Система герметизации задней смазочной камеры турбореактивного двигателя
Турбореактивный двигатель включает в себя вал, приводимый во вращение турбиной (12) низкого давления. Задняя часть вала опирается на подшипник качения (20), расположенный внутри смазочной камеры (24), в которой постоянно поддерживается масляный туман. Смазочная камера (24), окружающая подшипник качения, содержит внутреннюю вращающуюся часть, связанную с валом, и наружную неподвижную часть, которые отделены одна от другой посредством первого кольцевого герметичного уплотнения (40). Смазочная камера (24) содержит рекуперативную камеру (26), находящуюся под избыточным давлением, располагаемую снаружи указанного выше герметичного уплотнения и состоящую, в свою очередь, из двух частей: неподвижной части и подвижной части, отделенных одна от другой посредством первого герметичного уплотнения. Турбина (12) низкого давления расположена коаксиально поверх вала (14) и снаружи него. Подшипник качения расположен между валом и турбиной. Рекуперативная камера (26) является единственной и содержит второе герметичное уплотнение (48), расположенное радиально и снаружи первого герметичного уплотнения. Второе уплотнение (48) располагается на выходе ротора турбины. Достигается упрощение конструкции за счет наличия только одной рекуперативной камеры и повышение эффективности за счет предотвращения любых утечек масла в направлении внутренней части ротора турбины. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение касается турбореактивного двигателя и, более конкретно, имеет отношение к смазке одного или нескольких подшипников качения, расположенных в задней смазочной камере, располагаемой между турбиной низкого давления и валом, приводимым во вращение указанной турбиной.
В классической конструкции турбореактивного двигателя смазку подшипника качения, служащего опорой вала, приводимого во вращение турбиной низкого давления, производят за счет создания и поддержания в смазочной камере масляного тумана, который в рассматриваемом случае будет окружать и смазывать указанный подшипник качения. Указанная смазочная камера, ввиду того, что она располагается между неподвижной частью, обычно называемой выхлопным картером, и вращающейся частью, представленной выходным концом вала, должна быть обязательно снабжена первым вращающимся герметичным уплотнением.
В представленном ниже описании изобретения термины “входной” и “выходной” будут использоваться для обозначения взаимного расположения структурных элементов, одних по отношению к другим, исходя из направления истечения газов в турбореактивном двигателе.
Что касается смазочной камеры, то она в радиальном направлении окружена снаружи несколькими рекуперативными камерами (количество которых обычно равно двум), предназначенными для предотвращения возможных утечек масла, скапливающегося в других частях двигателя, в частности в роторе турбины низкого давления.
Следует отметить, что первое герметичное уплотнение чаще всего бывает лабиринтным, причем указанное уплотнение обеспечивает связь между неподвижной и подвижной частями смазочной камеры. При этом смазочная камера располагается внутри первой рекуперативной камеры, подвижная часть которой сама, в свою очередь, уплотнена двумя герметичными уплотнениями лабиринтного типа, а именно указанным выше первым герметичным уплотнением и вторым герметичным уплотнением, установленным между вращающейся частью первой рекуперативной камеры и неподвижной частью второй рекуперативной камеры, окружающей указанную выше первую камеру. Третье герметичное уплотнение установлено между валом и неподвижной частью указанной выше второй рекуперативной камеры.
В первой рекуперативной камере создается избыточное давление с помощью воздуха, подаваемого с входа двигателя. За счет создания в первой рекуперативной камере указанного избыточного давления удается поддерживать в смазочной камере и указанной выше первой рекуперативной камере постоянную разницу давлений, что позволяет, в свою очередь, предотвратить утечки масла в направлении вышеуказанной первой рекуперативной камеры.
При появлении утечек через указанное выше первое герметичное уплотнение масло скапливается в указанной выше первой рекуперативной камере и удаляется из низкой части последней.
При появлении значительных по объему утечек масло преодолевает уплотнение, отделяющее первую рекуперативную камеру от второй, и начинает скапливаться в указанной выше второй рекуперативной камере. Масло собирается затем в другом коллекторе, расположенном в наиболее низкой по уровню части указанной выше второй рекуперативной камеры.
Подобная конструкция, предусматривающая наличие двух рекуперативных камер, хорошо известна специалистам, но сложна и дорога в изготовлении (так как предусматривает наличие трех вращающихся герметичных уплотнений и двух рекуперативных камер), и кроме того, отличается повышенной массой двигателя.
Кроме того, в некоторых экстремальных случаях не исключается возможность утечки масла через уплотнение, отделяющее вторую рекуперативную камеру от задней части вала, в точке, расположенной внутри сердечника ротора. В указанном случае масло будет собираться (без возможности его удаления) в пространстве между дисками ротора, что сопряжено с риском возникновения эффекта “масляного дисбаланса”, приводящего к разбалансировке ротора.
Предлагаемое изобретение позволяет устранить все указанные выше недостатки. Изобретение предлагает конструкцию, которая одновременно является и более простой, так как в ее состав входит только одна рекуперативная камера, и более эффективной, так как она разработана с возможностью предотвращения любых утечек масла в направлении внутренней части ротора турбины.
Более конкретно, предлагаемое изобретение касается турбореактивного двигателя, включающего в себя вал, приводимый во вращение турбиной, коаксиально расположенной поверх указанного вала и снаружи его, причем задняя часть указанного вала опирается на подшипник качения, расположенный внутри смазочной камеры, в которой постоянно поддерживается масляный туман, а указанная смазочная камера содержит внутреннюю вращающуюся часть, связанную с валом, и наружную неподвижную часть, которые отделены одна от другой посредством первого кольцевого герметичного уплотнения, и рекуперативную камеру, находящуюся под избыточным давлением, располагаемую снаружи указанного выше герметичного уплотнения и состоящую, в свою очередь, из двух частей: неподвижной части и подвижной части, отделенных одна от другой посредством первого герметичного уплотнения, отличающегося тем, что указанная рекуперативная камера является единственной и содержит второе герметичное уплотнение, расположенное радиально и снаружи по отношению к указанному выше первому герметичному уплотнению, причем указанное выше второе герметичное уплотнение располагается на выходе ротора указанной выше турбины.
Предлагаемое изобретение станет более понятным, а его преимущества станут более очевидными после ознакомления с приведенным ниже, в соответствии с принципом рассматриваемого изобретения, описанием турбореактивного двигателя, данным в качестве одного из возможных примеров, сопровождаемых прилагаемым чертежом, изображающим частичный разрез половины детали задней части турбореактивного двигателя.
На указанном чертеже представлена задняя часть турбореактивного двигателя, в частности турбина низкого давления 12 и вал 14, расположенный вдоль оси Х, который указанная турбина приводит во вращение. За этими коаксиально расположенными элементами на чертеже представлены основные элементы выхлопного картера 16, внутри которого располагаются наряду с другими конструкционными элементами также и средства дренажа и рекуперации масла 17, 18.
Между валом 14 и турбиной 12 располагается задний подшипник качения 20 вала 14, неподвижная часть которого опирается на стенку 22 выхлопного картера 16. Смазочная камера 24 окружает указанный подшипник качения 20. Одна единственная рекуперативная камера 26 окружает собой в радиальном направлении смазочную камеру 24.
В состав турбины входит ротор 28, оснащенный множеством дисков 29, 30, установленных вдоль одной общей оси, каждый из которых имеет (в той своей части, которая наиболее близко расположена к валу) утолщение 29а, 30а.
Смазочная камера 24 располагается между задним концом вала 14 и стенкой 22 выхлопного картера. Опора 32 имеет явно выраженную коническую форму и проходит в пространстве между стенкой картера 22 и неподвижной частью подшипника качения. В указанной опоре предусмотрены отверстия 31, предназначенные для распространения масляного тумана по всему объему смазочной камеры, то есть по обе стороны подшипника качения.
Элемент неподвижной стенки 36 имеет явно выраженную цилиндрическую форму, начинается с указанной выше опоры 32 и проходит в сторону передней части турбины. Элемент вращающейся стенки 38 также имеет явно выраженную цилиндрическую форму, выступает за заднюю часть вала и проходит в сторону задней части турбины в направлении элемента неподвижной стенки 36. Указанный элемент располагается почти в радиальном направлении внутри элемента неподвижной стенки 36. Оба конца этих элементов стенки перекрывают друг друга, причем первое герметичное вращающееся уплотнение 40 располагается между этими концами. Указанное уплотнение может относиться к классическому лабиринтному типу. Предпочтительно же использовать в рассматриваемом случае щеточное уплотнение из углеродистого материала, которое гарантирует наилучшее уплотнение.
Элемент подвижной стенки 44, имеющий абсолютно коническую форму, расширяется в направлении от передней части турбины к задней части последней и проходит, начиная с конца вала 14, в сторону наружной части ротора, и коаксиально последнему, вплоть до точки, расположенной за последним диском 30 указанного выше ротора. Элемент подвижной конической стенки 44 проходит в радиальном направлении почти на такое же расстояние, как и расстояние, на котором находится утолщение 30а последнего диска турбины.
Элемент неподвижной стенки 46, жестко соединенный с картером 16, проходит в направлении передней части турбины в сторону элемента подвижной стенки 44. Оба конца указанных элементов стенки перекрывают друг друга (в рассматриваемом случае элемент неподвижной стенки располагается в радиальном направлении снаружи элемента подвижной стенки), а второе вращающееся герметичное уплотнение 48 располагается между двумя указанными концами. Указанное уплотнение может относиться к классическому лабиринтному типу.
Другими словами, можно сказать, что в соответствии с существенным признаком изобретения, указанное выше второе герметичное уплотнение 48 располагается на выходе ротора турбины.
Таким образом, единственная рекуперативная камера 26 располагается между элементами неподвижных 32, 36 и подвижных стенок 38, 44, причем ее уплотнение осуществляется посредством двух указанных выше уплотнений 40, 48.
В наиболее низкой по уровню части смазочной камеры 24 предусмотрено наличие выпускного отверстия 50, а в наиболее низкой по уровню части рекуперативной камеры 26 - выпускное отверстие 52 для удаления масла. Оба потока соединяются в картере. Как это видно из представленного чертежа, выпускное отверстие 50 указанной выше рекуперативной камеры располагается в радиальном направлении на расстоянии, превышающем расстояние, на котором располагается второе герметичное уплотнение. Возможно подключение к указанному отверстию насоса.
Воздух, поступающий с входа турбины, проникает по каналам 56 в рекуперативную камеру с целью создания в ней давления, избыточного по сравнению с давлением в смазочной камере 24. Второе герметичное уплотнение располагается в радиальном направлении снаружи первого герметичного уплотнения. Второе герметичное уплотнение 48 располагается в радиальном направлении на расстоянии, превышающем расстояние, на котором располагается отверстие 57 в утолщении 30а диска, расположенного ближе всего к выходной части указанной турбины.
В случае попадания масла в рекуперативную камеру 26 последнее собирается в нем в пространстве, расположенном под вторым герметичным уплотнением 48, а затем удаляется из низкой части указанной камеры через выпускное отверстие 52. В том случае, если часть масла вытечет из указанной выше рекуперативной камеры через указанное выше второе герметичное уплотнение 48, расположение указанного уплотнения в радиальном направлении на расстоянии, превышающем расстояние, на котором находится отверстие 57 последнего диска турбины, позволяет избежать любого попадания масла в ротор. Вытекшее из рекуперативной камеры масло будет выводиться через трубу, отводящую масло из турбины низкого давления.
1. Турбореактивный двигатель, включающий в себя вал, приводимый во вращение турбиной (12) низкого давления, причем задняя часть указанного вала опирается на подшипник качения (20), расположенный внутри смазочной камеры (24), в которой постоянно поддерживается масляный туман, причем указанная смазочная камера (24), окружающая подшипник качения, содержит внутреннюю вращающуюся часть, связанную с валом, и наружную неподвижную часть, которые отделены одна от другой посредством первого кольцевого герметичного уплотнения (40), и рекуперативную камеру (26), находящуюся под избыточным давлением, располагаемую снаружи указанного выше герметичного уплотнения и состоящую, в свою очередь, из двух частей: неподвижной части и подвижной части, отделенных одна от другой посредством первого герметичного уплотнения, отличающийся тем, что турбина (12) низкого давления расположена коаксиально поверх указанного вала (14) и снаружи него, указанный подшипник качения расположен между указанным валом и указанной турбиной, указанная рекуперативная камера (26) является единственной и содержит второе герметичное уплотнение (48), расположенное радиально и снаружи по отношению к указанному выше первому герметичному уплотнению, а вышеуказанное второе герметичное уплотнение (48) располагается на выходе ротора указанной выше турбины.
2. Турбореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что указанная турбина содержит ротор, снабженный множеством дисков (29, 30), установленных вдоль одной общей оси, каждый из которых имеет в той своей части, которая наиболее близко расположена к валу, утолщение (29а, 30а), при этом указанное выше второе герметичное уплотнение (48) располагается в радиальном направлении на расстоянии, превышающем расстояние, на котором располагается отверстие (57) в утолщении (30а) диска, расположенного ближе всего к выходу с указанной турбины.
3. Турбореактивный двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в наиболее низкой по уровню части вышеуказанной рекуперативной камеры (26) предусмотрено наличие выпускного отверстия для удаления масла (52).
