Интегрирование коробки модуля стартера/генератора в трансмиссионную коробку газовой турбины
Узел содержит трансмиссионную коробку газовой турбины и, по меньшей мере, один стартер/генератор, механически соединенный с трансмиссионной коробкой. Трансмиссионная коробка содержит зубчатую передачу с несколькими шестернями. Стартер/генератор содержит генерирующий блок с ротором, образующим катушку индуктивности, и статором, образующим якорь, и возбуждающий блок со статором, образующим катушку индуктивности, и ротором, образующим якорь, соединенный с катушкой индуктивности генерирующего блока. Ротор генерирующего блока и ротор возбуждающего блока установлены на общем валу с шестерней, зацепляющейся с зубчатой передачей трансмиссионной коробки, по обе стороны от этой шестерни. Изобретение позволяет интегрирование стартера/генератора в трансмиссионную коробку газовой турбины, что позволяет существенно уменьшить объем и габариты, сохраняя при этом возможность легкого демонтажа. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к газовым турбинам и, в частности, к монтажу стартера/генератора (или S/G от “Starter/Generator”) на трансмиссионной коробке или корпусе приводов агрегатов. Областью применения изобретения является область газовых турбин для авиационных двигателей, то есть двигателей самолетов или вертолетов, а также для вспомогательных силовых установок (или APU от “Auxiliary Power Unit”).
В газовой турбине некоторое оборудование или агрегаты приводятся в действие при помощи механической трансмиссии за счет механической мощности, отбираемой на валу турбины. Эта механическая трансмиссия, которая содержит систему шестерен, установленных в картере, называется трансмиссионной коробкой или корпусом приводов агрегатов. Агрегатами являются, в частности, различные насосы для производства гидравлической энергии, питания топливом, смазки, а также один или несколько электрических стартеров/генераторов.
Когда газовая турбина работает, стартер/генератор или каждый стартер/генератор работает в режиме электрического генератора и производит электрическое напряжение, которое питает один или несколько центров распределения электрической энергии для самолета или вертолета и его двигателя или двигателей.
Когда газовая турбина не работает, стартер/генератор может работать в качестве стартера и питаться от внешнего источника электрического напряжения для запуска газовой турбины путем приведения во вращение вала турбины, с которым соединена трансмиссионная коробка.
Стартер/генератор S/G известного типа содержит главный синхронный генерирующий блок с главным ротором и главным статором и возбуждающий блок с якорем на роторе и катушкой индуктивности на статоре. Якорь возбуждающего блока питает главный ротор синхронного генерирующего блока через выпрямительный мост с вращающимися диодами. В режиме генерирования электрической энергии якорь синхронного генерирующего блока производит переменное напряжение в результате приведения во вращение индукционной катушки, питаемой постоянным током, поступающим от диодного моста возбуждающего блока, при этом частота произведенного переменного напряжения меняется в зависимости от скорости вращения. В режиме запуска главный ротор, питаемый от возбуждающего блока, и главный статор, питаемый переменным напряжением от внешнего источника, работают как синхронный двигатель.
Такой известный стартер/генератор является объемным агрегатом, который обычно устанавливают в специальном картере на одной стороне трансмиссионной коробки и механически соединяют с этой коробкой. Кроме электрического оборудования стартер/генератор содержит систему смазки с емкостью для масла и насос, приводимый в действие шестернями. В результате значительно увеличиваются габариты и масса, тем более, что на одной трансмиссионной коробке могут быть установлены несколько стартеров/генераторов.
Объект и сущность изобретения
Настоящее изобретение предлагает интегрирование стартера/генератора в трансмиссионную коробку газовой турбины, что позволяет существенно уменьшить объем и габариты, сохраняя при этом возможность легкого демонтажа.
Эта задача достигается при помощи узла, состоящего из трансмиссионной коробки газовой турбины и, по меньшей мере, одного стартера/генератора или S/G, механически соединенного с трансмиссионной коробкой, в котором:
- трансмиссионная коробка содержит зубчатую передачу с несколькими шестернями,
- стартер/генератор содержит генерирующий блок с ротором, образующим катушку индуктивности, и статором, образующим якорь, и возбуждающий блок со статором, образующим катушку индуктивности, и ротором, образующим якорь, соединенный с катушкой индуктивности генерирующего блока, и
- ротор генерирующего блока и ротор возбуждающего блока установлены на общем валу с шестерней, зацепляющейся с зубчатой передачей трансмиссионной коробки, по обе стороны от этой шестерни.
Такой монтаж дает существенную экономию в массе, поскольку можно отказаться от специального механического соединения с трансмиссионной коробкой, при этом упомянутая шестерня входит в состав трансмиссионной коробки после монтажа узла.
Кроме того, по сравнению с монтажом стартера/генератора на одной стороне трансмиссионной коробки за счет расположения синхронного генерирующего блока и возбуждающего блока по обе стороны от шестерни достигается существенное уменьшение габаритов и лучшая балансировка масс.
Кроме того, для трансмиссионной коробки и стартера/генератора могут использоваться одни и те же средства смазки/охлаждения.
Предпочтительно, якорь возбуждающего блока соединен с катушкой индуктивности генерирующего блока при помощи электрического соединения, проходящего через шестерню.
Предпочтительно, поскольку якорь возбуждающего блока соединен с катушкой индуктивности синхронного генерирующего блока при помощи вращающегося диодного моста, образующего выпрямитель, диоды можно установить на шестерне.
Кроме того, можно предусмотреть генератор с постоянными магнитами, содержащий ротор, установленный на общем валу.
Предпочтительно, генератор с постоянными магнитами устанавливают с той же стороны шестерни, что и возбуждающий блок, что способствует хорошей балансировке масс.
В варианте выполнения стартер/генератор S/G вместе с шестерней и валом образует модуль или модуль S/G, который может быть соединен с трансмиссионной коробкой или отсоединен от нее в результате поступательного движения.
Отсоединение модуля S/G или его соединение с трансмиссионной коробкой можно осуществлять при помощи поступательного движения параллельно или перпендикулярно оси общего вала.
Модуль S/G можно установить в корпусе, который содержит, по меньшей мере, одно отверстие, через которое шестерню можно соединить, по меньшей мере, с одной другой шестерней трансмиссионной коробки.
Предпочтительно, модуль S/G устанавливают в корпусе, который герметично соединяют с картером трансмиссионной коробки.
Модуль S/G может получать питание смазочной/охлаждающей жидкостью от контура трансмиссионной коробки.
В другом варианте выполнения трансмиссионную коробку и модуль S/G устанавливают в общий картер.
Предпочтительно, узел, образованный валом с упомянутой шестерней и роторами генерирующего блока и возбуждающего блока, можно отсоединить от трансмиссионной коробки при поступательном движении параллельно оси вала.
В каждом варианте выполнения в трансмиссионную коробку можно интегрировать, по меньшей мере, два стартера/генератора, при этом каждый стартер/генератор устанавливают на общем валу с шестерней трансмиссионной коробки.
Объектом настоящего изобретения являются также газовая турбина, оборудованная узлом, образованным трансмиссионной коробкой и, по меньшей мере, одним описанным выше стартером/генератором, а также авиационный двигатель или вспомогательная силовая установка, оборудованная такой газовой турбиной.
Объектом настоящего изобретения является также модуль стартера/генератора или модуль S/G, интегрируемый в трансмиссионную коробку газовой турбины, при этом такой модуль содержит генерирующий блок с ротором, образующим катушку индуктивности, и статором, образующим якорь, возбуждающий блок со статором, образующим катушку индуктивности, и с ротором, образующим якорь, соединенный электрически с катушкой индуктивности генерирующего блока, шестерню и вал, на котором вместе с шестерней устанавливают ротор генерирующего блока и ротор возбуждающего блока по обе стороны от шестерни.
Модуль S/G можно установить в корпусе, который содержит, по меньшей мере, одно отверстие, через которое шестерню можно соединить, по меньшей мере, с одной другой шестерней трансмиссионной коробки.
Согласно отличительному признаку модуля S/G якорь возбуждающего блока соединен с катушкой индуктивности генерирующего блока при помощи электрического соединения, проходящего через шестерню.
Согласно другому отличительному признаку модуля S/G якорь возбуждающего блока соединен с катушкой индуктивности генерирующего блока при помощи вращающегося диодного моста, при этом диоды установлены на шестерне.
Модуль может дополнительно содержать генератор с постоянными магнитами, содержащий ротор, установленный на общем валу. Предпочтительно генератор с постоянными магнитами расположен с той же стороны шестерни, что и возбуждающий блок.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - упрощенная схема газотурбинного двигателя.
Фиг.2 - общая упрощенная электрическая схема стартера/генератора.
Фиг.3 - схематичный вид интегрирования модуля S/G в трансмиссионную коробку газовой турбины согласно первому варианту выполнения изобретения.
Фиг.4 - более подробный вид в разрезе модуля S/G, показанного на фиг.3.
Фиг.5 и 6 - упрощенный схематичный вид интегрирования модуля S/G в трансмиссионную коробку согласно версии первого варианта выполнения изобретения.
Фиг.7 - более подробный вид в разрезе модуля S/G, показанного на фиг.5 и 6.
Фиг.8 - схематичный вид интегрирования модуля S/G в трансмиссионную коробку согласно другому варианту выполнения изобретения.
Подробное описание вариантов выполнения
Областью применения изобретения является область авиационных газотурбинных двигателей, таких как двигатель, схематично показанный на фиг.1, однако изобретение может также применяться для других авиационных двигателей, как правило, для вертолетных двигателей, а также для газотурбинных вспомогательных силовых установок.
Двигатель, показанный на фиг.1, содержит камеру 1 сгорания, при этом газообразные продукты сгорания, выходящие из камеры, приводят во вращение турбину 2 высокого давления и турбину 3 низкого давления. Турбина 2 соединена валом с компрессором 4 высокого давления, питающим камеру 1 сгорания сжатым воздухом, тогда как турбина 3 соединена другим валом с вентилятором 5, установленным на входе двигателя.
Трансмиссионная коробка 7 или корпус приводов агрегатов соединена при помощи устройства 9 отбора механической мощности с валом турбины и содержит систему шестерен для приведения во вращение различных агрегатов, среди которых, по меньшей мере, один (как правило, два) стартер/генератор или S/G.
На фиг.2 показана упрощенная общая электрическая схема стартера/генератора, содержащего синхронный генерирующий блок 10, возбуждающий блок 20 и генератор 30 с постоянными магнитами или PMG (от “Permanent Magnet Generator”), вращающиеся части которых или роторы являются коаксиальными и установлены на одном вращающемся валу с осью А.
Синхронный генерирующий блок 10, образующий главную машину, содержит главный ротор, образующий катушку индуктивности 12, и главный статор, образующий якорь 14. Возбуждающий блок 20 содержит ротор, образующий якорь 22, с которым соединен вращающийся диодный мост 24, образующий выпрямитель, и статор, образующий катушку индуктивности 26. Генератор 30 PMG с постоянными магнитами содержит ротор 32, на котором установлены постоянные магниты 34, и статор, образующий якорь 36.
В режиме генерирования электрической энергии катушка индуктивности 12 синхронного генерирующего блока, соединенная с выпрямителем 24, получает постоянный ток, производимый возбуждающим блоком, а переменное напряжение производится якорем 14 и передается через электропроводку 18 на шину АС 42 схемы распределения электрической энергии, такой как бортовая сеть 44 самолета или вертолета. Схема регулирования 40 или GCU (от “Generator Control Unit”) питается от PMG 30 через электропроводку 38. Через линию 46 схема 40 получает информацию о значении выходного переменного напряжения, производимого генерирующим блоком 10, и управляет постоянным током, поступающим на катушку индуктивности 26 возбуждающего блока через электропроводку 28, для регулирования амплитуды выходного напряжения по контрольному значению, причем это напряжение имеет частоту, меняющуюся в зависимости от скорости вращения вала А.
В режиме стартера схема регулирования 40 питается напряжением через линию 48 от шины АС 42 (или другого источника) для обеспечения своей работы и для питания катушки индуктивности 26 возбуждающего блока переменным током. Одновременно якорь 14 питается переменным током через электропроводку 18 от шины АС 42 (или другого источника), и работа в этом случае соответствует синхронному двигателю.
Описанный выше стартер/генератор, а также его работа и его регулирование схемой GCU сами по себе известны, при этом в режиме генерирования электрической мощности генератор PMG, возбуждающий блок и синхронный генерирующий блок образуют последовательность ступеней с усилением от одной ступени к другой. Следует отметить, что наличие PMG не требуется, если схема регулирования 40 может питаться из другого источника. Следует также отметить, что функции GCU могут быть приданы электронной схеме регулирования двигателя или ECU (от “Engine Control Unit”).
На фиг.3 и 4 показан вариант осуществления интегрирования в соответствии с настоящим изобретением модуля S/G 50 в трансмиссионную коробку газовой турбины. Трансмиссионная коробка 70 содержит картер 72, содержащий зубчатую передачу 80, и механически соединена при помощи силовой линии 90 с турбинным валом газовой турбины, такой как турбина двигателя самолета или двигателя вертолета или турбина APU.
Модуль S/G 50 содержит собственно стартер/генератор, который установлен внутри картера или корпуса 52 с шестерней 86, которая заходит между двумя шестернями 85, 87 зубчатой передачи 80, с которыми она зацепляется.
Вращающиеся части синхронного генерирующего блока 10, возбуждающего блока 20 и PMG 30, образующих стартер/генератор, установлены на валу 54 вместе с шестерней 86. Синхронный генерирующий блок 10 установлен с одной стороны шестерни 86, тогда как возбуждающий блок 20 и PMG 30 установлены с другой ее стороны для ограничения дисбаланса масс между двумя сторонами шестерни 86 и, следовательно, для ограничения длины выступающей части модуля S/G 50 на трансмиссионной коробке 70.
Вал 54 установлен в корпусе 52 на шарикоподшипниках 53а, 53b. Вал 54 может быть выполнен в виде единой детали или может состоять из нескольких частей, выровненных в линию в осевом направлении и неподвижно соединенных во вращении. В представленном примере ротор генерирующего блока вставлен между двумя трубчатыми частями вала 54. Шестерня 86 может быть выполнена в виде единой детали с валом 54 или с его частью или может быть выполнена отдельно и соединяться во вращении с валом 54, например, при помощи шлицевого соединения.
Главный ротор с обмотками катушки индуктивности 12 генерирующего блока установлен, таким образом, на валу 54, тогда как главный статор с обмотками якоря 14 закреплен на стенке внутри корпуса 52. Электропроводка 18, соединенная с якорем 14, герметично проходит через корпус 52, продолжаясь снаружи или соединяясь с соединительным блоком 55.
Аналогично ротор возбуждающего блока 20 с обмотками якоря 22 установлен на валу 54, тогда как статор возбуждающего блока с обмотками катушки индуктивности 26 закреплен внутри на корпусе 52. Вращающийся диодный мост, образующий выпрямитель, соединен, с одной стороны, с якорем 22 с той стороны шестерни 66, где находится этот якорь, и, с другой стороны, с катушкой индуктивности 12 синхронного генерирующего блока с другой стороны шестерни 66. Соединение между якорем 22 и катушкой индуктивности 12 проходит через проход 86а, выполненный в шестерне 86. Предпочтительно, диоды вращающегося моста 24 установлены на шестерне 86 в одном или нескольких углублениях 86b, выполненных на стороне шестерни 66, обращенной к возбуждающему блоку 20 или к генерирующему блоку 10. Таким образом, обеспечивается эффективное крепление диодов, позволяющее избежать их повреждения и повреждения их соединений при вращательном движении. Ток питания катушки индуктивности 26 возбуждающего блока поступает через электропроводку 28, которая соединена с соединителем 56, закрепленным на наружной поверхности корпуса 52, и герметично проходит через этот соединитель.
В представленном примере генератор PMG 30 установлен на конце вала 54, при этом возбуждающий блок 20 находится между шестерней 66 и PMG 30. Магниты 34 генератора PMG закреплены на валу 54, тогда как обмотки якоря 36 генератора PMG, находящиеся напротив магнитов 34, выполнены на детали 37, закрепленной внутри корпуса 52. Ток, производимый PMG, передается по электропроводке 38, которая, как и электропроводка 28, соединена с соединителем 56, проходя через корпус 52. Как было указано выше, от PMG можно отказаться.
Корпус 52 имеет общую цилиндрическую форму с той же осью А, что и вал 54, и содержит часть 52а, внутри которой, по существу, установлен генерирующий блок 10, часть 52с, внутри которой установлены возбуждающий блок 20 и PMG 30, и промежуточную часть 52b, соединяющую части 52а и 52с, внутри которой находится шестерня 86. На своих осевых концах корпус 52 герметично закрыт крышками.
Стенка промежуточной части 52b содержит отверстия или проемы 57а, 57b, которые выполнены в противоположных зонах этой стенки и через которые шестерня 86 может зацепляться с шестернями 85 и 87. Когда модуль 50 установлен в трансмиссионной коробке (фиг.4), части 52а и 52с корпуса 52 выступают наружу, начиная от наружных сторон противоположных боковых стенок 74, 76 картера 72 трансмиссионной коробки 70.
В примере, показанном на фиг.3 и 4, модуль 50 может быть извлечен из трансмиссионной коробки 70 с одновременным отсоединением шестерни 86 от шестерен 85 и 87 или может быть уставлен в трансмиссионную коробку 70 с одновременным соединением шестерни 86 с шестернями 85 и 87 путем поступательного движения, параллельного оси А. На фиг.3 модуль 50 показан частично извлеченным из трансмиссионной коробки 70.
Извлечение (отсоединение) модуля 50 или его интегрирование (соединение) в этом примере осуществляют со стороны стенки 74, где находится часть 52а корпуса 52. Во время движения отсоединения или соединения часть 52 с корпуса 52 проходит через круглые коаксиальные отверстия 74а, 76а, выполненные в стенках 74 и 76, и между шестернями 85 и 87, тогда как промежуточная часть 52b корпуса 52 проходит через отверстие 74а. Соответственно выбирают размеры частей 52b, 52с, отверстий 74а, 76а и расстояние между шестернями 85, 86. Часть 52а содержит наружный фланец 58 вблизи своего соединения с промежуточной частью 52b, который ограничивает движение соединения корпуса за счет упора в стенку 74 картера 72, причем это упорное положение совпадает с соединением шестерни 86 с шестернями 85 и 87.
Корпус 52 закреплен на картере 72, например, болтовым соединением фланца 58 на стенке 74. Разумеется, можно предусмотреть и другие способы крепления, например варианты быстрого крепления известного типа при помощи упругодеформирующихся органов стопорения.
По существу, на уровне соединений между частями 52а и 52b и между частями 52b и 52с наружная стенка корпуса заходит в отверстия 74а и 76а с установкой соответствующих уплотнительных прокладок 74b, 76b. Таким образом, реализуют герметичный монтаж модуля S/G 50 на трансмиссионной коробке 70, при этом проемы 57а, 57b открываются только внутрь картера 72, когда модуль 50 вставляют в трансмиссионную коробку.
В приливе 52d корпуса 52 выполнен канал 59 питания модуля S/G 50 охлаждающей и смазочной жидкостью, который открывается на поверхности фланца 58, обращенной к стенке 74, соединяясь с трубопроводом 78, соединенным с контуром охлаждения и смазки трансмиссионной коробки 70. Герметичное соединение между каналом 59 и трубопроводом 78 обеспечивается штуцером 79, проходящим через стенку 74. Канал 59 соединен с контуром 14а охлаждения якоря 14 генерирующего блока 10 и, кроме того, соединен с жиклерами (не показаны), обеспечивающими, в частности, смазку подшипников 53а, 53b и создающими масляный туман внутри корпуса 52. Охлаждающая и смазочная жидкость собирается в картер 72 через отверстие 57а (стрелки f) и затем возобновляет циркуляцию через контур охлаждения и смазки трансмиссионной коробки. Внутренний объем части 52с корпуса 52 изолирован от остальной части корпуса за счет установки подшипника 53b, по существу, на уровне соединения между частями 52b и 52с, при этом в опоре подшипника 53b выполнены каналы для циркуляции жидкости в часть 52с корпуса и за ее пределы.
Хотя выше был описан корпус 52 в основном цилиндрической формы с круглыми отверстиями 74а, 76а, можно предусмотреть и другие формы корпуса, при этом соответственно выбирают формы отверстий.
Кроме того, несмотря на то что было представлено интегрирование только одного модуля S/G 50, в трансмиссионную коробку 70 можно интегрировать несколько таких модулей, как правило, два модуля на разных уровнях зубчатой передачи.
На фиг.5-7 показан вариант осуществления интегрирования в соответствии с настоящим изобретением модуля в трансмиссионную коробку газовой турбины.
Этот вариант осуществления отличается от варианта, показанного на фиг.3 и 4, в основном тем, что модуль S/G 150 вставляют в трансмиссионную коробку 70 с одного ее конца и его можно соединить с коробкой или отсоединить от нее путем поступательного движения, перпендикулярного оси А модуля S/G.
Элементы, общие с фиг.3 и 4, с одной стороны, и с фиг.5-7, с другой стороны, обозначены одинаковыми позициями.
Модуль S/G 150 отличается от модуля S/G 50 выполнением корпуса 152 модуля, при этом другие составные части модуля 150, в основном генерирующий блок 10, возбуждающий блок 20, PMG 30 и шестерня 86, установленная на общем валу 54, подобны составным частям модуля 50.
Корпус 152 имеет общую цилиндрическую форму и в своей центральной части содержит трубчатую соединительную часть 152d, которая выполнена за одно с корпусом 152 и ограничивает отверстие 153. Отверстие 153 расположено в плоскости и охвачено наружным фланцем 158.
Корпус 152 соединяется с картером 72 трансмиссионной коробки на конце этого картера, где выполнено отверстие 73, имеющее форму, соответствующую отверстию 153. Соединение между корпусом 152 и картером 72 осуществляют, например, при помощи болтового соединения фланца 158 на аналогичном фланце 73а картера 72, охватывающем отверстие 73. Уплотнительная прокладка 73b между фланцами 173 и 73 обеспечивает герметичный монтаж модуля S/G 150 на трансмиссионной коробке 70. Можно использовать и другие средства соединения, такие как известные средства быстрого соединения со стопорением при помощи упругодеформирующихся элементов. Несмотря на то что показанные отверстия 153 и 73 имеют прямоугольную форму, можно предусмотреть и другие формы. Кроме того, поверхность соединения между корпусом 152 и картером 72 может быть как плоской, так и не плоской.
Интегрирование или соединение модуля S/G 150 с трансмиссионной коробкой 70 и его извлечение или отсоединение от трансмиссионной коробки осуществляют путем поступательного движения перпендикулярно оси А. Шестерня 86 зацепляется с шестерней 87 зубчатой передачи трансмиссионной коробки через отверстия 73 и 153.
Канал 159 питания модуля S/G 150 охлаждающей и смазочной жидкостью выполнен в приливе соединительной части 152d и открывается на поверхности фланца 158, обращенной к фланцу 73а. Канал 159 соединен с трубопроводом 178, соединенным с контуром охлаждения и смазки трансмиссионной коробки 70. Соединение между каналом 159 и трубопроводом 178 реализуют при помощи штуцера 179, проходящего через фланцы 158 и 73а.
Циркуляцию охлаждающей и смазочной жидкости обеспечивают, как было описано выше в связи с модулем S/G 50, с возвратом в картер 72 трансмиссионной коробки через отверстия 173 и 73.
Хотя описанный корпус 152 имеет общую цилиндрическую форму, возможны и другие формы, тем более что не существует напряжения при введении корпуса через отверстия картера 72 и между двумя шестернями в зубчатой передаче трансмиссионной коробки.
Кроме того, в трансмиссионную коробку с другого ее конца можно вставить второй модуль S/G 150. В одну и ту же трансмиссионную коробку можно также интегрировать корпус S/G 50 и корпус S/G 150.
На фиг.8 показан другой вариант осуществления интегрирования в соответствии с настоящим изобретением стартера/генератора в трансмиссионную коробку газовой турбины. Для общих элементов используются те же цифровые позиции, что и для варианта выполнения, показанного на фиг.4. Трансмиссионная коробка 70 содержит картер 72, содержащий зубчатую передачу 80, и механически соединена с турбинным валом газовой турбины, такой как турбина двигателя самолета или вертолета или турбина вспомогательной силовой установки (АРU).
Стартер/генератор устанавливают на шестерню 86 зубчатой передачи трансмиссионной коробки, при этом шестерня 86 заходит между шестернями 85 и 87. Точно так же на другую шестерню можно установить дополнительный стартер/генератор. Вращающиеся части генерирующего блока 10, возбуждающего блока 20 и PMG 30 установлены на общем валу 54 с шестерней 86, которая образует, например, единую деталь с этим валом. Вал 54 установлен в картере 72 на шарикоподшипниках 53а, 53b.
Синхронный генерирующий блок 10 установлен с одной стороны шестерни 86, тогда как возбуждающий блок 20 и PMG 30 установлены с другой стороны.
Главный ротор с обмотками катушки индуктивности 12 генерирующего блока установлен на валу 54, тогда как главный статор с обмотками якоря 14 закреплен на картере 72. Электропроводка 18, соединенная с якорем 14, герметично проходит через картер 72 и продолжена наружу или соединена с соединительным блоком 55.
Аналогично ротор возбуждающего блока 20 с обмотками якоря 22 установлен на валу 54, тогда как статор возбуждающего блока с обмотками катушки индуктивности 26 закреплен на картере 72. Вращающийся диодный мост 24, образующий выпрямитель, соединен, с одной стороны, с якорем 22 с той стороны шестерни 54, где находится этот якорь, и, с другой стороны, соединен с катушкой индуктивности 12 синхронного генерирующего блока с другой стороны шестерни 86, проходя через проход 86а, выполненный в шестерне. Предпочтительно, диоды вращающегося моста 24 установлены в гнездах 86b, выполненных на стороне шестерни 86, обращенной к генерирующему блоку 20, и обеспечивающих прочное крепление диодов, чтобы избежать их повреждения, а также повреждения их соединений при вращательном движении. Ток питания катушки индуктивности 26 возбуждающего блока подается через электропроводку 28, которая соединена с соединителем 56, закрепленным на наружной поверхности картера 72, герметично проходя через картер.
В представленном примере генератор PMG установлен в осевом углублении 60, выполненном на конце вала 54. Магниты 34 генератора PMG закреплены на цилиндрической внутренней поверхности углубления 60, тогда как обмотки якоря 36 генератора PMG, находящиеся напротив магнитов, выполнены на осевом стержне 68, закрепленном на картере 72. Такой монтаж PMG позволяет уменьшить осевой размер стартера/генератора и способствует, таким образом, обеспечению компактности всего узла, при этом ротор и статор возбуждающего блока охватывают генератор PMG. В варианте можно установить PMG со смещением в осевом направлении по отношению к генерирующему блоку и с креплением магнитов на периферии вала 54, которые оказываются охваченными якорем генератора PMG, закрепленным на картере 72. Ток, производимый якорем 36, передается по электропроводке 38, которая, как и электропроводка 28, соединена с соединителем 56, герметично проходя через картер 72.
Узел, образованный валом 54 с шестерней 86, ротором возбуждающего блока 20, ротором PMG 30 и главным ротором синхронного генерирующего блока 10, можно демонтировать путем извлечения из трансмиссионной коробки при поступательном движении параллельно оси вала 54. В представленном примере его извлечение можно осуществить со стороны синхронного генерирующего блока 10. В этом случае для упрощения его извлечения желательно, чтобы наружный диаметр ротора возбуждающего блока 20 был меньше минимального расстояния между зубьями шестерен, которые зацепляются с шестерней 86 (или, что, по существу, эквивалентно, меньше диаметра шестерни 86 на уровне промежутков между зубьями). Точно так же, желательно, чтобы диаметр шестерни 86 на уровне вершины зубьев был меньше внутреннего диаметра статора синхронного генерирующего блока 10.
Интегрирование стартера/генератора в трансмиссионную коробку с общим картером 72 согласно варианту выполнения, показанному на фиг.8, позволяет не только уменьшить габариты и массу, но также позволяет использовать для стартера/генератора средства охлаждения и смазки трансмиссионной коробки, при этом охлаждение и смазку обычно осуществляют путем создания несколькими жиклерами масляного тумана внутри картера.
Интегрирование согласно изобретению одного или нескольких стартеров/генераторов в трансмиссионную коробку газовой турбины обеспечивает уменьшение габаритов и массы, позволяет разделить ресурсы для охлаждения и смазки между стартером/генератором и трансмиссионной коробкой, обеспечивая при этом возможность легкого демонтажа. В варианте выполнения, показанном на фиг.3-7, демонтаж и монтаж модуля S/G можно производить очень быстро и легко, поэтому в случае авиационного двигателя возможно извлечение модуля S/G и его замены при помощи быстрой операции под крылом самолета.
1. Узел, содержащий трансмиссионную коробку газовой турбины и, по меньшей мере, один стартер/генератор, механически соединенный с трансмиссионной коробкой, в котором трансмиссионная коробка содержит зубчатую передачу с несколькими шестернями, стартер/генератор содержит генерирующий блок с ротором, образующим катушку индуктивности, и статором, образующим якорь, и возбуждающий блок со статором, образующим катушку индуктивности, и ротором, образующим якорь, соединенный с катушкой индуктивности генерирующего блока, и ротор генерирующего блока и ротор возбуждающего блока установлены на общем валу с шестерней, зацепляющейся с зубчатой передачей трансмиссионной коробки, по обе стороны от этой шестерни.
2. Узел по п.1, в котором якорь возбуждающего блока соединен с катушкой индуктивности генерирующего блока при помощи электрического соединения, проходящего через упомянутую шестерню.
3. Узел по п.1, в котором якорь возбуждающего блока соединен с катушкой индуктивности генерирующего блока при помощи вращающегося диодного моста, при этом диоды установлены на упомянутой шестерне.
4. Узел по п.1, дополнительно содержащий генератор с постоянными магнитами, содержащий ротор, на котором установлены постоянные магниты, и статор, образующий якорь, при этом ротор генератора с постоянными магнитами установлен на упомянутом общем валу.
5. Узел по п.4, в котором генератор с постоянными магнитами установлен с той же стороны упомянутой шестерни, что и возбуждающий блок.
6. Узел по п.1, в котором стартер/генератор вместе с упомянутой шестерней и валом образует модуль, который может быть соединен с трансмиссионной коробкой или отсоединен от нее при поступательном движении.
7. Узел по п.6, в котором соединение или отсоединение модуля от трансмиссионной коробки осуществляют параллельно оси общего вала.
8. Узел по п.6, в котором соединение или отсоединение модуля от трансмиссионной коробки осуществляют перпендикулярно к оси общего вала.
9. Узел по п.6, в котором модуль установлен в корпусе, который содержит, по меньшей мере, одно отверстие, через которое упомянутую шестерню можно соединить, по меньшей мере, с одной шестерней трансмиссионной коробки.
10. Узел по п.6, в котором модуль устанавливают в корпусе, который герметично соединяют с картером трансмиссионной коробки.
11. Узел по п.6, в котором модуль снабжается смазочной/охлаждающей жидкостью от контура трансмиссионной коробки.
12. Узел по п.1, в котором трансмиссионную коробку и стартер/генератор устанавливают в общий картер.
13. Узел по п.12, в котором узел, образованный валом с упомянутой шестерней и роторами генерирующего блока и возбуждающего блока, можно отсоединить от трансмиссионной коробки при поступательном движении параллельно оси вала.
14. Узел по п.1, содержащий, по меньшей мере, два стартера/генератора, при этом каждый из них устанавливают на общем валу с шестерней трансмиссионной коробки.
15. Газовая турбина, содержащая трансмиссионную коробку, механически соединенную с валом турбины, и, по меньшей мере, один стартер/генератор, в которой трансмиссионная коробка и стартер/генератор образуют узел по любому из пп.1-14.
16. Газотурбинный авиационный двигатель, содержащий турбину по п.15.
17. Газотурбинная вспомогательная силовая установка, содержащая турбину по п.15.
18. Модуль стартера/генератора, интегрируемый в трансмиссионную коробку газовой турбины, содержащий генерирующий блок с ротором, образующим катушку индуктивности, и статором, образующим якорь, возбуждающий блок со статором, образующим катушку индуктивности, и с ротором, образующим якорь, соединенный с катушкой индуктивности генерирующего блока, шестерню и вал, на котором вместе с шестерней устанавливают ротор генерирующего блока и ротор возбуждающего блока по обе стороны от шестерни.
19. Модуль по п.18, при этом модуль установлен в корпусе, который содержит, по меньшей мере, одно отверстие, через которое шестерню можно соединить, по меньшей мере, с одной шестерней трансмиссионной коробки.
20. Модуль по п.18, в котором якорь возбуждающего блока соединен с катушкой индуктивности генерирующего блока при помощи электрического соединения, проходящего через упомянутую шестерню.
21. Модуль по п.18, в котором якорь возбуждающего блока соединен с катушкой индуктивности генерирующего блока при помощи вращающегося диодного моста, при этом диоды установлены на упомянутой шестерне.
22. Модуль по любому из пп.18-21, дополнительно содержащий генератор с постоянными магнитами, содержащий ротор, установленный на общем валу.
23. Модуль по п.22, отличающийся тем, что генератор с постоянными магнитами расположен с той же стороны шестерни, что и возбуждающий блок.
