Двухконтурный газотурбинный двигатель с приводом вентилятора через простой соосный редуктор с внутренним зацеплением
Двухконтурный газотурбинный двигатель выполнен с приводом вентилятора через простой соосный редуктор с внутренним зацеплением и с фиксированными относительно диска лопатками. Промежуточные шестерни в редукторе выполнены двойными на общей оси, установленной на переднем по потоку воздуха роликовом подшипнике качения и на заднем подшипнике скольжения. Вентилятор выполнен биротативным. Роликовый подшипник выполнен с радиальными, фиксирующими оси и ролики в осевом направлении кольцевыми ребрами по наружному и внутреннему кольцам. Отношение наружного диаметра по зубчатому венцу задней по потоку воздуха промежуточной шестерни редуктора к диаметру подшипника скольжения по рабочей поверхности равно 1-2. Изобретение обеспечивает снижение уровня шума, повышение к.п.д и надежности двигателя путем привода биротативного вентилятора от турбины низкого давления через соосный редуктор с внутренним зацеплением, за счет снижения уровня напряжений от действия центробежных сил, действующих на рабочие лопатки вентилятора, а также снижение веса и сложности систем подвода и откачки масла для смазки редуктора. 2 ил.
Изобретение относится к двухконтурным газотурбинным двигателям авиационного применения.
Известен газотурбинный двигатель с приводом биротативного вентилятора от биротативной турбины (ЕР 1340903, F02K 3/072, 2003 г.). Недостатком такой конструкции является низкая надежность проходящих через газогенератор двух валов низкооборотной биротативной турбины, что снижает надежность газотурбинного двигателя.
Известен двухконтурный газотурбинный двигатель с приводом однорядного вентилятора через редуктор с внутренним зацеплением с неподвижными относительно диска лопатками (RU 2238418, F02K 3/04.2004 г.). Недостатком известной конструкции является повышенный уровень шума, генерируемого вентилятором, а также пониженные к.п.д. и надежность из-за высоких окружных скоростей однорядного вентилятора.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении уровня шума, повышении к.п.д и надежности двигателя путем привода биротативного вентилятора от турбины низкого давления через соосный редуктор с внутренним зацеплением за счет снижения уровня напряжений от действия центробежных сил, действующих на рабочие лопатки вентилятора, а также снижении веса и сложности систем подвода и откачки масла для смазки редуктора.
Сущность изобретения заключается в том, что в двухконтурном газотурбинном двигателе с приводом вентилятора через простой соосный редуктор с внутренним зацеплением и с фиксированными относительно диска лопатками, согласно изобретению, промежуточные шестерни в редукторе выполнены двойными на общей оси, установленной на переднем по потоку воздуха роликовом подшипнике качения и на заднем подшипнике скольжения, причем вентилятор выполнен биротативным, а роликовый подшипник выполнен с радиальными, фиксирующими оси и ролики в осевом направлении кольцевыми ребрами по наружному и внутреннему кольцам, при этом D/d=1-2, где:
D - наружный диаметр по зубчатому венцу задней по потоку воздуха промежуточной шестерни редуктора;
d - диаметр подшипника скольжения по рабочей поверхности.
Выполнение биротативного вентилятора с фиксированными относительно диска лопатками позволяет существенно уменьшить окружные скорости каждого из колес с рабочими лопаткам и одновременно повысить надежность из-за снижения уровня центробежных сил, действующих на лопатки.
Выполнение промежуточных шестерен в простом соосном редукторе двойным позволяет выполнить привод от турбины низкого давления через редуктор биротативного вентилятора, переднее колесо с рабочими лопатками которого приводится во вращение от передней по потоку промежуточной шестерни, а заднее колесо с рабочими лопатками - от задней промежуточной шестерни.
Усилие на общую ось от задней промежуточной шестерни парирует направленное в противоположную сторону усилие от передней промежуточной шестерни, что снижает нагрузку на переднюю по потоку опору в корпусе редуктора и позволяет выполнить передний подшипник роликовым, как наименее нагруженный. Для фиксации оси промежуточной шестерни в осевом направлении роликовый подшипник качения выполняют с радиальными ребрами по наружному и внутреннему кольцам.
Основная нагрузка от окружных усилий в редукторе приходится на заднюю по потоку опору промежуточных шестерен, и для обеспечения ресурса промежуточные шестерни установлены на заднем по потоку подшипнике скольжения, который способен нести повышенную нагрузку.
При D/d<1 излишне повышается вес и не обеспечивается сборка редуктора. При D/d>2 увеличивается удельная нагрузка на рабочую поверхность подшипника скольжения, что приводит к снижению надежности редуктора.
Так как расход масла на смазку подшипника скольжения существенно превышает расход масла на смазку аналогичного подшипника качения, то установка оси промежуточных шестерен на передний подшипник качения и задний подшипник скольжения позволяет существенно снизить расход масла на смазку редуктора при одновременном обеспечении потребного ресурса, что повышает надежность двигателя за счет снижения сложности системы откачки масла из редуктора, а также снижает вес двигателя за счет уменьшения веса систем подвода и откачки масла.
На фиг.1 показан продольный разрез двухконтурного газотурбинного двигателя заявляемой конструкции. На фиг.2 представлен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.
Двухконтурный газотурбинный двигатель 1 состоит из биротативного вентилятора 2, редуктора 3, компрессора низкого давления 4, разделительного корпуса 5, компрессора высокого давления 6, камеры сгорания 7, турбины высокого давления 8 и турбины низкого давления 9, которая валом 10 соединена с редуктором 3.
На разделительном корпусе 5 установлена коробка приводов 11, на которой размещены маслонасос подачи масла 12 и маслонасос откачки масла 13.
Биротативный вентилятор 2 состоит из переднего 14 и заднего 15 по потоку воздуха 16 в канале 17 наружного контура рабочих колес с рабочими лопатками 18 и 19, которые соответственно выполнены фиксированными относительно дисков 20 и 21 вентилятора 2.
Простой соосный редуктор 3 состоит из ведущего колеса 22, а также из передней ведомой шестерни 23 внешнего зацепления, установленной на валу 24 переднего рабочего колеса 14 вентилятора 2 и задней ведомой шестерни внутреннего зацепления 25, установленной на валу 26 заднего рабочего колеса 15 вентилятора 2.
Передняя 23 и задняя 25 ведомые шестерни находятся в зацеплении с передней 27 и задней 28 промежуточными шестернями, соответственно, расположенными на общей оси 29, установленными в корпусе 30 редуктора 3 на передней 31 и задней 32 опорах, на переднем роликовом подшипнике качения 33 и на заднем подшипнике скольжения 34, соответственно.
Передний роликовый подшипник качения 33 по наружному кольцу 35 выполнен с радиальными кольцевыми ребрами 36 и 37 и по внутреннему кольцу 38 с радиальными кольцевыми ребрами 39 и 40, фиксирующими ролики 41 подшипника 33 и ось 29 в осевом направлении относительно корпуса 30 редуктора 3.
Задний подшипник скольжения 34 для повышения несущей способности выполнен с увеличенным диаметром рабочей поверхности 42. Задняя промежуточная шестерня 28 своим зубчатым венцом 43 находится в зацеплении одновременно с ведущим колесом 22 и задней ведомой шестерней 25 внутреннего зацепления.
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.
При работе двухконтурного газотурбинного двигателя 1 биротативный вентилятор 2 вследствие минимальных окружных скоростей рабочих колес 14 и 15 генерирует минимальный уровень шума и имеет высокий к.п.д., а рабочие лопатки 18 и 19 вентилятора 2 испытывают минимальный уровень напряжений от действия центробежных сил.
В простом соосном редукторе 3 промежуточные шестерен 27 и 28 имеют высокие обороты, а нагрузка от усилий в зацеплении на заднюю опору 32 велика, и такое сочетание высоких оборотов и нагрузки делает ресурс подшипника качения на задней опоре минимальным. Одновременно передняя опора 31 промежуточных шестерен 27 и 28 вследствие взаимной компенсации окружных усилий на шестернях 27 и 28 испытывает минимальные нагрузки.
Установка на передней опоре 31 роликового подшипника 33 и на задней опоре 32 подшипника скольжения 34 с высокой несущей способностью обеспечивает высокую надежность редуктора 3 при минимальном весе насосов подачи 12 и откачки 13 масла.
Двухконтурный газотурбинный двигатель с приводом вентилятора через простой соосный редуктор с внутренним зацеплением и с фиксированными относительно диска лопатками, отличающийся тем, что промежуточные шестерни в редукторе выполнены двойными на общей оси, установленной на переднем по потоку воздуха роликовом подшипнике качения и на заднем подшипнике скольжения, причем вентилятор выполнен биротативным, а роликовый подшипник выполнен с радиальными, фиксирующими оси и ролики в осевом направлении кольцевыми ребрами по наружному и внутреннему кольцам, при этом D/d=1-2, где
D - наружный диаметр по зубчатому венцу задней по потоку воздуха промежуточной шестерни редуктора; d - диаметр подшипника скольжения по рабочей поверхности.
