осуществляется следующим образом. В зависимости от требуемого режима работы двигателя по команде автоматики шток 10 силового цилиндра 9 выдвигается на ту или иную длину. При этом шток 10 передает усилие на рычаг 8 передающего элемента 4, поворачивая его вокруг оси втулки 5. Усилие передается на рычаг 7 и далее на деталь 11 привода 3 направляющих аппаратов. Привод 3 направляющих аппаратов приходит в движение и заставляет лопатки поворотных направляющих аппаратов занять угловое положение, наиболее соответствующее данному режиму работы двигателя.