Механізм повороту лопаток осьової турбомашини

Винахід відноситься до газотурбобудування і може бути використаний для повороту направляючих лопаток осьового компресора. В авіадвигунобудуванні поширена конструкція механізму повороту лопаток, які зовнішніми циліндричними цапфами вставлені в корпус компресора. Важелі, що з'єднують цапфи лопаток з синхронізуючим кільцем, виконані у виді пластин, на одному кінці яких зроблені просічки прямокутної форми, що одягаються на цапфи лопаток з відповідним профілем, а в другий кінець важеля завальцьовані сферичні підшипники, внутрішні сфери яких з'єднані з синхронізуючим кільцем за допомогою штифтів на ковзній посадці. Синхронізуюче кільце центрується щодо корпуса компресора за допомогою роликів або спеціальних упорів. Таку конструкцію мають механізми повороту лопаток авіаційних двигунів АИ-25, Д-27, Д-36 [1, 2]. Як прототип, прийнята конструкція механізму повороту лопаток двигуна Д-36 [1]. Недоліком описаної конструкції є її невелика надійність при експлуатації деталей в умовах атмосфери, яка містить морські аерозолі і пари води, що приводить до корозії і заклинювання сферичних підшипників і в підсумку до відмовлення в роботі. У місці контакту центруючих роликів з корпусом компресора у процесі вібрації відбувається наклеп і знос контактуючих поверхонь, а в результаті експлуатаційних забруднень і корозії, усі рухливі зчленування з малими проміжками втрачають рухливість, що обмежує ресурс роботи компресора. Описана конструкція вимагає високої точності виконання і тому відносно дорога. В основу винаходу поставлена задача удосконалення механізму повороту лопаток осьової турбомашини, здатного тривалий час працювати в умовах експлуатаційного забруднення й агресивного впливу атмосферного повітря, яке містить морські аерозолі і пари води. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій конструкції механізму повороту лопаток, які зовнішніми циліндричними цапфами вставлені в корпус компресора через антифрикційні втулки, з важелями, що з'єднують цапфи лопаток із синхронізуючим кільцем, установленим через ролики на корпус компресора, відповідно до винаходу, важелі виконані у виді пружних пластин із двома відігнутими кінцями, один з яких входить в паз прорізаний у зовнішній цапфі лопатки, а на другому кінці важеля вставлена сфера, що входить безпосередньо чи через втулку в циліндричний отвір виконаний в синхронізуючому кільці. У прорізях синхронізуючого кільця вставлені ролики одягнені на осі, на виступаючих по обидва боки кінцях яких виконані отвори, в які вставлені пружні стрижні, з'єднуючі осі двох сусідніх роликів, при цьому, на синхронізуючому кільці вставлені регулюючі упори, які контактують з серединою пружних стрижнів, а отвори для осей роликів в синхронізуючому кільці виконані так, що дозволяють переміщатися осям роликів на задану величину, у напрямку, рівнобіжному лінії з'єднуючій середину пружного стрижня з віссю синхронізуючого кільця. З'єднання цапфи лопатки з важелем здійснюється призонним гвинтом, у результаті чого виходить беззазорне з'єднання з великою площею контакту і не піддане зносу. На другому кінці важеля за допомогою призонного гвинта встановлена сфера і затягнута гайкою. Сфера входить в отвір втулки, вставленої в синхронізуючому кільці по ковзній посадці. Сфера і втулка контактують між собою, не по сферичній поверхні, а по лінії, що зменшує тертя і виключає заклинювання навіть в умовах відсутності змащення. В процесі роботи сфера притиснута пружною силою до поверхні втулки, що зменшує наклеп контактуючих поверхонь до ступеня забезпечуючого заданий ресурс. Пружна сила, що притискує сферу до поверхні втулки, виникає від пружної деформації важеля, в процесі повороту синхронізуючого кільця. Синхронізуюче кільце центрується щодо корпуса компресора за допомогою роликів, вставлених у кільці, при цьому між роликами і корпусом передбачений радіальний зазор з метою компенсації теплового розширення корпуса. Під час роботи двигуна за рахунок вібрації кільця і корпуса відбувається наклеп і знос роликів і контактуючих з ними ділянок поверхні корпуса компресора. Для усунення наклепу і зносу контактуючих поверхонь роликів синхронізуючого кільця й опорної поверхні корпуса компресора, ролики, що центрують кільце відносно корпуса, постійно прижаті пружною силою до опорної поверхні корпуса. Пружна сила заданої величини, створюється при прогині стрижня, що з'єднує виступаючі із синхронізуючого кільця осі двох сусідніх роликів, а деформація стрижня створюється регульованим упором, установленим на синхронізуючому кільці над серединою пружного стрижня. При цьому в стінках синхронізуючого кільця виконані прорізи для осей роликів, що дозволяють переміщатися осям роликів на задану величину в напрямку, рівнобіжному лінії, що з'єднує середини пружних стрижнів з центром синхронізуючого кільця. На кресленні представлений механізм повороту лопаток у повздовжньому розрізі, що реалізує винахід. У корпусі 1 компресора вставлені поворотні лопатки 2, у зовнішніх цапфах 3 яких виконані прорізі 4. Важелі 5 одним кінцем вставлені у прорізі 4 зовнішніх цапф 3, після чого з'єднання затягуються призонними гвинтами 6. На другому кінці важелів 5 вставлені сфери 7 і ці з'єднання скріплюються призонними гвинтами 8. Сфери 7 входять в отвори втулок 9, вставлених у синхронізуючому кільці 10. У прорізях синхронізуючого кільця 10 установлені ролики 11 одягнені на осі 12. На виступаючих по обидва боки, відносно кільця 10, кінцях осей 12, виконані отвори в яких вставлені пружні стрижні 13, що з'єднують ці осі попарно. На синхронізуючому кільці 10 установлені упори 14, що притискують ролики 11 через пружні стрижні 13 до опорної поверхні корпуса 1. Сила, що притискує ролики 11 і прогин пружних стрижнів 13 регулюється товщиною шайб 15. Механізм працює таким чином. Під дією спеціального пневмопривода (на кресленні не показаного) синхронізуюче кільце 10 перекочується на роликах 11 по корпусі 1, при цьому втулки 9 через сфери 7 і гвинти 8 повертають важелі 5 і зв'язані з ними лопатки 2 на заданий кут. В теперішній час по гаданому винаходу проведені проектно-конструкторські розробки з метою його використання при виготовлені компресорів газотурбінних двигунів ГТД 45 та ГТД 60, потужністю 45 і 60МВт відповідно. Джерела інформації: 1. Альбом конструктивных схем газотурбинных двигателей, Харьков, ХАИ, 1990, с.2. 2. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, М, Машиностроение, 1989, с.117.