Система блокировки главного вала газотурбинного двигателя с плавким подшипником



Система блокировки главного вала газотурбинного двигателя с плавким подшипником
Система блокировки главного вала газотурбинного двигателя с плавким подшипником
Система блокировки главного вала газотурбинного двигателя с плавким подшипником
Система блокировки главного вала газотурбинного двигателя с плавким подшипником

 


Владельцы патента RU 2368791:

СНЕКМА (FR)

Газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, одну первую вращающуюся систему, содержащую первый вал, статор и подшипники, жестко связанные с упомянутым статором и способные удерживать упомянутый вал, причем один из упомянутых подшипников способен разрушаться или изменять свои характеристики в том случае, когда в этой вращающейся системе появляется несбалансированность определенной величины. Этот газотурбинный двигатель дополнительно имеет в своем составе тормозные средства, предназначенные для торможения вращения упомянутого первого вала в случае появления упомянутой несбалансированности, и средства формирования сварного соединения, предназначенные для обеспечения сварного соединения, в конце торможения, части первого вала с близлежащей частью газотурбинного двигателя. Предлагаемый газотурбинный двигатель предназначен, главным образом, для использования в области авиации и, более конкретно, для его использования в качестве авиационного турбореактивного двигателя. Такое выполнение газотурбинного двигателя позволит устранить вибрации, возникающие вследствие авторотации вентилятора. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к газотурбинному двигателю, который имеет в своем составе, по меньшей мере, одну первую вращающуюся систему, содержащую первый вал, статор и так называемый "плавкий" подшипник, жестко связанный с упомянутым статором и выполненный с возможностью удерживать упомянутый вал и способный разрушаться или изменять свои характеристики в том случае, когда в указанной первой вращающейся системе появляется несбалансированность определенной величины. Предлагаемый газотурбинный двигатель предназначен главным образом для использования в области авиации и, более конкретно, в качестве авиационного двигателя.

Пример реализации газотурбинного двигателя такого типа схематично проиллюстрирован на фиг.1, где представлен авиационный турбореактивный двигатель 1 хорошо известного типа. Этот турбореактивный двигатель 1 имеет в своем составе первую 10 и вторую 9 вращающиеся системы, охваченные статором 2 и отделенные от этого статора главным каналом 3, имеющим кольцевое поперечное сечение. Пространство этого главного канала 3 занято чередующимися ступенями лопаток, жестко связанными поочередно с упомянутыми вращающимися системами 9 и 10 и со статором 2 для обеспечения ускорения движения и повышения давления газов перед использованием энергии, которую эти газы высвобождают в процессе их расширения после сгорания топлива: таким образом, в этом турбореактивном двигателе, если рассматривать его в направлении спереди назад, последовательно располагаются лопатки компрессора низкого давления 4, лопатки компрессора высокого давления 5, камера сгорания 6, лопатки турбины высокого давления 7 и лопатки турбины низкого давления 8. Первая вращающаяся система 10 имеет в своем составе ротор компрессора низкого давления 4, ротор турбины низкого давления 8 и первый вал 12, также называемый валом "низкого давления" или главным валом и обеспечивающий связь между двумя упомянутыми выше роторами. Вторая вращающаяся система 9 имеет в своем составе ротор компрессора высокого давления 5, ротор турбины высокого давления 7 и второй вал 11, также называемый валом "высокого давления" и обеспечивающий связь между двумя упомянутыми выше роторами. Поскольку этот турбореактивный двигатель 1 имеет в своем составе две вращающиеся системы 9 и 10, или два каскада, его обычно называют двухкаскадным или двухвальным турбореактивным двигателем.

Упомянутые первый и второй валы 12 и 11 являются концентрическими и вращаются с различными скоростями, причем скорость вращения первого вала 12 имеет величину меньшую, чем скорость вращения второго вала 11. Оба эти вала поддерживаются при помощи подшипников, связанных со статором 2: при этом, если рассматривать данную систему в направлении спереди назад, последовательно располагаются передний подшипник 13, предназначенный для первого вала 12, передний подшипник 14, предназначенный для второго вала 11, задний подшипник 15, предназначенный для второго вала 11, и задний подшипник 16, предназначенный для первого вала 12. Эти подшипники содержат в качестве активного элемента один или два шариковых или роликовых подшипника, которые позволяют валам 11 и 12 вращаться с большой скоростью независимо друг от друга. Таким образом, эти валы 11 и 12 полностью отделены один от другого, но в достаточно протяженной зоне их непосредственной близости 17, располагающейся по существу против переднего подшипника 14 второго вала 11, эти валы отделены друг от друга лишь небольшим зазором.

Современные авиационные турбореактивные двигатели имеют высокую степень сжатия газов и высокую степень разжижения газов сгорания. Эти двигатели также снабжены вспомогательным каналом 18, охватывающим главный канал 3, и через этот вспомогательный канал проходит поток воздуха, который затем смешивается с газами сгорания позади турбины низкого давления 8 (в этом случае принято говорить о так называемых двухконтурных турбореактивных двигателях). Поток воздуха, который проходит через упомянутый вспомогательный канал 18, ускоряется при помощи лопаток вентилятора 19, жестко связанного с первой вращающейся системой 10 и располагающегося перед компрессором низкого давления 4. Эти лопатки вентилятора 19 имеют очень большой диаметр и соответственно высокую инерцию. Кроме того, эти лопатки вентилятора могут подвергнуться разрушению в том случае, когда в процессе полета самолета некоторое постороннее тело, например птица, ударяется об эти лопатки.

Таким образом, в случае разрушения одной лопатки вентилятора возникает существенная несбалансированность в первой вращающейся системе 10, что создает на ней значительные усилия вибрационного характера, которые передаются на вторую вращающуюся систему 9 и на статор 2 посредством переднего подшипника 13. Повреждения, создаваемые этими чрезмерными усилиями, способны распространяться на всю конструкцию данного турбореактивного двигателя 1. Именно поэтому уже известно использование в качестве переднего подшипника 13 так называемого "плавкого" подшипника, то есть подшипника, способного разрушаться или изменять свои характеристики другим образом в том случае, когда на первой вращающейся системе 10 возникает несбалансированность определенной величины.

Подшипник 13 этого типа обычно содержит некоторый инициатор разрушения или элемент пониженной механической прочности, располагающийся в непосредственной близости от первого вала 12, причем в общем случае речь идет об участке его конструкции, которая связывает его со статором 2 и имеет специально уменьшенную толщину или соединительный болт малого диаметра, резьбовой стержень которого может быть срезан. Пример реализации подшипника такого типа описан в патенте US 5417501. Инициатор разрушения подшипника подобного типа рассчитывается таким образом, чтобы он мог разорваться или разрушиться в том случае, когда появляется несбалансированность определенной величины, так, чтобы упомянутый передний подшипник 13 отсоединялся от статора 2 и прекращал поддерживать первый вал 12, который при этом становится свободным и может совершать колебания относительно заднего подшипника 16, не производя при этом чрезмерных усилий, воздействующих на статор 2.

При этом пилот самолета, столкнувшись с проблемой подобного рода, обычно выключает соответствующий двигатель (то есть прекращает подачу топлива в этот двигатель), что позволяет больше не приводить валы 11 и 12 принудительно во вращательное движение так, что вследствие этого скорость вращения этих валов 11 и 12 уменьшается. Затем пилот ищет возможность приземлиться на ближайшем аэродроме, причем самолет удерживается в воздухе вплоть до посадки при помощи другого или других исправных двигателей. На протяжении этой фазы полета упомянутый второй вал 11 постепенно прекращает свое вращательное движение, тогда как вентилятор 19, приводимый в движение проходящим через него набегающим потоком воздуха, продолжает вращаться относительно медленно (по сравнению с его обычной скоростью вращения) и приводит во вращательное движение первый вал 12. При этом принято говорить об эффекте авторотации первой вращающейся системы 10 и первого вала 12.

Однако такая авторотация вентилятора создает вибрации, которые распространяются по конструкции данного летательного аппарата заметным для пассажиров этого летательного аппарата образом. Следует отметить, что амплитуда этих вибраций является наиболее значительной в том случае, когда частота этой авторотации равна или близка к резонансной частоте вентилятора.

Для устранения этого недостатка известно техническое решение, описанное в патенте ЕР 1126137 А2 и состоящее в оснащении каждого турбореактивного двигателя системой торможения, образованной тормозным барабаном, жестко связанным с ротором компрессора низкого давления, и цилиндрической опорой, жестко связанной со статором, на которой установлены несколько тормозных колодок. Эти тормозные колодки имеют возможность переходить из некоторого первого положения, в котором они не касаются тормозного барабана, в некоторое второе положение, в котором эти тормозные колодки входят в механический контакт трения с этим тормозным барабаном для замедления его вращательного движения, и даже полной блокировки этого барабана, в зависимости от интенсивности упомянутого трения.

Эта известная система торможения обладает, тем не менее, существенным недостатком, который состоит в том, что она имеет в своем составе множество различных деталей (болты, тормозные колодки и т.п.), что делает изготовление такой системы трудоемким и дорогостоящим, а ее установка представляет собой сложную операцию. С другой стороны, вследствие существенных габаритных размеров такой системы ее можно разместить только в передней части данного турбореактивного двигателя, например под лопатками компрессора низкого давления.

Задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы устранить вибрации, возникающие вследствие авторотации вентилятора, при помощи достаточно эффективной системы, имеющей относительно простую конструкцию.

Для решения этой задачи объектом предлагаемого изобретения является газотурбинный двигатель, имеющий в своем составе, по меньшей мере, одну первую вращающуюся систему, содержащую первый вал, статор и подшипники, жестко связанные с упомянутым статором и способные удерживать упомянутый вал, причем один из этих подшипников способен разрушаться или изменять свои характеристики в том случае, когда в этой вращающейся системе появляется несбалансированность определенной величины, отличающийся тем, что газотурбинный двигатель содержит средства торможения, предназначенные для снижения скорости вращения первого вала в том случае, когда возникает несбалансированность, и средства сваривания, предназначенные для соединения при помощи сварки, в конце этапа торможения, части первого вала с близлежащими к этому валу частями газотурбинного двигателя, в контакт с которыми часть первого вала способна входить в случае возникновения несбалансированности.

Факт соединения между собой при помощи сварки упомянутых выше частей наилучшим образом обеспечивает блокировку первого вала по сравнению с блокировкой, обеспечиваемой при помощи систем описанного выше типа, в которых блокировка упомянутого первого вала зависит от интенсивности трения, создаваемого тормозными колодками на тормозном барабане. Действительно, в том случае, когда эта интенсивность трения оказывается недостаточной, упомянутый первый вал затормаживается в своем вращательном движении, но не блокируется полностью, вследствие чего явление вибрации может продолжать существовать.

Предпочтительным образом упомянутые средства соединения при помощи сварки имеют в своем составе кольцо, располагающееся между упомянутой частью первого вала и упомянутой близлежащей к этому валу части данного газотурбинного двигателя, и это кольцо жестко связано с одной из двух этих частей и содержит плавкое химическое соединение, способное нагреваться за счет трения с упомянутой частью первого вала или с упомянутой близлежащей частью этого газотурбинного двигателя и плавиться вследствие нагревания за счет трения.

Предпочтительным образом упомянутое плавкое химическое соединение содержит, главным образом, алюминий, имеет достаточно низкую точку плавления и позволяет обеспечить удовлетворительное сварное соединение.

Кроме того, в соответствии со специфическим способом осуществления предлагаемого изобретения упомянутое кольцо формируется при помощи термического напыления. Термическое напыление представляет собой технологию, хорошо адаптированную в рассматриваемом случае, поскольку она позволяет легко реализовать упомянутое кольцо и обеспечить удовлетворительное сцепление кольца с основой, на которую наносится кольцо, то есть с упомянутой частью первого вала или с упомянутой близлежащей к этому валу частью газотурбинного двигателя. Кроме того, данная технология может быть использована независимо от геометрических характеристик основы (цилиндрическая форма основы, коническая форма основы и т.п.).

Предпочтительным образом и для облегчения нагревания упомянутого плавкого химического соединения поверхность упомянутой части первого вала, в том случае, когда кольцо устанавливается на близлежащую к нему часть газотурбинного двигателя, или поверхность этой близлежащей части газотурбинного двигателя, в том случае, когда упомянутое кольцо устанавливается на упомянутую часть первого вала, имеет неправильную форму.

Действительно, в рассматриваемом случае зона трения ограничивается поверхностью раздела между вершинами шероховатостей упомянутой неправильной поверхности и упомянутым кольцом. Поскольку протяженность этой зоны трения является ограниченной, температура на ней возрастает очень быстро, что способствует плавлению упомянутого химического состава. При этом отмечается, что механический контакт между упомянутой поверхностью и упомянутым кольцом обычно представляет собой сателлитный контакт.

Следует отметить, что газотурбинный двигатель в соответствии с предлагаемым изобретением может содержать одну или несколько вращающихся систем. В том случае, когда данный газотурбинный двигатель содержит одну единственную вращающуюся систему, упомянутые средства соединения при помощи сварки располагаются между некоторой частью первого вала и некоторой близлежащей к этому валу частью, принадлежащей статору данного газотурбинного двигателя, таким образом, чтобы упомянутая часть первого вала могла быть присоединена при помощи сварки к упомянутому статору. Вместе с тем, в случае, когда данный газотурбинный двигатель содержит несколько вращающихся систем, упомянутая близлежащая часть этого двигателя может принадлежать упомянутому статору или одной из этих вращающихся систем (отличных от упомянутой первой вращающейся системы).

Газотурбинный двигатель в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого изобретения представляет собой авиационный двигатель и, более конкретно, турбореактивный авиационный двигатель. На основе вышеизложенного представляется понятным, что данный турбореактивный двигатель может быть одновальным, двухвальным или трехвальным. В частном случае, когда турбореактивный двигатель является двухвальным, то есть аналогичным двигателю, схематически представленному на фиг.1, этот газотурбинный двигатель содержит вторую вращающуюся систему, содержащую второй вал, причем эти концентрически расположенные первый и второй валы имеют возможность вращаться с различными скоростями и упомянутый первый вал вращается с меньшей скоростью, чем упомянутый второй вал. В газотурбинном двигателе этого типа упомянутая близлежащая к первому валу часть этого двигателя предпочтительным образом принадлежит этому второму валу.

Газотурбинный двигатель в соответствии с предлагаемым изобретением содержит также тормозные средства, предназначенные для обеспечения достаточного торможения первого вала двигателя перед расплавлением упомянутой плавкой композиции, что позволяет этой плавкой композиции затвердеть для формирования требуемого сварного соединения. В отсутствие таких тормозных средств упомянутая плавкая композиция будет расплавляться и слишком быстрое вращение первого вала будет рассеивать расплавленную композицию внутри газотурбинного двигателя.

Следует отметить, что в общем случае вследствие появления избыточной несбалансированности и связанным с этим обстоятельством разрушением так называемого плавкого подшипника лопатки компрессора низкого давления входят в механический контакт со статором, что создает трение, которое обеспечивает торможение вращения первого вала.

Предпочтительно, чтобы тормозные средства содержали покрытие, нанесенное на некоторый отрезок первого вала и чтобы покрытие было способно входить в контакт с соседней зоной данного газотурбинного двигателя с трением в случае появления избыточной несбалансированности. Эта соседняя зона может принадлежать статору газотурбинного двигателя или другой вращающейся системе, отличной от упомянутой первой вращающейся системы, в том случае, когда газотурбинный двигатель является двухвальным или трехвальным.

Одновременно с торможением, обеспечиваемым на упомянутом отрезке первого вала, указанное покрытие позволяет защитить этот отрезок вала от непосредственного механического контакта с близлежащей к нему зоной газотурбинного двигателя.

В соответствии со специфическим способом реализации упомянутого покрытия оно представляет собой слой волокон, пропитанных смолой. Таким образом, указанное покрытие является достаточно простым в реализации и удобным для монтажа.

Предпочтительно использовать смолу, характеризующуюся малой теплопроводностью, хорошей устойчивостью по отношению к воздействию высоких температур и удовлетворительными механическими свойствами, такую, например, как эпоксидные смолы, бисмалеимидные смолы и фенольные смолы. Стойкость используемой смолы по отношению к воздействию высокой температуры должна выбираться, в частности, в функции нормальных условий функционирования упомянутого первого вала, то есть при отсутствии всякого механического контакта этого вала с близлежащими частями двигателя: в том случае, когда температура вала в нормальных условиях функционирования не превышает 120°, можно использовать эпоксидные смолы, а при более высоких температурах будут более предпочтительными бисмалеимидные смолы и особенно фенольные смолы.

Слой волокон позволяет повысить механическую прочность покрытия в том случае, когда это покрытие входит в механический контакт с близлежащей зоной данного газотурбинного двигателя. Этот слой волокон либо предварительно пропитывается смолой, после чего обматывается вокруг первого вала, или же, наоборот, сначала обматывается вокруг этого вала, а затем пропитывается смолой. Этот слой волокон может быть обмотан вокруг вала несколько раз таким образом, чтобы отрегулировать толщину покрытия и/или повысить его механическую прочность.

В соответствии со специфическим способом реализации упомянутого покрытия этот слой волокон представляет собой сплетенную из волокон муфту, которая может быть надета на первый вал. Эта форма покрытия и технология его изготовления облегчают установку этого слоя. Предпочтительно, для регулирования толщины покрытия и/или повышения его механической прочности, надевать несколько таких муфт на первый вал и располагать их одну поверх другой.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше понятны из приведенного ниже подробного описания способа его осуществления, представленного в качестве не являющегося ограничительным примера со ссылками на сопровождающие фигуры чертежей, в числе которых

фиг.1 представляет собой схематический вид в продольном разрезе авиационного турбореактивного двигателя известного типа;

фиг.2 представляет собой схематический вид в разрезе по плоскости II-II, показанной на фиг.1, двух валов турбореактивного двигателя, показанного на фиг.1, в том случае, когда первый вал оказывается свободным по колебательному движению;

фиг.3 представляет собой схематический вид в разрезе части газотурбинного двигателя в соответствии с предлагаемым изобретением, на котором представлены тормозные средства и средства соединения при помощи сварки в соответствии с предлагаемым изобретением;

фиг.4 представляет собой увеличенный схематический вид в разрезе зоны IV, показанной на фиг.3, на котором тормозные средства представлены с разрывами.

На фиг.1, уже описанной выше, схематически представлен авиационный двухвальный двухконтурный турбореактивный двигатель хорошо известного типа. Здесь следует выделить зону непосредственной близости 17, в которой первый вал 12 и второй вал 11 располагаются очень близко друг к другу. Именно в этой зоне близости два этих вала 12 и 11 могут входить в механический контакт друг с другом в том случае, когда так называемый плавкий подшипник 13 разрушается или изменяет свои характеристики вследствие разрушения лопасти вентилятора 19, как это показано на фиг.2. После того как плавкий подшипник 13 разрушается или изменяет свои характеристики, первый вал 12 турбореактивного двигателя, оказавшийся при этом свободным по колебательному движению и способный качаться относительно заднего подшипника 16, входит в контакт трения со вторым валом 11 в зоне контакта 20.

Газотурбинный двигатель в соответствии с предлагаемым изобретением, схематически частично проиллюстрированный на фиг.3, представляет собой авиационный двухвальный двухконтурный турбореактивный двигатель, аналогичный описанному выше турбореактивному двигателю, схематически представленному на фиг.1. В этой связи одни и те же цифровые позиции используются для обозначения элементов, являющихся общими для предлагаемого изобретения и для его прототипа из существующего уровня техники в данной области.

На фиг.3 представлена только часть газотурбинного двигателя, располагающаяся в окрестности упомянутой зоны в непосредственной близости 17. На этой фигуре можно видеть, что первый вал 12, или так называемый вал "низкого давления", удерживается при помощи переднего так называемого плавкого подшипника 13, жестко связанного со статором 2 и способного разрушаться или изменять свои характеристики на уровне зон пониженной механической прочности 23. Вокруг этого первого вала 12 располагается второй вал 11 (причем оба эти вала являются концентрическими), удерживаемый передним подшипником 14, жестко связанным со статором 2. Два эти вала являются особенно близко расположенными друг к другу в зоне их непосредственной близости 17. Отрезок 30 первого вала 12, располагающийся в этой зоне близости 17, с каждой из своих сторон содержит части этого первого вала, имеющие наружные диаметры, превышающие наружный диаметр его отрезка 30.

Как это можно видеть на фиг.3, отрезок 30 первого вала содержит композитное покрытие, представляющее собой тормозные средства 31, и средства обеспечения сварного соединения 40 в соответствии с предлагаемым изобретением. Эти средства 31, 40 отделены друг от друга, и упомянутые тормозные средства располагаются позади упомянутых средств обеспечения сварного соединения (здесь понятия "спереди" и "сзади" определяются по отношению к направлению движения потока воздуха, причем этот поток воздуха входит в данный газотурбинный двигатель в его передней части и выходит из него в задней части этого газотурбинного двигателя).

Как это можно видеть в примере, схематически представленном на фиг.4, тормозные средства 31 имеют в своем составе композитное покрытие 33, содержащее муфту 32, выполненную из переплетенных волокон 34, ориентированных таким образом, чтобы обеспечить повышение механической прочности покрытия, и пропитанных фенольной смолой. Эта смола пропитки может содержать сухие смазывающие вещества, такие как графит, дисульфид молибдена, нитрид бора или любое другое известное сухое смазывающее средство. Эти волокна 34 по существу представляют собой пряди углеродных волокон, арамидных волокон или стекловолокна и переплетаются таким образом, чтобы обеспечить некоторую возможность деформирования муфты 32 с целью облегчения ее монтажа. Таким образом, в том случае, когда муфту 32 надевают на вал 12, ее растягивают в радиальном направлении для того, чтобы увеличить ее диаметр и пройти таким образом те части вала, которые имеют диаметр, превышающий диаметр отрезка 30 этого вала, что позволяет без затруднений устанавливать эту муфту на уровне отрезка 30. После правильной установки муфты 32 на предназначенном для нее месте, ее растягивают в осевом направлении для того, чтобы уменьшить ее диаметр и обжать эту муфту вокруг отрезка 30. Для еще большего облегчения установки упомянутой муфты 32, она может обладать определенной упругостью, которая позволяет ей самой прижиматься к данному валу. Эта упругость может быть обеспечена путем специального переплетения волокон 34 и с помощью соответствующего процентного содержания используемых волокон. При этом после установки муфты 32 на вал 12 ее пропитывают смолой.

Композитное покрытие 33 имеет целью затормозить вращение первого вала 12 одновременно с его защитой от непосредственного контакта с близлежащей к нему зоной 35 турбореактивного двигателя, образованной в рассматриваемом здесь случае отрезком второго вала 11 и располагающейся против упомянутого покрытия 33.

Предпочтительно, чтобы коэффициент трения между фенольной смолой, используемой для пропитки упомянутого покрытия 33, и близлежащей зоной 35 турбореактивного двигателя являлся относительно небольшим для того, чтобы ограничить нагрев первого вала 12 и не уменьшать вследствие этого его механическую прочность. Действительно, установлено, что необходимо ограничивать нагрев, возникающий вследствие трения между покрытием 33 и упомянутой близлежащей зоной 35 турбореактивного двигателя, поскольку этот нагрев ухудшает механические свойства первого вала 12, в частности его сопротивляемость разрыву и усталостную прочность. В общем случае можно констатировать, что в случае изготовления второго вала 11 из титанового сплава этот коэффициент трения имеет величину в диапазоне от 0,1 до 0,6. Так, например, для фенольной смолы этот коэффициент трения имеет величину порядка 0,3.

Предпочтительно, чтобы упомянутые тормозные средства 31 также имели в своем составе некоторый первый промежуточный слой 36, изготовленный из материала, отличного от материала покрытия 33, и размещенный между этим композитным покрытием, изготовленным из пропитанных смолой волокон, и первым валом 12. Этот промежуточный слой 36 может быть изготовлен, например, из графита. Коэффициент трения между этим промежуточным слоем 36 и вторым валом 11 является более высоким, чем коэффициент трения между упомянутым покрытием 33 и валом 11, что позволяет обеспечить более интенсивное торможение вращения первого вала 12. Так, например, этот коэффициент трения имеет величину в диапазоне от 0,6 до 0,9. Этот промежуточный слой 36 предназначен для вхождения в механический контакт с вторым валом 11 в том случае, когда упомянутое композитное покрытие 33 оказывается полностью истертым.

Истирание покрытия 33 является более или менее значительным в функции используемых для его изготовления материалов, разности между скоростями вращения первого и второго валов и температуры в зоне 17 их непосредственной близости. Механическую прочность и толщину покрытия 33 выбирают таким образом, чтобы контакт между первым промежуточным слоем 36 и вторым валом 11 устанавливался в том случае, когда скорость вращения первого вала 12 окажется уменьшенной в достаточной степени с тем, чтобы ограничить нагрев, связанный с трением.

В соответствии с частным случаем осуществления способа по предлагаемому изобретению между первым промежуточным слоем 36 и первым валом 12 можно разместить второй промежуточный слой, не показанный на приведенных в приложении фигурах. Этот второй промежуточный слой предназначен для исключения возникновения явления гальванической коррозии между валом 12, изготовленным, например, из стали "mаrаging" или из высокопрочной стали, и первым промежуточным слоем 36. Предпочтительно, чтобы второй промежуточный слой представлял собой слой эпоксифенольной краски или краски с алюминиевым пигментом.

Средства обеспечения сварного соединения 40 имеют в своем составе изготовленное из алюминия кольцо 42, жестко связанное с близлежащей частью данного газотурбинного двигателя, или, в рассматриваемом здесь варианте реализации, с вторым валом 11. Это кольцо наносится на поверхность второго вала 11 путем термического напыления.

В то же время специальные ребра жесткости выполнены на участке 44 первого вала 12, располагающемся против упомянутого кольца 42. Эти ребра жесткости ориентированы параллельно или наклонным образом по отношению к направлению, касательному к поверхности первого вала 12 таким образом, чтобы увеличить площадь поверхности контакта, принимая во внимание возможные относительные смещения между первым валом 12 и кольцом 42.

В том случае, когда лопасть вентилятора газотурбинного двигателя в соответствии с предлагаемым изобретением разрушается, возникает определенная несбалансированность во вращающейся системе 10 и так называемые "плавкие" подшипники 13 разрушаются или изменяют свои характеристики. При этом первый вал 12 начинает совершать колебательные движения относительно заднего подшипника 16 и смещает свой центр таким образом, что средства торможения 31 вступают в контакт трения с близлежащей зоной 35 второго вала 11. При этом упомянутые тормозные средства истираются по мере замедления скорости вращения первого вала 12. Толщина этих тормозных средств 31 и расстояние, отделяющее эти тормозные средства 31 от средств обеспечения сварного соединения 40, выбираются таким образом, чтобы после того как скорость вращения первого вала 12 будет уменьшена в достаточной степени, кольцо 42 входило в контакт трения с ребрами жесткости участка 44 первого вала 12 и нагревалось вследствие этого трения. Этот нагрев вызывает расплавление кольца 42, что позволяет обеспечить сварное соединение между первым валом 12 и вторым валом 11.

В соответствии с другим способом осуществления предлагаемого изобретения, не представленным на приведенных в приложении фигурах, тормозные средства 31 и средства обеспечения сварного соединения 40 жестко связаны с первым валом 12, причем эти тормозные средства 31 размещены поверх средств обеспечения сварного соединения 40 на одном и том же отрезке первого вала 12. Тормозные средства 31 и средства обеспечения сварного соединения 40 могут быть также жестко связаны с вторым валом 11 и уложены одно на другое. В любом случае тормозные средства 31 покрывают средства обеспечения сварного соединения 40. Таким образом, эти средства обеспечения сварного соединения 40 располагаются между тормозными средствами и валом с возможностью вхождения в механический контакт с другим валом только после полного истирания тормозных средств 31.

1. Газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, одну первую вращающуюся систему (10), содержащую первый вал (12), статор (2) и подшипники (13, 14, 15, 16), жестко связанные с упомянутым статором и удерживающие упомянутый первый вал, причем один из подшипников (13) выполнен с возможностью разрушаться или изменять свои характеристики при возникновении несбалансированности определенной величины во вращающейся системе (10), отличающийся тем, что дополнительно содержит тормозные средства (31), предназначенные для торможения вращения первого вала (12) при возникновении несбалансированности, и средства обеспечения сварного соединения (40), предназначенные для сварки в конце этапа торможения некоторой части первого вала (12) с некоторой близлежащей частью газотурбинного двигателя.

2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что средства обеспечения сварного соединения (40) содержат кольцо (42), располагающееся между упомянутой частью первого вала (12) и упомянутыми близлежащими частями газотурбинного двигателя, при этом кольцо (42) жестко связано с одной из двух указанных частей и содержит плавкую композицию, способную нагреваться и расплавляться в результате трения с упомянутой частью вала или с близлежащей частью данного газотурбинного двигателя.

3. Газотурбинный двигатель по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что поверхность упомянутой части первого вала (12) или упомянутой части близлежащей зоны газотурбинного двигателя является неровной.

4. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит вторую вращающуюся систему (9), содержащую второй вал (11), причем первый и второй валы являются концентрическими и выполнены с возможностью вращения с различными скоростями, а упомянутая близлежащая часть газотурбинного двигателя размещена на втором валу (11) с возможностью обеспечения соединения сваркой упомянутой части первого вала (12) с упомянутым вторым валом.

5. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что упомянутая близлежащая часть газотурбинного двигателя размещена на статоре (2) с возможностью присоединения сваркой упомянутой части первого вала (12) к статору (2).

6. Газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что большая часть упомянутой плавкой композиции состоит из алюминия.

7. Газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что кольцо (42) формируют путем термического напыления.

8. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что тормозные средства (31) содержат покрытие (33), нанесенное на отрезок (30) первого вала, причем покрытие (33) выполнено с возможностью входить в контакт трения с близлежащей к ней зоной (35) газотурбинного двигателя при возникновении в двигателе несбалансированности определенной величины.

9. Газотурбинный двигатель по п.8, отличающийся тем, что покрытие (33) содержит слой (32) волокон (34), пропитанных смолой.

10. Газотурбинный двигатель по одному из пп.8 или 9, отличающийся тем, что покрытие (33) содержит волокна (34), выбираемые из числа следующих подкрепляющих волокон: углеродные волокна, арамидные волокна или стекловолокно, и упомянутая смола выбирается среди следующих смол: эпоксидная смола, бисмалеимидная смола и фенольная смола.

11. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что тормозные средства (31) и средства формирования сварного соединения (40) отделены друг от друга, причем тормозные средства (31) располагаются позади средств формирования сварного соединения (40).

12. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что тормозные средства (31) и средства формирования сварного соединения (40) располагаются одно на другом, причем тормозные средства (31) располагаются поверх средств формирования сварного соединения (40).

13. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что этот газотурбинный двигатель представляет собой авиационный турбореактивный двигатель.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к опорам подшипников для вращающихся валов двигателей, в частности к газотурбинным. .

Изобретение относится к системе механического соединения деталей, содержащей блокировочное устройство. .

Изобретение относится к опоре вала, которая ломается при возникновении неуравновешенности. .

Изобретение относится к устройству для контроля радиального зазора турбины с валом турбины и закрепленными на нем лопатками турбины, окруженными корпусом турбины.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в системах автоматического контроля предельно допустимых смещений вращающихся деталей, в частности вала турбомашины.
Изобретение относится к автоматическому регулированию, в частности к устройствам защиты газотурбинного двигателя (ГТД), например, при разрушении вала турбины. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении турбовентиляторных двигателей

Изобретение относится к области турбомашин, в частности турбореактивных двигателей с вентилятором, прикрепленным к приводному валу, опирающемуся, по меньшей мере, на первый подшипник

Изобретение относится к области авиационного машиностроения и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации авиационных двигателей

Изобретение относится к турбинам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее касается способа защиты корпуса лопаточных машин и корпуса защищенного от пробиваемости при обрыве лопаток лопаточных машин

Устройство разъединения опоры (7) подшипника в газотурбинном двигателе. Опора (7) подшипника содержит переднюю часть (1) и заднюю часть (2), содержащие соответственно множество передних отверстий (10) и задних отверстий (20), через которые проходят предохранительные винты (3). Для всех винтов предусмотрен зазор (4) между каждым передним отверстием (10) и проходящим через него предохранительным винтом (3), позволяющий избежать за счет указанного зазора любого контакта между передним отверстием (10) и предохранительным винтом (3). Передняя часть (1) и задняя часть (2) опоры подшипника контактируют друг с другом, по меньшей мере, двумя параллельными поверхностями боковин различных диаметров, формирующими наружные и внутренние средства центровки, образующими средство двойной центровки и взаимодействующими друг с другом для обеспечения осевого выравнивания одной из указанных частей относительно другой части. Обеспечивается лучший контроль за функцией разъединения за счет устранения усилий сдвига на предохранительном винте, а также возможность устранить овальную деформацию опоры подшипника. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх