SE464714B - Mekanism foer variering av bladstigning - Google Patents

Description

464 714 bladstigning när motorn utvecklar dragkraft. Eftersom påverkningskraften måste överföras till bladet medelst lager, utväxlingar och länkar, måste lagren, utväxlingarna och länkarna vara tillräckligt rubusta för att överföra krafterna utan väsentlig avlänkning eller deformering. Varje avlänkning eller deformering hos mekanismen kan förorsaka spel i systemet och följaktligen bringa fläktbladen att fladdra något när de roterar och kan även förorsaka vridobalans hos motorn.

För att mekanismen skall vara tillräckligt robust måste den vara massiv. Meka- nismens vikt adderad till det roterande elementet kan skadligt påverka systemets verkningsgrad genom att öka det moment som erfordras för att vrida det roterande elementet. Det anses att en annan nackdel med den tidigare bladstignings- varieringsmekanismen är mekanismens dåliga tillgänlighet. En stor del av meka- nismen är inbyggd i den stationära kraftturbinstrukturen. För åtkomst till denna del måste man söka sig in i kraftturbinen. Följaktigen gör mekanismens placering åtkomst och underhåll ganska svårt. Det anses att en ytterligare nackdel hos den tidigare bladstigningsmekanismen är en dålig slitbarhet. Mekanismen utnyttjar ett flertal kuggstänger kopplade till ett motsvarande flertal kugghjul. Inställ- ning av kugghjulen genom kuggstängerna varierar bladens stigning. Vid varje par av kuggstång och kugghjul, kommer endast ett fåtal tänder hos kugghjulet att ingripa med ett fåtal tänder hos kuggstången. Hela den kraft, som krävs för att hålla en särskild bladstigning bärs följaktligen av dessa i ingrepp stående tänder. Under normal flygning och normal drift av motorn, kommer bladstignings- vinkeln att förbli relativt kostant. Fåtalet i ingrepp stående tänder kan följ- aktligen förslitas och/eller gå sönder, medan de andra tänderna kan utsättas för mycket liten förslitning.

Sammanfattning av uppfinningen Ett av syftena med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en förbättrad apparat för variering av stigningen hos drivbladen i en okapslad fläktmotor, som eliminerar de ovannämnda nackdelarna eller icke önskvärda egenskaperna, liksom andra, hos tidigare anordningar enligt teknikens ståndpunkt. Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en apparat för variering av blad- stigning, som är relativt lätt. Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en apparat för variering av bladstigning, som är lätt tillgäng- lig. Ytterligare ett syfte är att åstadkomma en apparat för variering av bladstigning, vid vilken en kraft för att vidmakthålla en särskild bladstigning fördelas över ett stort antal kuggtänder.

Ovanstående syften har uppnåtts genom att gasturbinmotorn enligt uppfin- ningen erhållit de i krav 1 angivna kännetecknen. 464 714, Vid en utföringsform tillämpas uppfinningen vid en apparat för varieringen av bladstigningen i en propellerdriven gasturbinmotor. Motorn innefattar en roterande struktur och ett flertal drivblad med variabel stigning, som sträcker sig radiellt utåt från den roterande strukturen. Bladets stigning varieras genom ett första kugghjul, som är koaxiellt kopplat till ett av drivbladen och ett kugghjul med inre kuggar, eller kuggring, som är radiellt anordnat omkring det första kugghjulet för att driva detta. Vinkelförskjutning av det första kugghjulet i förhållande till den roterande strukturen förorsakar vinkelförskjutning av bladet i förhållande till den roterande strukturen.

Kuggringen har fler kuggtänder än kugghjulet, varvid kuggringens tänder är dimensionerade för ingrepp med tänderna hos kugghjulet. Kuggringen vrider sig omkring kugghjulet, varigenom kugghjulet vinkelförskjuts i förhållande till den roterande strukturen.

Kort beskrivning av ritningen Uppfinningen beskrivs nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 visar en perspektivvy av en gasturbinmotor med okapslad fläkt, fig 2 visar en sidovy, i sektion, av en turbinsektion av gasturbinmotorn med okapslad fläkt, fig 3 är en förstorad sektion av fig 2 åskådliggörande ett drivblad kopplat till en roterande struktur, fig 4 är en planvy av ett ringdrev, som omger ett cylindriskt kugghjul, fig 5 är en perspektivvy av en mekanism för variering av bladstigning enligt föreliggande uppfinning, samt fig 6 i tvärsektion visar ett konväxel- och universalkopplingsarrangemang enligt den föreliggande uppfinningen.

De exempel som anges här utgör föredragna utföringsformer av uppfinningen, och sådana exempel är inte avsedda att vara begränsande på uppfinningens skydds- omfång.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Fig 1 och 2 visar en hjälpmotor 20 med okapslad fläkt, uppvisande främre och bakre motroterande drivblad 22 och 24 anordnade radiellt utanpå en kraft- turbin 25. Kraftturbinen 25 innefattar första och andra motroterande rotorer 26 och 28 och första och andra motroterande turbinblad 30 och 32 kopplade till de första resp andra rotorerna 26 och 28. De främre och bakre propellrarna 22 och 24 är kopplade till de första resp andra rotorerna 26 och 28 och roterar runt dessa. Den första rotorn 26 är anordnad omkring en ihålig statisk struktur 34 och roterbart kopplad till den statiska strukturen 34 medelst första lager 36. 464 714 4 Den andra rotorn 28 är likaså anordnad omkring den statiska strukturen 34 och roterbart kopplad till den första rotorn 26 medelst andra lager 38. En yttre mantel eller gondol 40 omger rotorerna 26 och 28 med drivbladen 22 och 24 anordnade radiellt utanför gondolen 40. Gondolen 40 innefattar en första hylsa 40a, som är kopplad till och roterbar med de främre drivbladen 22, och en andra hylsa 40b kopplad till och roterbar med de bakre drivbladen 24. Ändamålet med gondolen 48 är att åstadkomma rätt luftströmningsegenskaper för att optimera prestanda hos drivbladen 22 och 24. Motorn 20 innefattar vidare en ringformig gasströmningsbana 42 formad genom de första och andra rotorerna 26 och 28. Genom motorn 20 och till gasströmningsbanan 42 passerande luft komprimeras och upp- värms till bildande av en gasström med hög energi (högt tryck/hög temperatur) allmänt betecknad med pilen 44. Den energirika gasströmmen 44 strömmar genom de första och andra rotorerna 26 och 28 och för att rotera de motroterande turbin- bladen 30 och 32 och driva de motroterande framdrivningsbladen 22 resp 24.

För att ytterligare optimera prestanda hos den okapslade fläktmotorn 20 är det önskvärt att variera stigningen hos de främre framdrivningsbladen 22 och bakre framdrivningsbladen 24. Vart och ett av de främre framdrivningsbladen 22 har en stigningsändringsaxel 46 och vart och ett av de bakre framdrivnings- bladen 24 har en stigningsändringsaxel 48 omkring vilka bladens 22 och 24 stig- ning kan variera. För att förenkla diskussionen kommer endast stigningsvarie- ringsmekanismen för de främre framdrivningsbladen 22 att diskuteras mer i detalj nedan. Det är emellertid underförstått att en likadan stigningsvarieringsmeka- nism kan användas för variering av stigningen hos de bakre framdrivningsbladen 24.

I fig 3 till 6 visas en utföringsform av en apparat enligt uppfinningen för variering av stigningen hos vart och ett av framdrivningsbladen 22. Radiellt innanför framdrivningsbladet 22 sträcker sig en bladrotdel 50, som är fast monterad på en urtagsförsedd tapp 52. Såsom bäst framgår av fig 5 uppvisar tappen 52 en slits med omvänd V-form för mottagning och anpassning av ett utsprång med omvänd V-form hos bladroteln 50. Tappen 52 är roterbart kopplad till den första rotorn 26 varigenom vinkelförskjutning, dvs vridning omkring en radie hos motorn 20 av tappen 52 varierar bladens 22 stigning. Den stignings- varierande mekanismen enligt föreliggande uppfinning innefattar ett cylindriskt kugghjul 60 koaxiellt kopplat till tappen 52, en kuggring 64 radiellt anordnad omkring kugghjulet 60 och uppvisande mer tänder än detta, varvid kugghjulens 60 och 64 tänder är dimensionerade för ingrepp, samt en mekanism för att excentriskt vrida kuggringen 64 omkring kugghjulet 60, varigenom kugghjulet 60 vinkelförskjuts i förhållande till en radie hos motorn 20. Eftersom kugghjulet 60 är fixerat vid bladroten 50, medför vinkelförskjutning av kugghjulet 60 variation av framdrivningsbladets 22 stigning. 464 71.4 Närmare bestämt och med särskild hänvisning till fig 3 och 4 tillsammans med fig 2 visas i detalj utväxlingsmekanismen. Bladroten 50 hos framdrivnings- bladet 22 är fast kopplad till tappen 52. Tappen 52 är monterad på en del av den första rotorn 26 medelst lämpliga rullager 54 och axiallager 56, som är väl kända inom tekniken. Lagren 54 och 56 förbinder tappen 52 med den första rotorn 26 så att tappen 62 kan vrida sig eller rotera i förhållande till en radie hos den första rotorn 26 i och för variering av bladets 22 stigning. Kugghjulet 60, vilket verkar som ett drev, är fästat vid tappens 52 bas och koaxiell med denna.

En stel ring 58 omger kugghjulet 60. Ringen 58 har en inre yta 62, i vilken de inre eller ringformiga kuggarna 64 är anordnade för vridning av kugghjulet 60.

Med kuggring avses här en ring vars kuggar är belägna på en inre yta. Kuggringen 64 har fler kuggar än kugghjulet 60, varvid båda kugghjulens tänder är dimensionerade för ingrepp med varandra. Kuggringen 64 är excentriskt anordnad omkring kugghjulet 60 så att tänderna på en del av kuggringen 64 ingriper med tänderna på en motsvarande del av kugghjulet 60. Kuggringen 64 vrids excentriskt omkring kugghjulet 60 för att utöva ett moment på kugghjulet 60 och därigenom rotera kugghjulet 60 i förhållande till den roterande strukturen 26. Genom vridning av kugghjulet 60 med en kuggring snarare än medelst ett annat kugghjul, kommer ett stort antal kuggtänder i ingrepp och det till kugghjulet 60 överförda momentet fördelas över det stora antalet i ingrepp stående tänder snarare än genom ett fåtal kuggtänder. Påkänningar och åtföljande förslitning på varje tand reduceras följaktligen. Ehuru kuggringen 64 vrider sig excentriskt omkring kugghjulet 60 vrids kuggringen 64 ej i förhållande till den första rotorn 26.

Eftersom kugghjulet 60 har färre tänder än kuggringen 64 bringar varje fullständigt varv av kuggringen 64 omkring kugghjulet 60 kugghjulet 60 att vrida sig i förhållande till kuggringen 64 med skillnaden i antalet tänder mellan kuggringen 64 och kugghjulet 60. Antag exempelvis att kuggringen har 74 tänder och kugghjulet 60 har 72 tänder. För varje varv av kuggringen 64 ingriper 74 tänder hos kuggringen 64 med motsvarande tänder hos kugghjulet 60. Eftersom kugghjulet 60 har två tänder färre än kuggringen 64 kommer två extra kuggtänder hs kugghjulet 60 till ingrepp med kuggringens 64 tänder under varje varv.

Kugghjulet 60 vrids sålunda i förhållande till kuggringen 64 med två kuggtänder.

Eftersom det finns sjuttiotvå kuggtänder på kugghjulet 60 utgör varje tand fem grader. En förflyttning av två kuggtänder är följaktligen ekvivalent med en vridning av tio grader.

Reduktionsförhållandet mellan kuggringen 64 och kugghjulet 60 kan definie- ras som det antal varv av kuggringen 64 som krävs för att vrida kugghjulet 60 3600. Reduktionsförhållandet ges av ekvationen R = NS/(Ni-NS), 464 714 6 där R är reduktionsförhållandet, NS är antalet tänder hos kugghjulet 60, och Ni är antalet tänder hos kuggringen 64. Såsom framgår av denna ekvation är reduktionsförhållandet stort om kugghjulet 60 ha något färre tänder än kugg- ringen 64. Med ett stort reduktionsförhållande ökas effektivt styvheten hos mekanismen eftersom en avsevärd rörelse av kuggringen 64 omvandlas till en liten vridning av kugghjulet 60 och motsvarande framdrivningsblad. Ju större reduk- tionsförhållandet är ju större blir dessutom antalet kuggtänder som samtidigt ingriper och ju större blir det till kugghjulet överförda momentet. Ett stort reduktionsförhållande minskar följaktligen den totala förslitningen på kugg- hjulen 60 och 64.

Fig. 4 till 6 visar mekanismen för exentrisk vridning av kuggringen 64 omkring kugghjulet 60. Ringen 58 är glidbart kopplad till den första rotorn 26 medelst lämpliga lager 66. Ringen 58 innefattar vidare två cirkulära försänk- ningar 68 och 70 dimensionerade att mottaga första och andra cirkulära skiv- element 72 respektive 74. Första och andra axlar 76 och 78 är excentriskt fästa vid de första och andra cirkulära skivelementen 72 respektive 74, och är båda roterbart kopplade till den första rotorn 26 för vridning omkring sina längs- >gående axlar, vilka i fig. 6 anges med streckade linjer 80 respektive 82. De cirkulära skivelementen 72 och 74 är roterbart kopplade till ringen 58 medelst lämpliga rullager 84 och 86, såsom exempelvis nållager. Eftersom axlarna 76 och 78 är excentriskt monterade på de cirkulära skivelementen 72 och 74 medför samtidig vridning av axlarna 76 och 78 omkring deras längsgående axlar 80 och 82 excentrisk vridning av de cirkulära skivorna 72 och 74. Skivelementens 72, 74 excentriska vridning bringar varje punkt på ringen 58 att röra sig i en cirkulär bana, varigenom kuggringen 64 bringas att vrida sig omkring kugghjulet 60.

Företrädesvis är excentriciteten hos de cirkulära elementen 72, 74 ekvivalent med excentriciteten hos kuggringen 64 omkring kugghjulet 60 så att de cirkulära elementens 72 och 74 excentriska vridning medför ingreppet av kuggtänder mellan kugghjulet 60 och kuggringen 64. Om de cirkulära elementens 72, 74 excentricitet vore större än excentriciteten hos kuggringen 64 skulle tänderna kärva. Om de cirkulära elementens 72, 74 excentricitet vore mindre än kuggringens excentrici- tet skulle vridning av de cirkulära elementen 72, 74 förorsaka slirning mellan de två kugghjulen 60 och 64. Genom användning av två excentriskt roterande cirkulära element 72, 74 snarare än bara ett, vrider sig ringen 58 omkring kugghjulet 60 utan att förskjutas vinkelmässigt i förhållande till den första rotorn 26. Dessutom måste de skivformiga elementens 72, 74 excentricitet vara synkroniserad för att förhindra att de cirkulära elementen 72 och 74 kärvar mot ringen 58. 464 7114 Den samtidiga vridningen av de cirkulära elementen 72 och 74 uppnås genom en drivaxel 96, som sammankopplar de två cirkulära elementen 72, 74. De första och andra axlarna 76 och 78 utskjuter från den första rotorn 26 och avgiutas i första och andra koniska kugghjul 88 respektive 90. De första och andra koniska kugghjulen 88 och 90 samverkar med tredje respektive fjärde koniska kugghjul 92 respektive 94, varvid drivaxeln 96 stelt kopplar de tredje och fjärde koniska kugghjulen 92, 94. Drivaxeln 96 och motsvarande koniska kugghjul 88,90,92,94 bringar ett av de cirkulära elementen 72, 74 att vrida sig när det andra cirkulära elementet 72 eller 74 vrids. Vridning av drivaxeln 96 omkring dess längsaxel följdaktligen både synkroniserar och förorsakar den excentriska rotationen av de cirkulära elementen 72, 74. Vridning av drivaxeln 96 åstad- koms företrädesvis av en motor 98 såsom exempelvis en hydraulmotor eller en elmotor, kopplad till det fjärde koniska kugghjulet 94. Stigningsändringsme- kanismen enligt föreliggande uppfinning omvandlar sålunda effektivt motorns 98 vridrörelse till en rörelse för variering av stigningen hos framdrivningsbla- det 22. Om de motsvarande koniska kugghjulen har samma kuggantal är reduk- tionsförhållandet mellan drivaxeln 96 och kugghjulet 60 detsamma som reduk- tionsförhållandet mellan kuggringen 64 och kugghjulet 60. Om reduktionsför- hållandet är stort krävs en stor vridning av drivaxeln 96 för att något variera framdrivningsbladens 22 stigning. Följaktligen kommer bladstigningsvariation, som förorsakas av spel eller dödgång mellan motsvarand koniska kugghjul att vara försumbar. Företrädesvis är en bladstigningsmekanism av det ovan beskrivna slaget anordnad för varje framdrivningsblad 22 för att variera stigningen hos varje blad 22. Dessutom kopplar i och för sig väl kända universalkopplingar 100 drivaxlarna hos närliggande bladstigningsmekanismer för att synkronisera varje drivaxels rotation, varigenom stigningen hos alla framdrivningsbladen synkroni- seras. Om stora reduktionsförhållanden mellan motsvarande drivaxlar och kugg- hjul används, kommer spel mellan drivaxlarna att ha praktiskt taget ingen inverkan på bladstigningsvinkeln och kommer ej att påverka synkroniseringen av bladstigningen.

Såsom visas i fig. 2 är stigningsvarieringsmekanismen enligt föreliggande uppfinning belägen intill bladroten 50 och anordnad utanför gasens strömnings- bana 42. Placering av mekanismen på detta sätt ger lätt åtkomst, eftersom själva kraftturbinen ej behöver röras för att underhålla mekanismen. Tidåtgången och/ eller utgifterna för service minimeras sålunda.

Ehuru ovan uppfinningens principer har åskådliggjorts med hjälp av ett på ritningarna visat exempel står det för fackmannen klart att många modifikatio- ner med avseende på struktur, arrangemang, delar och komponenter kan användas 464 714 för att tiïiämpa uppfinningen och i övrigt, vilka är särskiit anpassade för särskiïda driftkrav utan att avvika från dessa principer. Uppfinningens omfång begränsas sålunda endast av de åtföljande kraven. 'x 'r

Claims (14)

9 464 714 Patentkrav.

1. Gasturbinmotor innefattande en roterande struktur och ett flertal framdrivningsblad (22, 24) med variabel stigning sträckande sig radiellt utåt från den roterande strukturen, samt organ för variering av stigningen hos vart och ett av bladen, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ innefattar: (a) ett drivet kugghjul koaxiellt kopplat omkring en fot hos framdrivnings- bladen så att vridning av det drivna kugghjulet i förhållande till en radie hos den roterande strukturen förorsakar en stigningsändring hos ett motsvarande framdrivningsblad, (b) ett till det drivna kugghjulet kopplat drivande kugghjul, varvid ett (64) av kugghjulen är kugghjul med inre kuggar, som är excentriskt anordnat omkring det andra kugghjulet (60) och har fler tänder än detta, varvid tänderna hos båda kugghjulen är dimensionerade för ingrepp med varandra, samt (c) organ för excentrisk vridning av det drivande kugghjulet i förhållande till det drivna kugghjulet, varvid det drivna kugghjulet förskjuts vinkelmässigt i förhållande till en radie hos den roterande strukturen som reaktion på excentrisk rörelse av det drivande kugghjulet.

2. Gasturbin enligt krav 1, k ä n n e t e c'k n a d av att det drivande kugghjulet är kugghjulet (64) med inre kuggar.

3. Gasturbin enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av organ för att förhindra vinkelvridning av kugghjulet med inre kuggar i förhållande till den roterande strukturen.

4. Gasturbinmotor enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda vridningsorgan innefattar: (a) ett första cirkulärt element (72) kopplat till den roterande struk- turen, (b) organ (76) för att excentriskt vrida det första cirkulära elementet (72) i förhållande till den roterande strukturen, samt (c) organ för att omvandla det första cirkulära elementets excentriska vridning till en vridrörelse av kugghjulet (64) med inre kuggar omkring det andra kugghjulet (60).

5. Gasturbinmotor enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av organ för att förhindra vinkelvridning av kugghjulet (64) med inre kuggar i förhållande till den roterande strukturen.

6. Gasturbinmotor enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att kuggarna hos kugghjulet (64) med inre kuggar är belägna på en inre yta hos en stel ring (58). 464 714 10

7. Gasturbinmotor enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda omvandlingsorgan för det första cirkulära elementets excentriska rörelse innefattar en första cirkulär fördjupning (68) i nämnda ring (58) dimensionerad för mottagning av det första cirkulära elementet (72), varvid det första cirkulära elementets (72) excentriska vridning i förhållande till den roterande strukturen bringar varje punkt på ringen (58) att röra sig i en cirkulär bana och därigenom bringa kugghjulet (64) med inre kuggar att vrida sig omkring det andra kugghjulet (60).

8. Gasturbinmotor enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för excentrisk vridning av det första cirkulära elementet (72) innefattar: (a) en axel (76), som är roterbart kopplad till den roterande strukturen och i förhållande till detta roterbar omkring sin axel, varvid det första cirkulära elementet (72) är excentriskt fästat vid axeln så att rotation av axeln i förhållande till den roterande strukturen bringar det första cirkulära elementet att vridas excentriskt i förhållande till den roterande strukturen, samt att (b) en motor (96, 98) är kopplad till axeln för vridning av densamma.

9. Gasturbinmotor enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att motorn är en hydraulmotor.

10. Gasturbinmotor enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ för att förhindra vinkelvridning av det inre kugghjulet (60) i förhållande till det roterande elementet (26) innefattar: (a) en andra cirkulär fördjupning (70) i ringen (58). (b) ett andra cirkulärt element (74) i den andra fördjupningen, som är excentriskt kopplat till den roterande strukturen, varvid det andra cirkulära elementets (74) excentricitet är väsentligen ekvivalent med det första cirkulä- ra elementets (72) excentricitet, och (c) organ för att synkronisera det första cirkulära elementets vridning med det andra cirkulära elementets relativa vridning.

11. Gasturbinmotor enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av organ (100) för synkronisering av stigningen hos alla framdrivningsbladen.

12. Gasturbinmotor enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av att en bladstigningsvarieringsanordning är kopplad till varje framdrivningsblad.

13. Gasturbinmotor enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av organ för synkronisering av stigningen hos alla framdrivningsbladen. 11 464 714_

14. Gasturbinmotor enligt krav 1, innefattande ett stationärt element (34), k ä n n e t e c k n a d av att den roterande strukturen innefattar första och andra roterande element (26, 28) anordnade koaxiellt omkring det stationära elementet, en ringformig gasflödesbana (42) anordnad koaxiellt i förhållande till de första och andra roterande elementen, ett flertal första och andra rotorblad (30, 32) fästade vid de första och andra respektive roterande elemen- ten och sträckande sig in i flödesbanan på så sätt att en genom flödesbanan strömmande gas bringar de första och andra roterande elementen (26, 28) att motrotera, varvid nämnda flertal blad med variabel stigning innefattar ett flertal främre och bakre framdrivningsblad (22, 24) med variabel stigning kopplade till och anordnade radiellt utanför de första respektive andra roterande elementen (26, 28).