RU2141062C1

RU2141062C1 - Gas-turbine engine axial-flow compressor

Info

Publication number: RU2141062C1
Application number: RU98103329A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Крючков; А.И. Тункин; Ю.Е. Кириевский; И.Т. Ганжа
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 1999-11-10

Abstract

FIELD: gas-turbine engines. SUBSTANCE: compressor has housing with guide apparatus fitted with blades mounted inside it. Tail-pieces of blades are provided with levers articulated with synchronizing rings. Drive shaft mounted rotatably on housing in parallel with its axis is connected with drive mechanism by means of lever articulated with adjustable rod of drive and synchronizing rings by means of levers articulated with adjustable rods of rings. Feedback mechanical device mounted in lower portion of housing includes pair of shafts located coaxially and rigidly interconnected by means of end splines; these shafts are provided with measuring levers having hinges at their ends. Hinge of one of measuring levers is connected with one of synchronizing rings and hinge of other lever is connected with drive mechanism through additional adjustable rod and feedback lever of fuel injection pump. Hinge of one of measuring levers in feedback mechanical device is connected with synchronizing ring of inlet guide apparatus. Longitudinal axis of shafts is located in vertical radial plane at right angle relative to axis of rotation of compressor rotor. EFFECT: enhanced reliability of compressor; possibility of control of blade turn in case of disconnection of on-board program control system. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам высокого давления двухконтурных турбореактивных двигателей. The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, and in particular to high-pressure compressors of turbofan engines.

Известен осевой компрессор двигателя ТВ2 - 117А, в корпусе которого размещены направляющие лопаточные аппараты с лопатками, при этом на хвостовиках лопаток зафиксированы поворотные рычаги, шарнирно связанные с синхронизирующим кольцом и двумя гидромеханизмами привода, каждый из которых имеет один ведущий и три ведомых рычага, соединенных между собой тягами. Гильза обратной связи в гидромеханизме привода всегда прижата командным давлением к кулачку и перемещается вслед за сервозолотником [1]. Known axial compressor of the engine TV2 - 117A, in the housing of which are placed guide vanes with vanes, while rotary levers are fixed on the shanks of the vanes, pivotally connected to the synchronization ring and two drive hydromechanisms, each of which has one drive and three driven levers connected between by pulls. The feedback sleeve in the hydromechanism of the drive is always pressed by the command pressure to the cam and moves after the servo-hole [1].

Недостатком известной конструкции является отсутствие сравнения фактических углов поворота лопаток направляющих аппаратов соответствующего режима работы с заданными по программе управления значениями, а также отсутствие возможности управления поворотом лопаток при помощи механического устройства обратной связи в случае выхода из строя системы программного управления. A disadvantage of the known design is the lack of comparison of the actual rotation angles of the blades of the guide vanes of the corresponding operating mode with the values set by the control program, as well as the lack of the ability to control the rotation of the blades using a mechanical feedback device in case of failure of the program control system.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция осевого компрессора газотурбинного двигателя, включающая корпус и размещенные внутри него направляющие лопаточные аппараты с лопатками, на хвостовиках которых зафиксированы поворотные рычаги, шарнирно связанные с синхронизирующими кольцами, на корпусе параллельно его оси установлен приводной вал с возможностью вращения и связанный с механизмом привода при помощи рычага, шарнирно связанного с регулируемой тягой привода, и связанный с синхронизирующими кольцами посредством рычагов, шарнирно связанных с регулируемыми тягами колец [2]. Closest to the claimed is the design of the axial compressor of a gas turbine engine, comprising a housing and guide vanes located inside it with vanes, on the shanks of which rotary levers are fixed, articulated with synchronization rings, a drive shaft is mounted on the housing parallel to its axis with the possibility of rotation and connected with a drive mechanism using a lever pivotally connected to an adjustable drive rod, and connected to the synchronizing rings via levers, articulated with adjustable link rods [2].

Недостатком известной конструкции является отсутствие механизма обратной связи для сравнения фактических углов поворота лопаток направляющих аппаратов соответствующего режима работы с заданными по программе управления значениями, а также отсутствие возможности управления поворотом лопаток при помощи механического устройства обратной связи в случае отключения системы программного управления. A disadvantage of the known design is the lack of a feedback mechanism for comparing the actual rotation angles of the blades of the guide vanes of the corresponding operating mode with the values set by the control program, as well as the inability to control the rotation of the blades using a mechanical feedback device in the event of a disconnection of the program control system.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности компрессора вследствие сравнения фактических углов поворота лопаток направляющих аппаратов соответствующего режима работы с заданными по программе значениями, а также возможности управления поворотом лопаток при помощи механического устройства обратной связи в случае отключения бортовой системы программного управления. The technical problem to be solved by the claimed invention is aimed at increasing the reliability of the compressor by comparing the actual rotation angles of the blades of the guide vanes of the corresponding operating mode with the programmed values, as well as the ability to control the rotation of the blades using a mechanical feedback device in case of shutdown of the on-board software system management.

Сущность технического решения заключается в том, что в осевом компрессоре газотурбинного двигателя, содержащем корпус и размещенные внутри него направляющие лопаточные аппараты с лопатками, на хвостовиках которых зафиксированы поворотные рычаги, шарнирно связанные с синхронизирующими кольцами, на корпусе параллельно его оси установлен приводной вал с возможностью вращения и связанный с механизмом привода при помощи рычага, шарнирно связанного с регулируемой тягой привода, и связанный с синхронизирующими кольцами посредством рычагов, шарнирно связанных с регулируемыми тягами колец, согласно изобретению в нижней части корпуса установлено механическое устройство обратной связи, включающее пару соосно расположенных и жестко скрепленных между собой торцевыми шлицами валиков с измерительными рычагами с шарнирами на их краях, причем шарнир одного из измерительных рычагов соединен с одним из синхронизирующих колец, а шарнир другого измерительного рычага соединен с механизмом привода через дополнительную регулируемую тягу и рычаг обратной связи топливного насоса-регулятора. Шарнир одного из измерительных рычагов в механическом устройстве обратной связи соединен с синхронизирующим кольцом входного направляющего аппарата. Продольная ось валиков в механическом устройстве обратной связи расположена в вертикальной радиальной плоскости под прямым углом к оси вращения ротора компрессора. The essence of the technical solution lies in the fact that in the axial compressor of the gas turbine engine containing the casing and guide vanes located inside it with vanes, on the shanks of which rotary levers are fixed pivotally connected to the synchronizing rings, a drive shaft is mounted on the casing parallel to its axis with rotation and connected to the drive mechanism by means of a lever pivotally connected to an adjustable drive rod, and connected to synchronization rings by means of a lever c, pivotally connected to the adjustable rods of the rings, according to the invention, a mechanical feedback device is installed in the lower part of the housing, comprising a pair of rollers coaxially located and rigidly fastened to each other by end splines with measuring arms with hinges at their edges, the hinge of one of the measuring arms being connected to one of the synchronizing rings, and the hinge of the other measuring lever is connected to the drive mechanism through an additional adjustable traction and feedback lever of the fuel pump-reg snail. The hinge of one of the measuring levers in the mechanical feedback device is connected to the synchronization ring of the input guide vane. The longitudinal axis of the rollers in the mechanical feedback device is located in a vertical radial plane at right angles to the axis of rotation of the compressor rotor.

Установка в нижней части корпуса механического устройства обратной связи, включающего пару соосно расположенных и жестко скрепленных торцевыми шлицами валиков с измерительными рычагами с шарнирами на их краях, причем шарнир одного из измерительных рычагов соединен с одним из синхронизирующих колец, а шарнир другого измерительного рычага соединен с механизмом привода через дополнительную регулируемую тягу и рычаг обратной связи топливного насоса-регулятора газотурбинного двигателя, позволяет повысить надежность компрессора вследствие сравнения фактических углов поворота лопаток направляющих аппаратов соответствующего режима работы с заданным по программе управления значением, а также вследствие возможности управления поворотом лопаток в случае отключения бортовой системы программного управления. Установка механического устройства обратной связи в нижней части корпуса компрессора упрощает механические соединения с рычагом обратной связи топливного насоса-регулятора и повышает точность измерения, т.к. система топливной автоматики в двухконтурных турбовентиляторных двигателях устанавливается преимущественно в нижней части, более удобной и доступной при техническом обслуживании двигателя. Точность измерения фактических углов поворота лопаток повышается вследствие уменьшения числа измерительных рычагов и шарнирных пар до двух. Installation of a mechanical feedback device in the lower part of the housing, including a pair of rollers coaxially located and rigidly fastened with end slots with measuring levers with hinges at their edges, the hinge of one of the measuring levers being connected to one of the synchronizing rings, and the hinge of the other measuring lever being connected to the mechanism drive through additional adjustable traction and feedback lever of the fuel pump-regulator of the gas turbine engine, allows to increase the reliability of the compressor after Wie comparing actual angles of rotation of the corresponding guide blades of the operation to specify the value of the control program, and also due to the possibility of turning the control vanes in the case of off-board control system software. The installation of a mechanical feedback device in the lower part of the compressor housing simplifies mechanical connections with the feedback lever of the fuel pump regulator and improves the measurement accuracy, since the fuel automation system in dual-circuit turbofan engines is installed mainly in the lower part, which is more convenient and affordable for engine maintenance. The accuracy of measuring the actual angles of rotation of the blades increases due to a decrease in the number of measuring levers and articulated pairs to two.

Соединение шарнира одного из измерительных рычагов в механическом устройстве обратной связи может быть с синхронизирующим кольцом любой ступени направляющего лопаточного аппарата, но его соединение с синхронизирующим кольцом первого по потоку, т.е. входного направляющего аппарата (ВНА) дополнительно повышает точность углов установки лопаток. Это объясняется тем, что механизм привода воздействует на синхронизирующие кольца нескольких ступеней, при этом уменьшается нелинейность углов установки последующих ступеней, зависимая от углов установки лопаток входного направляющего аппарата. The connection of the hinge of one of the measuring levers in the mechanical feedback device can be with the synchronizing ring of any stage of the guide vanes, but its connection with the synchronizing ring of the first downstream, i.e. input guide vane (VNA) further increases the accuracy of the angles of installation of the blades. This is because the drive mechanism acts on the synchronizing rings of several stages, while reducing the non-linearity of the installation angles of subsequent stages, depending on the installation angles of the blades of the input guide vane.

Расположение продольной оси валиков в механическом устройстве обратной связи в вертикальной радиальной плоскости под прямым углом к оси вращения ротора компрессора дополнительно повышает точность измерения и сравнения фактических углов поворота лопаток направляющих аппаратов соответствующего режима работы с заданным по программе управления значением. Это объясняется повышением точности замеров и уменьшением влияния зазоров при различных положениях синхронизирующего кольца ВНА и шарнирных пар измерительных рычагов на рычаг обратной связи топливного насоса-регулятора. The location of the longitudinal axis of the rollers in the mechanical feedback device in a vertical radial plane at right angles to the axis of rotation of the compressor rotor further improves the accuracy of measurement and comparison of the actual rotation angles of the vanes of the guide vanes of the corresponding operating mode with a value specified by the control program. This is explained by an increase in measurement accuracy and a decrease in the influence of gaps at different positions of the VNA synchronizing ring and the articulated pairs of measuring levers on the feedback lever of the fuel pump regulator.

На фиг. 1 изображен газотурбинный турбовентиляторный двигатель, содержащий осевой компрессор. In FIG. 1 shows a gas turbine turbofan engine comprising an axial compressor.

На фиг. 2 - продольный разрез нескольких ступеней компрессора на входе. In FIG. 2 is a longitudinal section of several compressor stages at the inlet.

На фиг. 3 - вид А на фиг. 2. In FIG. 3 is a view A in FIG. 2.

На фиг. 4 - вид Б на фиг. 2. In FIG. 4 is a view B in FIG. 2.

На фиг. 5 - вид В на фиг. 2. In FIG. 5 is a view B in FIG. 2.

В корпусе 1 осевого компрессора газотурбинного двигателя размещены направляющие лопаточные аппараты 2, 3, 4 с лопатками 5, 6, 7, на хвостовиках которых 8, 9, 10 зафиксированы поворотные рычаги 11, 12, 13, последние шарнирно связаны с синхронизирующими кольцами 14, 15, 16, регулируемыми тягами 17, 18, 19 и силовым механизмом 20 привода поворотных лопаток. Приводной вал 21 выполнен с тремя рычагами 22, 23, 24 и с шарнирными соединениями при помощи болтов 25, 26, 27. Стрелками 28 показано направление воздушного потока на входе в компрессор. Приводной вал 21 жестко скреплен с элементами 29 корпуса 1, установлен с возможностью вращения относительно оси 30 вала 21 по стрелкам "X", "Y" в подшипниках 31 параллельно оси вращения 32 ротора 33 и содержит рычаг 34, шарнирно связанный регулируемой тягой 35 с механизмом 20 привода поворотных лопаток. В нижней части 36 корпуса 1 компрессора установлено механическое устройство 37 обратной связи, включающее пару соосно расположенных валиков 38 и 39, жестко скрепленных между собой болтом 40 и торцевыми шлицами (прямоугольными или типа "хирта") с измерительными рычагами 41 и 42 с шарнирами соответственно 43 и 44 на их краях. Шарнир 43 одного из измерительных рычагов 41 соединен с одним из синхронизирующих колец, в данном случае 14, а шарнир 44 другого измерительного рычага 42 соединен с механизмом 20 привода через дополнительную регулируемую тягу 45 и рычаг 46 обратной связи топливного насоса-регулятора, посредством гидравлической связи топлива, давление которого воспринимается в механизме 20 привода. Продольная ось 47 валиков 38 и 39 в механическом устройстве 37 обратной связи расположена в вертикальной радиальной плоскости (см. фиг. 2) и под прямым углом α к оси вращения 32 ротора 33 компрессора. In the housing 1 of the axial compressor of the gas turbine engine, guide vanes 2, 3, 4 with vanes 5, 6, 7 are placed, on the shanks of which 8, 9, 10 the rotary levers 11, 12, 13 are fixed, the latter are pivotally connected to the synchronization rings 14, 15 , 16, adjustable rods 17, 18, 19 and the power mechanism 20 of the drive of the rotary blades. The drive shaft 21 is made with three levers 22, 23, 24 and with swivel joints using bolts 25, 26, 27. Arrows 28 show the direction of air flow at the inlet to the compressor. The drive shaft 21 is rigidly fastened to the elements 29 of the housing 1, mounted for rotation relative to the axis 30 of the shaft 21 along the arrows "X", "Y" in the bearings 31 parallel to the axis of rotation 32 of the rotor 33 and contains a lever 34, pivotally connected by an adjustable rod 35 with a mechanism 20 rotary blade drives. In the lower part 36 of the compressor housing 1, a mechanical feedback device 37 is installed, including a pair of coaxially located rollers 38 and 39, rigidly fastened to each other by a bolt 40 and end slots (rectangular or Hirt type) with measuring levers 41 and 42 with hinges, respectively 43 and 44 at their edges. The hinge 43 of one of the measuring levers 41 is connected to one of the synchronizing rings, in this case 14, and the hinge 44 of the other measuring levers 42 is connected to the drive mechanism 20 via an additional adjustable rod 45 and feedback lever 46 of the fuel pump-regulator, by means of hydraulic connection of the fuel whose pressure is perceived in the drive mechanism 20. The longitudinal axis 47 of the rollers 38 and 39 in the mechanical feedback device 37 is located in the vertical radial plane (see Fig. 2) and at a right angle α to the axis of rotation 32 of the compressor rotor 33.

Регулирование углов установки лопаток ВНА, поз. 2, направляющих лопаточных аппаратов I и II ступени, поз. 3, 4, осуществляют по заданной программе в зависимости от приведенной частоты вращения ротора 33 компрессора. Усилие от регулируемой тяги 35 привода 20 поворотных лопаток передается на рычаг 34 приводного вала 21, поворачивает его относительно оси 30 в направлении по стрелкам "X" или "Y", воздействует на рычаги 22, 23, 24 и регулируемые тяги 17, 18 и 19, шарнирно связанные с синхронизирующими кольцами 14, 15 и 16, которые вращают поворотные рычаги 11, 12 и 13 и связанные с ними лопатки 5, 6, 7, обеспечивая требуемые углы установки на всех режимах работы многоступенчатого компрессора. Вращение синхронизирующего кольца 14 через механическое устройство обратной связи, включающее шарнирное соединение 43, измерительный рычаг 41, валики 38, 39, измерительный рычаг 42, шарнирное соединение 44, дополнительную регулируемую тягу 45, передается на рычаг 46 обратной связи топливного насоса-регулятора, перемещения которого фиксируются механическим способом, например перемещением ролика по копиру. При несовпадении углов установки лопаток 5, 6 или 7, заданных программой и механическим устройством, происходит корректировка программы управления. В случае отключения бортовой системы программного управления установка углов лопаток 5, 6 и 7 осуществляется от механического устройства 37 обратной связи при помощи механизма 20 привода, которым управляет рычаг 46 обратной связи топливного насоса-регулятора. Regulation of the installation angles of the VNA blades, pos. 2, guide vanes of the I and II stages, pos. 3, 4, are carried out according to a predetermined program depending on the reduced frequency of rotation of the compressor rotor 33. The force from the adjustable rod 35 of the drive 20 of the rotary blades is transmitted to the lever 34 of the drive shaft 21, rotates it about the axis 30 in the direction of the arrows "X" or "Y", acts on the levers 22, 23, 24 and the adjustable rod 17, 18 and 19 pivotally connected to synchronizing rings 14, 15 and 16, which rotate the pivoting levers 11, 12 and 13 and associated blades 5, 6, 7, providing the required installation angles at all operating modes of a multi-stage compressor. The rotation of the synchronization ring 14 through a mechanical feedback device, including a swivel joint 43, a measuring lever 41, rollers 38, 39, a measuring lever 42, a swivel joint 44, an additional adjustable rod 45, is transmitted to the feedback lever 46 of the fuel control pump, the movement of which are fixed mechanically, for example by moving the roller along the copier. If the angles of installation of the blades 5, 6 or 7 specified by the program and the mechanical device do not coincide, the control program is adjusted. In case of shutdown of the on-board program control system, the angles of the blades 5, 6 and 7 are set from the mechanical feedback device 37 using the drive mechanism 20, which is controlled by the feedback lever 46 of the fuel pump regulator.

Источники информации. Sources of information.

1. Авиационный турбовинтовой двигатель ТВ2-117А и редуктор ВР-8. Техническое описание. -М.: "Машиностроение" 1967, с. 12, фиг. 12, с. 65, фиг. 79. 1. Aircraft turboprop engine TV2-117A and gearbox VR-8. Technical description. -M .: "Engineering" 1967, p. 12, FIG. 12, p. 65, FIG. 79.

2. Авторское свидетельство N 956844, F 04 B 27/00, 1982. 2. Copyright certificate N 956844, F 04 B 27/00, 1982.

Claims

1. An axial compressor of a gas turbine engine, comprising a housing and guide vanes located inside it with vanes, on the shanks of which rotary levers are fixed pivotally connected to synchronizing rings, a drive shaft is mounted on the housing parallel to its axis and can be rotated and connected to the drive mechanism by a lever pivotally connected to the adjustable rod of the drive, and connected to the synchronizing rings by means of levers pivotally connected to the adjustable link rods, from characterized in that a mechanical feedback device is installed in the lower part of the casing, including a pair of rollers coaxially located and rigidly fastened together by end slots with measuring levers with hinges at their edges, the hinge of one of the measuring levers being connected to one of the synchronizing rings, and the hinge another measuring lever is connected to the drive mechanism through an additional adjustable rod and feedback lever of the fuel pump regulator.

2. The axial compressor of a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the hinge of one of the measuring levers in the mechanical feedback device is connected to the synchronization ring of the input guide vane.

3. The axial compressor of a gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the longitudinal axis of the rollers in the mechanical feedback device is located in a vertical radial plane at right angles to the axis of rotation of the compressor rotor.