Сопло переменного сечения турбомашины и турбомашина, содержащая такое сопло

Сопло переменного сечения турбомашины и турбомашина, содержащая такое сопло

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится в основном к области сопел переменного сечения для турбомашин, и более конкретно оно относится к соплам, выполненным из множества подвижных заслонок, образующих кольцо.

В обычной конструкции сопла переменного сечения турбомашины оно образовано, в частности, кольцом подвижных заслонок, которые установлены таким образом, чтобы удлинять кольцевой корпус турбомашины.

Подвижные заслонки приводятся в действие системой управления для изменения профиля основного потока турбомашины (т.е. сечение его рабочего потока). В зависимости от необходимой конфигурации система управления содержит один или более исполнительных механизмов управления, соединенных с более или менее сложной системой связи, использующей, например, рычаги управления и поворотные вильчатые соединительные элементы.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к соплу переменного сечения такого типа, в котором рычаги управления для подвижных заслонок содержат как управляемые рычаги, которые приводятся в действие непосредственно исполнительными механизмами, так и следящие рычаги, которые приводятся в действие непосредственно не исполнительными механизмами, а управляемыми рычагами посредством поворотных вильчатых соединительных элементов, которые передают смещение заслонкам.

При таком типе сопла переменного сечения было обнаружено, что в работе (и, в частности, когда турбомашина, снабженная таким соплом, работает на полной скорости), не все из подвижных заслонок, образующих кольцо, находятся на одном и том же диаметре. В результате, когда сопло работает, между прилегающими заслонками происходят большие утечки, которые являются результатом смещений при развороте различных подвижных заслонок. Такие утечки особенно отражаются на рабочих характеристиках турбомашины (реактивной движущей силе, удельном расходе топлива и т.д.).

Таким образом, основной целью изобретения является устранение таких недостатков путем создания сопла переменного сечения, которое обеспечивает уменьшение утечки между прилегающими заслонками при работе, что улучшает рабочие характеристики турбомашины, имеющей такое сопло.

Для этого согласно изобретению создано сопло переменного сечения турбомашины, содержащее множество подвижных заслонок и систему управления подвижными заслонками, содержащую рычаги управления, каждый из которых связан с соответствующей подвижной заслонкой, причем рычаги управления содержат как управляемые рычаги, которые приводятся в действие непосредственно исполнительными механизмами, так и следящие рычаги, которые приводятся в действие управляемыми рычагами посредством передающих соединений, при этом сопло характеризуется тем, что когда оно находится в состоянии покоя, заслонки, связанные со следящими рычагами, образуют радиальное смещение относительно заслонок, связанных с управляемыми рычагами.

При таком радиальном смещении между различными типами заслонки, когда сопло находится в работе, подвижные заслонки, образующие кольцо сопла, должны находиться на общем диаметре, и любой риск утечки между примыкающими заслонками таким образом устраняется. Эта модификация сопла также является простой и недорогостоящей.

Согласно одному отличительному признаку изобретения, когда сопло находится в состоянии покоя, подвижные заслонки, связанные со следящими рычагами, образуют радиальное смещение в направлении к внутренней части сопла относительно подвижных заслонок, связанных с управляемыми рычагами.

Согласно другому отличительному признаку изобретения, радиальное смещение подвижных заслонок, связанных со следящими рычагами, получено модифицированием механической обработки указанных следящих рычагов.

Система управления для подвижных заслонок может содержать столько же управляемых рычагов, сколько и следящих рычагов.

Согласно настоящему изобретению также создана турбомашина, содержащая описанное выше сопло переменного сечения.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут понятными из последующего описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показан неограничивающий вариант воплощения изобретения:

Фиг.1 - частичный вид в перспективе сопла переменного сечения согласно изобретению;

Фиг.2 - частичный вид спереди сопла с фиг.1 в состоянии покоя;

Фиг.3 - частичный вид спереди сопла с фиг.1 в работе на полной скорости; и

Фиг.4 - вид в поперечном сечении следящего рычага управления в сопле согласно настоящему изобретению.

На фиг.1 показана часть сопла 10 переменного сечения турбомашины согласно изобретению.

Сопло 10 по оси Х-Х содержит, в частности, множество управляемых подвижных заслонок 12а и 12b и следящих подвижных заслонок 13, которые установлены на нижнем по потоку конце кольцевого корпуса 14 турбомашины, который центрируется на оси Х-Х. Управляемые заслонки 12а и 12b и следящие заслонки 13 таким образом образуют кольцо.

Управляемые подвижные заслонки 12а, 12b приводятся в действие системой управления для изменения профиля основного потока, выходящего из турбомашины (т.е. сечение его рабочего потока).

Система управления для управляемых заслонок 12а, 12b содержит рычаги 16а, 16b управления, каждый из которых связан с соответствующей подвижной заслонкой 12а, 12b, и по меньшей мере один исполнительный механизм 18 для приведения в действие рычагов управления. Каждый рычаг 16а, 16b управления прикреплен к подвижной заслонке 12а, 12b, которой он управляет.

Более конкретно, в примере с фиг.1 один исполнительный механизм 18 служит для приведения в действие двух рычагов управления одновременно. Исполнительный механизм 18 действует непосредственно на первый рычаг управления, который обозначается как управляемый рычаг 16а, при этом на второй рычаг, обозначенный как следящий рычаг 16b, он воздействует не напрямую, а через передающее соединение 20 поворотного вильчатого типа, соединяющее между собой следящий рычаг 16b и управляемый рычаг 16а.

В результате система управления подвижными заслонками имеет столько же управляемых рычагов 16а управления, сколько и следящих рычагов 16b управления. Например, когда сопло состоит из кольца, образованного десятью управляемыми заслонками 12а, 12b, то для приведения в действие всех подвижных заслонок достаточно пяти исполнительных механизмов 18.

Естественно, возможны и другие конфигурации. Например, можно использовать один исполнительный механизм, приводящий в действие вместе более двух рычагов управления, при этом следящие рычаги управления приводятся в действие передающими соединениями.

Следящие заслонки 13 расположены в радиальном направлении внутри управляемых заслонок 12а и 12b и упираются в прилегающие управляемые заслонки. Таким образом, они служат для обеспечения непрерывности и герметичности для основного потока при работе сопла, при этом вне зависимости от сечения его отверстия.

Следует заметить, что сопло также содержит множество опор для соответствующих рычагов 16а, 16b управления. Такие опоры 22 имеют форму пар плечей или шплинтов 22а, 22b, проходящих по существу параллельно друг другу и вдоль оси Х-Х сопла. Эти плечи 22а, 22b прикреплены, во-первых, к корпусу 14 своими верхними по потоку концами, и, во-вторых, к рычагам 16а, 16b управления - своими нижними по потоку концами посредством цилиндров 24.

На фиг.1 и 2 показаны различные виды описанного выше сопла 10 в состоянии покоя (т.е. когда оно не используется). В таком состоянии заслонки 12b, связанные со следящими рычагами 16b управления, образуют радиальное смещение θ (см. фиг.2) относительно заслонок 12а, связанных с рычагами 16а управления.

Более конкретно, когда сопло находится в состоянии покоя, как показано в примере на фиг.1 и 2, заслонки 12b, связанные с их следящими рычагами 16b управления, смещены в радиальном направлении на величину θ относительно других заслонок 12а в направлении, которое направлено к внутренней части сопла 10.

Другими словами, когда сопло находится в состоянии покоя, заслонки 12b, связанные со следящими рычагами 16b управления, находятся на диаметре, который меньше диаметра, на котором находятся заслонки 12а, связанные с рычагами 16а управления.

Кроме того, следует отметить, что следящие заслонки 13, расположенные между прилегающими заслонками 12а и 12b, показанными на фиг.1 и 2, упираются исключительно в заслонку 12b, связанную со следящим рычагом 16b управления. Это происходит вследствие того, что заслонка 12b находится на диаметре, который меньше диаметра, на котором находится прилегающая заслонка 12а.

На фиг.3 показан вид спереди сопла 10 в работе (когда такая работа может соответствовать работе при «полностью открытой дроссельной заслонке»).

Как видно из чертежа, радиальное смещение между заслонками 12b, связанными со следящими рычагами 16b управления, и заслонками 12а, связанными с управляемыми рычагами 16а, отсутствует. Прилегающие заслонки 12а и 12b, как показано на фиг.3, находятся на том же диаметре, и следящая заслонка 13 тогда упирается как в заслонку 12а, так и в заслонку 12b. В результате любой риск утечки между прилегающими заслонками устраняется.

Идея введения радиального смещения θ между различными заслонками сопла в зависимости от того, связаны ли они со следящими рычагами 16b или управляемыми рычагами 16а, основана на исследовании динамических свойств сопла.

В частности, было обнаружено, что воздействующие силы и направления, в которых они воспринимаются опорами 22 рычагов управления, не одинаковы для заслонок 12а, связанных с управляемыми рычагами 16а, и для заслонок 12b, связанных со следящими рычагами 16. Помимо этого, динамические свойства (т.е. деформация деталей) уменьшается, если следящие рычаги 16b не воспринимают какие-либо воздействующие силы.

Следствием этих различий является то, что зазоры неодинаково устраняются заслонками 12а, связанными с управляемыми рычагами 16а, и заслонками 12b, связанными со следящими рычагами 16b.

Кроме того, если опоры 22 рычага управления и корпус 14 при работе сопла деформируются по-разному, в зависимости от того, включают они исполнительный механизм или нет, то возникает смещение вблизи цилиндров 24.

Наконец, деформация рычажной передачи (т.е. рычагов 16а, 16b управления и передающих соединений 20) отличается между следящими рычагами 16b и управляемыми рычагами 16а.

Все эти различные наблюдения привели к заключениям, что без радиального смещения, когда сопло находится в состоянии покоя, заслонки 12b сопла, связанные со следящими рычагами 16b, находятся в работе на диаметре, превышающем диаметр, на котором находятся заслонки 12а, связанные с управляемыми рычагами 16а, что приводит к смещению между примыкающими заслонками и, следовательно, к утечке.

Радиальное смещение θ, применяющееся для заслонок 12b сопла, связанных со следящими рычагами 16b, определяется таким образом, что при работе заслонки 12b сопла находятся на том же диаметре, что и заслонки 12а, связанные с управляемыми рычагами 16а. Для примера, такое радиальное смещение может составлять порядка приблизительно от 10 миллиметров (мм) до 15 мм.

Согласно преимущественному отличительному признаку изобретения, как показано на фиг.4, радиальное смещение θ заслонок 12b, связанных со следящими рычагами управления 16b, достигается изменением в механической обработке следящих рычагов 16b.

На фиг.4 показан управляемый рычаг 16а (сплошные линии) и следящий рычаг 16b (пунктирные линии). Эти рычаги 16а и 16b управления имеют на своих периферийных концах радиальные отверстия 26а и 26b для крепления к поворотным вильчатым элементам, которые образуют передающие соединения.

Эти отверстия 26а и 26b по-разному обрабатываются в управляемых рычагах и следящих рычагах для обеспечения требуемого радиального смещения заслонок, связанных со следящими рычагами.

Как видно из фиг.4, отверстия 26b следящего рычага 16b выполнены со смещением в радиальном направлении к внутренней части сопла, по сравнению с выполнением отверстий 16а управляемого рычага 16а. Такое смещение при обработке отверстий 26а и 26b достаточно для образования радиального смещения в направлении к внутренней части сопла между заслонками 12а и 12b.

Создание радиального смещения θ между заслонками 12а и 12b изменением механической обработки следящих рычагов 16b является простой и недорогостоящей операцией, которая позволяет не модифицировать другие части сопла. Кроме того, рычаги подвергаются очень незначительной модификации: основные корпуса рычагов остаются такими же, как для следящих рычагов, так и для управляемых рычагов.

1. Сопло (10) переменного сечения турбомашины, содержащее множество подвижных заслонок (12а, 12b, 13) и систему управления подвижными заслонками, содержащую рычаги (16а, 16b) управления, каждый из которых связан с соответствующей подвижной заслонкой (12а, 12b), причем рычаги (16а, 16b) управления содержат как управляемые рычаги (16а), которые приводятся в действие непосредственно исполнительными механизмами (18), так и следящие рычаги (16b), которые приводятся в действие управляемыми рычагами (16а) посредством передающих соединений (20), при этом сопло отличается тем, что, когда оно находится в состоянии покоя, заслонки (12b), связанные со следящими рычагами (16b), образуют радиальное смещение (θ) относительно заслонок (12а), связанных с управляемыми рычагами (16а).

2. Сопло по п.1, отличающееся тем, что, когда оно находится в состоянии покоя, подвижные заслонки (12b), связанные со следящими рычагами (16b), образуют радиальное смещение (8) в направлении к внутренней части сопла относительно подвижных заслонок (12а), связанных с управляемыми рычагами (16а).

3. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что система управления для подвижных заслонок (12а, 12b) содержит столько же управляемых рычагов (16а), сколько и следящих рычагов (16b).

4. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что радиальное смещение (9) подвижных заслонок (12b), связанных со следящими рычагами (16b), получено модифицированием механической обработки указанных следящих рычагов (16b).

5. Сопло по п.4, отличающееся тем, что система управления для подвижных заслонок (12а, 12b) содержит столько же управляемых рычагов (16а), сколько и следящих рычагов (16b).

6. Турбомашина, отличающаяся тем, что она содержит сопло (10) переменного сечения по п.1.