Устройство для регулирования регулируемых направляющих лопаток - RU2559107C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к устройству для регулирования регулируемых направляющих лопаток, компрессору и газотурбинному двигателю, включающему такое устройство.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Газотурбинный двигатель содержит турбину и компрессор, приводимый в действие посредством турбины, компрессор может представлять собой тип компрессора с осевым потоком. Обычно газотурбинный двигатель подвергается различным рабочим условиям, приводящим к разным аэродинамическим режимам потока в компрессоре. Для того чтобы приспособить работу компрессора к разным рабочим требованиям, является известным обеспечение компрессора с регулируемыми направляющими лопатками (РНЛ). Регулируемые направляющие лопатки выполнены таким образом, чтобы поворачиваться вокруг из продольной оси для регулирования их угла атаки.

Каждая регулируемая направляющая лопатка обеспечена с шейкой на ее хвостовике, причем шейка шарнирно смонтирована в сквозном отверстии в корпусе компрессора. Шейка является доступной с внешней стороны корпуса компрессора и содержит рычаг для приведения в действие для поворачивания регулируемой направляющей лопатки. Все рычаги типично могут быть соединены посредством синхронного кольца, расположенного концентрически вокруг корпуса компрессора. Вращение синхронного кольца приводит в действие каждый из рычагов регулируемых направляющих лопаток одной ступени одновременно для достижения соответствующей вращательной установки каждой регулируемой направляющей лопатки в корпусе компрессора.

Осевой компрессор состоит из множества ступеней лопаток статора и лопастей ротора. Передние ступени лопаток статора часто имеют регулируемый шаг для управления потоком. Управление потоком является важным при разгоне двигателя для исключения перенапряжения. Регулируемые направляющие лопатки разных ступеней могут поворачиваться на разные углы.

Является известным - и также показано на фиг. 1 и 2 - что шаг или угловое смещение отдельной лопатки управляется посредством рычажного механизма, содержащего лопатки 10, 11, смонтированные на шпинделях 22, для обеспечения возможности углового перемещения лопатки 10, 11 и рычагов 20 для соединения шпинделей 22 с приводным кольцом 40, 41, 42, 43, так называемым синхронным кольцом, причем все лопатки 10, 11 на одной ступени соединяются с одним и тем же кольцом. Каждое кольцо вращается посредством управляющего стержня 50 от общего вала 61. Вал 61 может вращаться через посредство гидравлического поршня 60 и может быть закреплен с возможностью вращения посредством подшипников. Все упомянутые ссылочные позиции относятся к фиг. 1 и 2.

Для прикрепления этого механизма к корпусу компрессора с требуемой устойчивостью является известным осуществление (см. также Фиг. 3), в котором продольная балка 90, возможно, с приваренными креплениями на ее концах, присоединяется посредством болтов к подшипникам 80, 81 для вала 61 и присоединяется посредством болтов к держателям 70, 71, при этом держатели 70, 71 присоединены посредством болтов к корпусу 2 компрессора. Это обеспечивает хорошую устойчивость, но может иметь недостатки касательно затрат на изготовление и разрушения сварных швов. Более того, относительное тепловое расширение корпуса 2 должно быть приспособлено. Это может быть возможным благодаря допусканию сгибания одного из держателей 71. Эта гибкость обозначена на Фиг. 3 посредством изображения держателя 71 с меньшей шириной по сравнению с другим держателем 70.

В соответствии с EP 1 101 902 A2, узел крутящего вала включает в себя полую трубу с центральной осью, расположенной между и жестко соединенной с первым и вторым коленчатыми валами на первом и втором дистальных концах. Этот вал, в частности, приспособлен к вибрациям двигателя во время работы, так как полая внутренняя часть трубы между первым и вторым коленчатыми валами заполнена достаточным количеством текучего инерционного материала или демпфирующей среды для поглощения энергии вибрации посредством трения во время работы двигателя. Вал может обеспечивать необходимую жесткость, таким образом, дополнительная балка между первым и вторым дистальными концами не является необходимой. Вал первого конца поддерживается с возможностью вращения посредством первого подшипника вала, который, предпочтительно, представляет собой тип линейного опорного подшипника. Вал второго конца поддерживается с возможностью вращения посредством второго подшипника вала, который, предпочтительно, представляет собой сферический подшипник.

В EP 2 136 036 Al раскрыт коленчатый вал, который состоит из первого и второго коленчатых валов и торсионного стержня, соединенного с обоими коленчатыми валами. Дополнительная продольная балка, как рассмотрено выше, не является частью этого управляющего механизма.

В соответствии с DE 18 05 942 Al раскрыт коленчатый вал с двумя пальцами, для которых "саморегулирующиеся" подшипники могут быть предусмотрены для обеспечения возможности простой сборки.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение стремится уменьшить эти недостатки.

Эта цель достигается с помощью независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения описывают предпочтительные разработки и модификации изобретения.

В соответствии с изобретением обеспечено устройство для регулирования регулируемых направляющих лопаток машины с осевым потоком, например газотурбинного двигателя или промышленного компрессора. Предпочтительно, устройство может быть частью компрессора. Устройство содержит, по меньшей мере, один управляющий стержень для регулирования углового положения регулируемых направляющих лопаток и вращающийся вал, с которым шарнирно соединен, по меньшей мере, один управляющий стержень. Более того, устройство содержит первый держатель и второй держатель, каждый имеющий первый конец, соединяемый с корпусом машины с осевым потоком. Первый соединительный элемент прикреплен ко второму концу первого держателя и обеспечивает регулируемое позиционирование первого конца вала. Второй соединительный элемент прикреплен ко второму концу второго держателя и обеспечивает регулируемое позиционирование второго конца вала. В соответствии с изобретением первый соединительный элемент и второй соединительный элемент пространственно расположены относительно друг друга исключительно через посредство первого неподвижного соединения между первым концом первого держателя с корпусом машины с осевым потоком и через посредство второго неподвижного соединения между первым концом второго держателя с корпусом машины с осевым потоком. Более того, первый соединительный элемент и второй соединительный элемент представляют собой шаровое соединение и скользящее штифтовое соединение, и в котором вал представляет собой штифт скользящего штифтового соединения, который скользит в шарике шарового соединения во время осевого регулирования в осевом направлении.

Таким образом, соответствующий соединительный элемент представляет собой комбинированное или объединенное шаровое соединение и скользящее штифтовое соединение. Комбинированное шаровое соединение и скользящее штифтовое соединение может обеспечить регулировки для обоих осевого и вращательного перемещений в одной единой части.

Устойчивость конструкции обеспечена посредством жесткого корпуса, таким образом, дополнительная стабилизирующая балка, как можно видеть на Фиг. 3 (см. ссылочную позицию 90), может быть исключена (см. Фиг. 4). Благодаря исключению балки может быть исключена дополнительная проблема, которая имеет место вследствие теплового расширения корпуса и отсутствия теплового расширения балки. Таким образом, механические напряжения и разрушение раньше возникали вследствие балки, особенно в держателях и их креплении или в сварных швах. Это исключено в соответствии с изобретением благодаря регулируемому позиционированию концов вала, таким образом, тепловое расширение корпуса будет приводить к бόльшему расстоянию держателей относительно друг друга, не вызывая механическое напряжение в вале или держателях, так как соединительные элементы обеспечивают возможность регулируемого позиционирования вала, например, посредством скольжения в другое положение на валу.

Изобретение конкретно применяется для устройств, в которых, по меньшей мере, один управляющий стержень механически регулирует угловое положение регулируемых направляющих лопаток.

Подобно коленчатому рычагу вращающийся вал обеспечивает вращение вокруг оси, которая, по существу, является параллельной относительно основного воздушного потока через компрессор, к которому устройство может прикрепляться. Вращение вала может воздействовать также на вращение кронштейнов или рычагов, прикрепленных к валу, и, в итоге, приводя к продольному перемещению, по меньшей мере, одного управляющего стержня, который может быть соединен с кронштейном через посредство шарового соединения, heim соединения или rose соединения. Один управляющий стержень может быть соединен с приводным кольцом вокруг компрессора, и перемещение управляющего стержня будет приводить к поворотному движению приводного кольца, которое, в конце концов, заставит регулируемые направляющие лопатки поворачиваться.

В соответствии с изобретением корпус может представлять собой корпус компрессора или также может представлять собой общий корпус машины с осевым потоком при условии, что он обеспечивает достаточное механическое поддерживание для устройства.

В соответствии с изобретением первый соединительный элемент и второй соединительный элемент пространственно расположены относительно друг друга исключительно через посредство первого неподвижного соединения между первым концом первого держателя с корпусом машины с осевым потоком и через посредство второго неподвижного соединения между первым концом второго держателя с корпусом машины с осевым потоком. Конкретно, первый соединительный элемент и второй соединительный элемент могут быть разнесены без распорки через посредство первого держателя, корпуса и второго держателя, в частности, благодаря исключению стабилизирующей балки для соединения двух соединительных элементов.

В соответствии с изобретением первый соединительный элемент и второй соединительный элемент представляют собой шаровое соединение и скользящее штифтовое соединение. Штифтовое соединение может обеспечивать возможность приспосабливания бόльшего теплового расширения корпуса по сравнению с отсутствием или меньшим тепловым расширением вала. Штифтовое соединение обеспечивает то, что расстояние первого соединительного элемента и второго соединительного элемента может изменяться исходя из расширения корпуса. Шаровое соединение может обеспечивать возможность вращения вала.

Приспосабливание к большему расстоянию между первым и вторым соединительным элементов, т.е. регулируемое позиционирование концов вала, может дополнительно поддерживаться благодаря отсутствию ограничивающего устройства, причем ограничивающее устройство ограничивает перемещения вала в осевом направлении вала, например, ограничительная защелка или аналогичная конструкция на концах вала, которая ограничивала бы соединительные элементы в их перемещении отклонения, таким образом, тепловое расширение корпуса будет, приблизительно, совпадать с аналогичным перемещением отклонения соединительных элементов. Вероятно, это может быть возможным, если первый конец и/или второй конец вала будут иметь неизменный диаметр или диаметры равномерно уменьшаются в направлении головных концов вала. Ограничивающее устройство, в частности, представляет собой часть вала или деталь, прикрепленную к валу, которая может ограничивать перемещения вала в осевом направлении вала.

Осевое положение вала может управляться посредством контакта заплечиков вала либо с держателем, либо с соединительным элементом. Таким образом, может иметь место промежуток, который допускает небольшую величину осевого перемещения, таким образом, имеется небольшой промежуток, когда собран, и больший промежуток, при работе, вследствие теплового расширения корпуса.

Может быть возможным, в качестве альтернативы, удерживать вал в осевом направлении в обоих направлениях на расположенном ближе по ходу держателе, например, посредством добавления стопорного кольца к удлинению вала ближе по ходу относительно одного из соединительных элементов. Это обеспечивает возможность отсутствия осевого ограничения посредством связей. Во время работы вал может перемещаться в середине без контакта с держателями, но может быть возможным, что вал перемещается в контакте с одним из держателей.

Предпочтительно, первый держатель и/или второй держатель могут быть литыми. Это может обеспечивать хорошую жесткость, если литое тело имеет достаточную толщину и обеспечивает возможность недорогого изготовления. Сварные швы могут быть ненужными в литых держателях, что также исключает потенциальную причину усталостного разрушения и исключает затраты на необходимость обеспечения качества сварки.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления первый держатель и/или второй держатель могут быть, по существу, негибкими, таким образом, поперечные перемещения первого конца соответствующего держателя относительно второго конца соответствующего держателя могут быть предотвращены. Это негибкость может быть достигнута посредством литья держателей, вероятно, приводя к телу с конкретной конструкцией, которая поддерживает жесткость, и посредством выполнения толстых стенок для получения требуемой жесткости.

В еще одном другом предпочтительном варианте осуществления соединение первого конца первого держателя и/или первого конца второго держателя с корпусом может осуществляться посредством болтового соединения. Держатели могут быть отдельно соединены посредством болтов с корпусом. Это является возможным, так как нет балки, которая требует наличия двух креплений, выровненных одновременно.

Помимо вышеупомянутого устройства для регулирования регулируемых направляющих лопаток, изобретение также направлено на компрессор и газотурбинный двигатель, которые содержат такое устройство.

Следует отметить, что в этом документе термин "регулируемые направляющие лопатки" не следует ограничивать только на входных направляющих лопатках, которые расположены ближе по ходу относительно первой ступени лопастей ротора. Также регулируемые лопасти статора, которые расположены непосредственно дальше по ходу относительно их соответствующих рядов лопастей ротора, рассматриваются "регулируемыми направляющими лопатками" в этом контексте.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения были описаны со ссылкой на разные предметы изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления были описаны со ссылкой на тип пунктов формулы изобретения на устройство, тогда как другие варианты осуществления могли быть описаны со ссылкой на тип пунктов формулы изобретения на способ. Однако специалист в данной области придет к заключению из вышеприведенного и нижеследующего описания, что, если не указано иное, дополнительно к любой комбинации признаков, принадлежащих к одному типу предмета изобретения, также любая комбинация между признаками, относящимися к другим предметам изобретения, в частности, между признаками типа пунктов формулы изобретения на устройство и признаками типа пунктов формулы изобретения на способ, рассматривается как раскрытая в настоящей заявке.

Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты настоящего изобретения являются очевидными из примеров варианта осуществления, подлежащего описанию в дальнейшем, и объясняются со ссылкой на примеры варианта осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения теперь будут описаны только в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1: представляет собой часть перспективного вида известной ступени компрессора газотурбинного двигателя;

Фиг. 2: представляет собой перспективный вид компрессора известного газотурбинного двигателя;

Фиг. 3: представляет собой вид устройства по предшествующему уровню техники для регулирования шага регулируемых направляющих лопаток;

Фиг. 4: представляет собой вид устройства для регулирования шага регулируемых направляющих лопаток в соответствии с изобретением;

Фиг. 5: представляет собой два дополнительных вида устройства для регулирования шага регулируемых направляющих лопаток в соответствии с изобретением, в частности, фокусируясь на взаимодействии соединительных элементов и вала.

Иллюстрация на чертеже является схематичной. Следует отметить, что для аналогичных или идентичных элементов на разных фигурах будут использоваться одни и те же ссылочные позиции.

Некоторые признаки и особенно преимущества будут объясняться для собранной газовой турбины, но очевидно признаки могут применяться также для отдельных составных частей газовой турбины, но могут только показывать преимущества, когда собраны и во время работы. Но, когда объясняются посредством газовой турбины во время работы, ни одна из деталей не должна ограничиваться на газовой турбине при работе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение, в частности, может применяться для газотурбинного двигателя, который обычно включает в себя секцию 1 компрессора (см. Фиг. 2), секцию камеры сгорания (не показана) и секцию турбины (не показана). Расположенный по центру ротор (не показан) может проходить через три эти секции. Секция 1 компрессора может включать в себя чередующиеся ряды лопаток 10, 11,... и поворотных лопастей (не показаны).

Изобретение направлено на компрессор с "Регулируемыми Направляющими Лопатками" (РНЛ). Это представляет собой конструкцию с регулируемым шагом лопаток 10, 11,... статора.

На основе Фиг. 1, 2 и 3 объясняется общий принцип "Регулируемых Направляющих Лопаток". Эти принципы также применяются к изобретению. Отличия относительно изобретения будут объясняться позже при рассмотрении Фиг. 4.

Шаг или угловое смещение для отдельной ступени регулируемых направляющих лопаток внутри стенки компрессора регулируется через посредство рычажного механизма, который установлен с внешней стороны стенки. Каждая отдельная направляющая лопатка 10 первой ступени, направляющая лопатка 11 второй ступени,... смонтирована на шпинделе 22 или имеет шпиндель 22 на ее радиальном внешнем конце для обеспечения возможности углового перемещения лопатки 10, 11. Короткий рычаг 20 соединяет шпиндель 22 с приводным кольцом 40, 41, 42, 43 в качестве регулировочного кольца, так называемого синхронного кольца. Все лопатки 10, 11,… на одной ступени соединены с одним и тем же кольцом таким образом, что все лопатки 10, 11,… на одной ступени регулируются одновременно и на один и тот же угол. На Фиг. 1 конкретно показана отдельная лопатка 10 первой ступени, например, расположенной наиболее близко по ходу ступени компрессора, и ее соответствующий рычаг 20. На Фиг. 2 показан общий вид компрессора, на котором показана целая ступень лопаток 10 первой ступени.

Каждый рычаг 20 имеет соединительную часть 21, которая связывает рычаг 20 с соответствующим приводным кольцом 40, 41, 42, 43. Каждое из приводных колец 40, 41, 42, 43 вращается через посредство управляющего стержня 50 - по одному на кольцо - из общего коленчатого рычага или вращающегося вала 61.

Основной механизм является следующим: поршневой привод 60 - возможно, гидравлический или электрический - будет поперечно перемещаться (обозначено стрелкой ml). Это поперечное перемещение приводит к поворачиванию вращающегося вала 61. Вращающийся вал 61 может иметь разные кронштейны 53 с разными длинами, по одному на ступень лопаток. На кронштейнах 53 прикрепляются управляющие стержни 50. Следовательно, вращательное движение вращающегося вала 61 непосредственно прикладывается к управляющим стержням 50, обеспечивая поперечное перемещение - по сравнению с осевым направлением АХ компрессора, которое также задает направление потока воздуха через него - управляющих стержней 50. Другой конец управляющих стержней 50 прикреплен к приводным кольцам 40, 41, 42, 43 таким образом, что поперечное перемещение управляющих стержней 50 непосредственно побуждает приводные кольца 40, 41, 42, 43 выполнять вращательное перемещение, как обозначено стрелками s1, s2, s3, s4. Вследствие разной длины кронштейнов, вращательное перемещение может быть разным, например одно кольцо может поворачиваться меньше, чем другое кольцо.

Посредством использования одного поршневого привода 60 угловое положение во время перемещения поршня является пропорциональным от ступени к ступени.

Вращательное перемещение приводных колец 40, 41, 42, 43 прикладывается через посредство соединительной части 21 в виде вращательного перемещения, как обозначено стрелкой m2, на рычаг 20 каждой лопатки 10, 11,… Таким образом, начальное перемещение поршневого привода 60 приводит к вращению лопаток 10, 11,…

На Фиг. 3 и 4 показан узел компрессора 1, фокусируясь на вращающемся вале 61, и каким образом он монтируется.

На Фиг. 3 показан вращающийся вал 61, который поддерживается посредством балки 90. Вал 61 может иметь секции, являющиеся цилиндрическими, в частности секцию, к которой соединительные элементы присоединены на первом конце 62 и на втором конце 63 вала 61, и другие секции, имеющие кубовидную форму. Балка 90 может быть кубовидной и может обеспечивать необходимое поддерживание валу 61.

Кронштейны 53, прикрепленные к валу 61, предпочтительно, прикрепленные к кубовидной секции вала 61, распределяют вращательное перемещение на управляющие стержни 50 (не показаны на Фиг. 3). Вал 61 смонтирован с его первым концом 62 на первом соединительном элементе 80 и с его вторым концом 63 на втором соединительном элементе 81.

Соединительные элементы 80, 81 физически соединены с балкой 90, например соединены с монтажными сварными швами на конце балки 90. В тех же самых местах, в которых соединительные элементы 80, 81 соединены с балкой 90, также обеспечено соединение с первым держателем 70 и дополнительным держателем 71, которые оба к тому же соединены с корпусом 2 компрессора 1.

Первый держатель 70 предполагается быть довольно твердым, не допуская поперечных регулировок первого конца держателя 70 по сравнению со вторым концом держателя 70. В отличие от этого дополнительный держатель 71 предполагается быть гибким, допуская поперечные регулировки первого конца держателя 71 по сравнению со вторым концом держателя 71. Это обеспечивает возможность того, что тепловое расширение корпуса 2 без теплового расширения балки 90 или вала 61 не будет приводить к механическому напряжению на держателях 70, 71, балке 90 и/или вале 61, что, в конце концов, привело бы к отказам.

В соответствии с Фиг. 4 изобретение описывается в модифицированном варианте осуществления относительно варианта осуществления, описанного, ссылаясь на Фиг. 3. В соответствии с Фиг. 4 и в отличие от Фиг. 3 балка 90 удалена, и дополнительные изобретательские приспособления осуществлены.

По-прежнему обеспечен вал 61 с кронштейнами 53, смонтированный на первом соединительном элементе 80 и втором соединительном элементе 81. Ранее указанное рассмотрение этих частей применяется также к Фиг. 4.

Соединительные элементы 80, 81 оба представляют собой комбинацию шарового соединения и штифтового соединения для обеспечения вращательного перемещения и для обеспечения возможности осевой регулировки в осевом направлении АХ, как обозначено стрелкой. Первый конец 62 вала 61 и второй конец 63 вала 61 оба, но, по меньшей мере, один из них, не обеспечивают признак, который ограничивал бы регулировки между концами 62, 63 вала 61 и соединительными элементами 80, 81 в осевом направлении АХ.

Первый конец 73 первого держателя 70 соединен с корпусом 2 компрессора. Второй конец 75 первого держателя 70 соединен с первым соединительным элементом 80. Аналогичное соединение обеспечено для второго держателя 72, т.е. первый конец 74 второго держателя 72 соединен с корпусом 2 компрессора, а второй конец 76 второго держателя 72 соединен со вторым соединительным элементом 81. Все эти соединения, предпочтительно, могут быть обеспечены посредством болтов (не показаны на фигуре). В качестве альтернативы наличию отдельных частей, соединенных через посредство болтов, также некоторые из упомянутых составных частей могут представлять собой единые составные части, выполненные в виде одной единой части, таким образом, болтовое соединение является ненужным. Таким образом, первый соединительный элемент 80 может быть включен в первый держатель 70, второй соединительный элемент 81 может быть включен во второй держатель 72.

Оба держателя 70, 72 выполнены таким образом, чтобы быть жесткими. Корпус 2 компрессора также имеет жесткую конструкцию, таким образом, держатели 70, 72 вместе с корпусом 2 обеспечивают надежный монтаж для вала 61.

Более того, если корпус 2 будет расширяться во время работы вследствие теплового расширения, держатели 70, 72 будут увеличивать их расстояние друг от друга в осевом направлении АХ, без сгибания одного из держателей 70, 72.

Для компенсации усилий, которые могли бы действовать на держатели 70, 72 вследствие теплового расширения корпуса 2, первый соединительный элемент 80 обеспечивает регулируемое позиционирование первого конца 62 вала 61, и второй соединительный элемент 81 прикреплен ко второму концу 76 второго держателя 72 и обеспечивает регулируемое позиционирование второго конца 63 вала 61. Это регулируемое позиционирование осуществляется посредством штифтового соединения в соединительных элементах 80, 81. Тепловое расширение корпуса 2, в таком случае, приводит к дополнительному расстоянию держателей 70, 72 друг от друга и приводит к другому позиционированию соединительных элементов 80, 81 на валу 61. Осуществлен механизм скольжения.

Этот принцип скольжения, как объясняется относительно теплового расширения, вместе с шаровым соединением, также компенсирует смещенные держатели 70, 72 и компенсирует позиционные допуски держателей 70, 72, возникающие во время изготовления или сборки.

Этот механизм скольжения обеспечивает возможность использования очень жестких держателей 70, 72, возможно, изготовленных посредством литья. Может быть исключена сварка, которая может быть причиной усталости материала.

Со ссылкой на Фиг. 5 показаны два варианта того, как устройство 3 для регулирования регулируемых направляющих лопаток может приспосабливать тепловое расширение. Варианты осуществления Фиг. 5 могут рассматриваться необязательными, так как, как только собрано, устройство 3 может иметь достаточную устойчивость вследствие соединения с приводными кольцами 40, 41, 42, 43 через посредство управляющих стержней 50 и кронштейнов 53. С другой стороны, варианты осуществления Фиг. 5 могут быть предпочтительными в некоторых ситуациях и обеспечивающими возможность более легкой сборки.

На Фиг. 5А первый соединительный элемент 80 имеет корпус 85 соединительного элемента, который окружает подвижные части первого соединительного элемента 80. Корпус 85 первого соединительного элемента 80 имеет первую боковую поверхность 82, направленную к центральной секции вала 61 с кронштейнами 53. Аналогичным образом, второй соединительный элемент 81 имеет корпус 85 соединительного элемента, который окружает подвижные части второго соединительного элемента 81. Корпус 85 второго соединительного элемента 81 имеет вторую боковую поверхность 83, направленную к центральной секции вала 61 с кронштейнами 53.

С обеих сторон вал 61 имеет заплечик 64 вала, который можно видеть в виде границы раздела между центральной секцией вала 61 с кронштейнами 53 и концами 62, 63 вала 61. Заплечик 64 задан таким образом, что он может соприкасаться с одной из боковых поверхностей 82, 83 корпуса 85 соединительных элементов 80, 81. Предпочтительно, устройство 3 может быть выполнено таким образом, что зазор 84 может иметь место в виде промежутка между первой боковой поверхностью 82 и заплечиком 64 вала и/или между второй боковой поверхностью 83 и заплечиком 64 вала.

Не имеет место дополнительный ограничивающий признак, который ограничивал бы вал в его положении помимо заплечика 64 вала.

В результате, вал только ограничен в осевом положении посредством соединения впритык с любым из корпусов 85 соединительных элементов, которые, кроме того, жестко соединены с держателями 70, 72.

Таким образом, также в зависимости от температуры окружающей среды и температуры корпуса 2 имеется промежуток, который допускает небольшую величину осевого перемещения вала 61, таким образом, имеется небольшой промежуток, когда собран, и больший промежуток, при работе, вследствие теплового расширения корпуса 2.

На Фиг. 5В показано другое решение, имеющее признак, который дополнительно ограничивает осевые перемещения вала 61. В этом варианте осуществления шайба 86 и стопорное кольцо 87 используются в качестве примера для обеспечения ограничения осевых перемещений. Шайба 86 может находиться в контакте с третьей боковой поверхностью 88 корпуса 85 второго соединительного элемента 81, при этом третья боковая поверхность 88 является противоположной второй боковой поверхности 83 и направлена в осевом направлении к завершающему концу вала 61. Возможно, может быть обеспечено наличие небольшого зазора 84 между второй боковой поверхностью 83 и заплечиком 64 вала и/или между третьей боковой поверхностью 88 и шайбой 86. Шайба 86 может быть закреплена на втором конце 63 вала через посредство стопорного кольца 87.

Такая конструкция может иметь место только на одном конце вала 61, но, возможно, также оба конца 62, 63 могут быть оснащены шайбой 86 и стопорном кольцом 87 при условии, что предполагается тепловое расширение корпуса 2.

Шайба 86 и стопорное кольцо 87 представляют собой только примеры, и являются возможными другие варианты осуществления при условии, что противоположные стороны одного из корпусов 85 соединительных элементов упираются.

Хотя зазор 84 в первом соединительном элементе 80 изображен с помощью аналогичного небольшого зазора, как на Фиг. 5А, следует отметить, что на Фиг. 5В этот зазор 84 может быть больше, так как вал 61 уже расположен через посредство шайбы 86 и стопорного кольца 87 во втором соединительном элементе 81 и не требуется дополнительный признак для ограничения осевых перемещений вала 61. Более того, в варианте осуществления Фиг. 5В даже может не быть необходимым заплечик 64, противоположный первому соединительному элементу 80.

Преимущества вариантов осуществления Фиг. 5А и 5В являются аналогичными, так как оба обеспечивают возможность теплового расширения корпуса 2 компрессора, не приводя к механическому напряжению в держателях 70, 72, соединительных элементах 80, 81 или вале 61. Это осуществлено благодаря возможности того, что, по меньшей мере, один конец вала 61 допускает осевое перемещение в соединительном элементе 80 или 81.

Для обобщения изобретения в дальнейших абзацах со ссылкой на предшествующий уровень техники следует отметить, что существующие решения могут использовать сварную конструкцию, объединяющую продольную балку с креплениями, приваренными на концах. Такая цельная конструкция может вызвать сложность и затраты на изготовление вследствие необходимости выравнивания монтажных отверстий корпуса на обоих концах. Сварная конструкция типично является дорогостоящей как в изготовлении, так и в контроле. Сварные швы подвергаются усталостному разрушению в процессе эксплуатации. Эта цельная конструкция приводит к необходимости приспосабливания относительного теплового расширения корпуса, что выполняется посредством изгибания держателя.

В соответствии с изобретением такая продольная балка, как известна из предшествующего уровня техники, не является необходимой. Два держателя отдельно соединены посредством болтов с корпусом. Во время сборки не требуется одновременно выравнивать два крепления, что делает сборку более легкой. Корпус обеспечивает достаточное поддерживание без необходимости дополнительной продольной балки. Следовательно, он является проще и дешевле для изготовления. Более того, держатели могут отливаться, и сварная конструкция может быть исключена. Это сделано возможным благодаря факту наличия двух отдельных держателей, не соединенных посредством балки. Эти литые держатели являются более дешевыми для изготовления. Дополнительное преимущество литых держателей заключается в том, что они могут быть выполнены более толстыми, для уменьшения напряжения, с очень маленькой надбавкой к стоимости. Надбавка к стоимости для увеличения толщины сварного держателя гораздо больше. Отсутствие сварных швов в литых держателях исключает потенциальную причину усталостного разрушения и исключает затраты на необходимость обеспечения качества сварки.

Подшипники распределительного вала относительно друг друга расположены посредством болтовых соединений с корпусом, нежели посредством соединительной балки. Дополнительные позиционные допуски, которые привносятся этим косвенным расположением, способны поглощаться посредством комбинации шарового соединения со скользящим штифтовым соединением на каждом конце распределительного вала. Тепловое расширение корпуса приспосабливается посредством скольжения вала в штифтовых соединениях.

Реферат

Устройство (3) для регулирования регулируемых направляющих лопаток (10, 11) компрессора газотурбинного двигателя с осевым потоком содержит управляющий стержень (50) для регулирования углового положения лопаток (10, 11) и вращающийся вал (61), с которым шарнирно соединен управляющий стержень (50). Первый держатель (70) и второй держатель (72), каждый имеют первый конец (73, 74), соединяемый с корпусом (2) машины с осевым потоком. Первый соединительный элемент (80) прикреплен ко второму концу (75) первого держателя (70) и обеспечивает регулируемое позиционирование первого конца (62) вала (61). Второй соединительный элемент (81) прикреплен ко второму концу (76) второго держателя (72) и обеспечивает регулируемое позиционирование второго конца (63) вала (61). Первый (80) и второй соединительный элементы (81) пространственно расположены относительно друг друга исключительно через посредство первого неподвижного соединения между первым концом (73) первого держателя (70) с корпусом (2) машины с осевым потоком и через посредство второго неподвижного соединения между первым концом (74) второго держателя (72) с корпусом (2) машины с осевым потоком. Первый (80) и/или второй соединительный элемент (81) представляют собой шаровое соединение и скользящее штифтовое соединение. Достигается упрощение изготовления и устранение механических напряжений от теплового расширения. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула