Устройство привода ротора вспомогательного агрегата газотурбинного двигателя, опора агрегатов для газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель
Устройство привода ротора вспомогательного агрегата, установленное на опоре агрегатов газотурбинного двигателя, содержащей средства привода вала ротора, включает трубчатый вал, вращаемый упомянутыми средствами и поддерживаемый первым и вторым опорными подшипниками, неподвижно соединенными с опорой агрегатов. Вал ротора установлен коаксиально с трубчатым валом, а между валом ротора и трубчатым валом выполнено средство сцепления во вращении. Вал ротора поддерживается третьим опорным подшипником, неподвижно соединенным с опорой агрегатов. Первый и второй опорные подшипники имеют размер, меньший чем размер третьего опорного подшипника. Другое изобретение группы относится к опоре агрегатов газотурбинного двигателя, содержащей зубчатые передачи, вращающие указанное выше устройство привода. Еще одно изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему вал и средства отбора мощности на валу, вращающие зубчатые передачи указанной выше опоры агрегатов. Изобретения позволяют повысить надежность устройства привода ротора вспомогательного агрегата. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей и касается привода вспомогательного агрегата, в частности генератора электрического тока, установленного на опоре агрегатов.
Газотурбинный двигатель содержит опору вспомогательных агрегатов, называемую коробкой агрегатов и трансмиссии, таких как генераторы переменного тока, топливные и масляные насосы, стартер, а также различные другие агрегаты. Они приводятся в движение механически валом газотурбинного двигателя, как правило, валом корпуса высокого давления в случае двухконтурного газотурбинного двигателя.
В газотурбинном двигателе из числа указанных агрегатов можно выделить, по меньшей мере, два генератора переменного тока, один из которых обеспечивает электрической энергией летательный аппарат, приводимый в движение турбореактивным двигателем, а другой производит электрический ток, необходимый для работы самого газотурбинного двигателя и является меньшим по размерам. Этот последний генератор переменного тока, как правило, является электрической динамомашиной или генератором переменного тока с постоянными магнитами, называемым специалистами РМА, что является сокращением от «Permanent Magnet Alternator». В дальнейшем описании будем называть его генератором переменного тока. В частности, генератор переменного тока производит электрическую энергию, необходимую для работы устройства управления и регулирования газотурбинного двигателя, называемого FADEC (сокращение от английского выражения «Full Authority Digital Engine Control», которым специалисты обычно его называют и которое переводится как «полностью автономный электронно-цифровой контроллер двигателя»).
Ротор генератора переменного тока вращается с очень высокой скоростью, как правило от 18000 до 30000 оборотов в минуту. В настоящее время мало изучены нагрузки (механические, электромеханические и т.д.), которым подвергается генератор переменного тока во время работы. Кроме того, в целях технического обслуживания этот генератор переменного тока часто демонтируют, затем опять устанавливают на место. Для этого сначала на вал коробки агрегатов устанавливают ротор, затем вокруг ротора на коробке агрегатов при помощи болтов крепят статор.
На фиг.1 показано устройство привода ротора генератора переменного тока из предшествующего уровня техники, при этом ротор генератора переменного тока содержит вал 1, содержащий концевой участок 2, на котором устанавливают элементы индукционной катушки (не показаны), вращающейся внутри не показанного на чертеже статора (якорь) генератора переменного тока. Этот вал 1 приводится во вращение зубчатой передачей 3 коробки агрегатов и трансмиссии, которая, в свою очередь, вращается непосредственно или опосредованно от вала отбора мощности турбореактивного двигателя. Кроме того, этот вал 1 установлен на двух опорных подшипниках 4, 5, неподвижно соединенных с неподвижной конструкцией коробки агрегатов и трансмиссии. Статор генератора переменного тока крепят на конструкции таким образом, чтобы его можно было демонтировать независимо от ротора. Таким образом, ротор устанавливают в статоре консольно.
Опорные подшипники вала ротора имеют небольшие размеры, так как при отсутствии нагрузок, возникающих при работе генератора переменного тока (при качественной балансировке), вращающиеся элементы (шарики или ролики) подшипника большого размера будут стремиться не к вращению на соответствующих кольцах подшипника, а к скольжению по этим кольцам за счет инерции этих органов, если они имеют большие размеры; из-за такого проскальзывания подшипники могут изнашиваться и разрушаться тем быстрее, чем хуже происходит циркуляция смазки. Подшипники меньших размеров подвергаются более высоким относительным нагрузкам и меньше подвержены проскальзыванию, если генератор переменного тока хорошо сбалансирован и подвергается слабым нагрузкам.
Вместе с тем, поскольку генератор переменного тока часто демонтируют и затем опять устанавливают на место при техническом обслуживании, неточности монтажа могут привести к значительным нагрузкам от дисбаланса при высоких скоростях на валу установленного консольно ротора генератора переменного тока. К этим нагрузкам может добавляться магнитный дисбаланс генератора переменного тока. В силу небольших размеров и слабой устойчивости к нагрузкам в данном случае также может произойти повреждение этих опорных подшипников, особенно при плохой циркуляции масла между генератором переменного тока и коробкой агрегатов. Кроме того, нагрузки, толчки и дисбаланс передаются на шестерни коробки агрегатов через зубчатую передачу 3 коробки агрегатов, что является крайне нежелательным.
В результате возникает тупиковая ситуация в определении размеров опорных подшипников вала ротора генератора переменного тока: если они имеют большие размеры, то могут быть повреждены из-за проскальзывания при нормальной работе и хорошей линейной балансировке генератора переменного тока, если они имеют небольшие размеры, то может произойти их поломка из-за больших непредвиденных (и неизученных) нагрузок, причем эти нагрузки передаются к тому же на шестерни коробки агрегатов.
В патенте GB 2055118 описан газотурбинный двигатель, содержащий вал, средства отбора движения на валу, приводящие зубчатые передачи опоры агрегатов, которые, в свою очередь, приводят в движение устройство привода ротора вспомогательного оборудования.
В патенте ЕР 0200178 описано устройство привода ротора вспомогательного оборудования, установленного на опоре агрегатов газотурбинного двигателя, содержащего средства привода вала ротора, содержащего трубчатый вал, приводимый в движение одним из вышеуказанных средств и поддерживаемый первым и вторым опорными подшипниками, неподвижно соединенными с опорой агрегатов, причем вал ротора является соосным с трубчатым валом и средство сцепления во вращении установлено между валом ротора и трубчатым валом, причем вал ротора поддерживается третьим опорным подшипником, жестко соединенным с опорой агрегатов, причем первый, второй и третий подшипники имеют одинаковый размер.
Для разрешения проблем, присущих устройствам из известного уровня техники, возникла идея изменения опорных подшипников, а именно двух опор с роликовыми подшипниками качения или с одним роликовым подшипником и одним шариковым подшипником в одной конфигурации или в обратной конфигурации. Ни одна из этих комбинаций не привела к удовлетворительным результатам.
В настоящем изобретении предложено устройство привода ротора генератора переменного тока и в целом вспомогательного агрегата, которое позволяет избежать или, по меньшей мере, снизить передачу механических нагрузок от генератора переменного тока на опорные подшипники вала ротора и на зубчатую передачу коробки агрегатов.
В этой связи объектом настоящего изобретения является устройство привода ротора вспомогательного агрегата, установленное на опоре агрегатов газотурбинного двигателя, которое содержит средства привода вала ротора, отличающееся тем, что содержит трубчатый вал, вращаемый упомянутыми средствами и установленный на первом и втором опорных подшипниках, неподвижно соединенных с опорой агрегатов, при этом вал ротора установлен коаксиально по отношению к трубчатому валу, и между валом ротора и трубчатым валом выполнено средство сцепления во вращении.
Под средством сцепления во вращении следует понимать средство сцепления или соединения, которое воздействует на вал ротора только тангенциальными силами, то есть перпендикулярными к его оси вращения. Таким образом, вал ротора соединяется с трубчатым валом по существу коаксиально и приводится во вращение этим трубчатым валом. Речь идет, например, о шлицевом соединении или о дополняющих друг друга профилях (например, призматический вал), о шпоночном соединении или любом другом средстве тангенциального соединения. Такое средство сцепления во вращении обеспечивает определенную степень свободы движения между трубчатым валом и валом ротора в продольном направлении и при крутильном колебании. Таким образом, соединение между валом ротора и трубчатым валом обладает определенной гибкостью.
Согласно изобретению ротор не является неподвижно соединенным непосредственно с приводным средством кронштейна агрегатов или коробки агрегатов и не передает на него нагрузки, толчки или вибрации, воздействию которых он может подвергаться. Некоторые вибрации воспринимаются средством сцепления во вращении, конструкция которого по существу поглощает такие вибрации за счет гибкости в направлениях, отличных от тангенциального. Таким образом, получают разъединение между валом ротора и приводным средством коробки агрегатов, то есть между валом ротора и зубчатой передачей коробки агрегатов и трансмиссии за счет наличия трубчатого вала. Наличие средства сцепления во вращении придает гибкость всему узлу, образованному валом ротора генератора переменного тока и трубчатым валом.
В частном варианте изобретение применяют для случая, когда вспомогательным агрегатом является генератор переменного тока, установленный консольно и содержащий статор, закрепленный на опоре агрегатов. Действительно, первоначально решаемая изобретением задача ставилась именно для такого случая, поскольку ротор, с одной стороны, и статор, с другой стороны, установлены на коробке агрегатов и часто подвергаются демонтажу и монтажу, при этом их взаимное расположение зависит от их относительного позиционирования на коробке агрегатов и трансмиссии. Вместе с тем объем притязаний по изобретению не ограничивается только этим вспомогательным агрегатом.
Предпочтительно, чтобы вал ротора поддерживался одним третьим опорным подшипником, неподвижно соединенным с опорой агрегатов. Усилия, действующие на ротор, могут, таким образом, полностью восприниматься третьим опорным подшипником, на котором установлен вал ротора, и передаваться на неподвижную конструкцию опоры агрегатов. Такой опорный подшипник воспринимает исключительно нагрузки от ротора генератора переменного тока, а не нагрузки, связанные с зубчатыми передачами коробки агрегатов и трансмиссии.
Предпочтительно, чтобы средство сцепления во вращении являлось соединением шлицевого типа. Такое средство сцепления является простым в применении: достаточно вставить вал ротора, содержащий шлицы, в трубчатый вал, содержащий шлицы соответствующей формы.
Предпочтительно, чтобы третий опорный подшипник, поддерживающий вал ротора генератора переменного тока, являлся шарикоподшипником и содержал средства дренажа смазочного вещества на наружном кольце.
Такой вариант выполнения отличается следующим преимуществом. За счет наличия дренажных средств опасность проскальзывания шариков подшипника на наружном кольце снижается, что позволяет использовать подшипник большего размера, лучше воспринимающий усилия.
В этом случае предпочтительно, чтобы третий опорный подшипник являлся так называемым подшипником с тремя или четырьмя контактными точками.
Предпочтительно, чтобы на наружном кольце третьего опорного подшипника были выполнены средства амортизации при помощи масляной пленки.
Предпочтительно, чтобы согласно частному варианту выполнения настоящего изобретения первый и второй опорный подшипники трубчатого вала имели меньший размер, чем третий опорный подшипник вала ротора генератора переменного тока.
Таким образом, можно комбинировать соответствующие преимущества малых и больших опорных подшипников. Малые подшипники позволяют выдерживать слабые нагрузки, создаваемые зубчатой передачей коробки агрегатов при нормальной работе. Кроме того, большой опорный подшипник может легко выдерживать возможные нагрузки, связанные с плохой балансировкой, в частности, в случае демонтажа и неточного последующего монтажа генератора переменного тока, при этом проскальзывание на большом опорном подшипнике предупреждается за счет средств дренажа смазки в случае качественной балансировки.
Предпочтительно для снижения опасности дисбаланса и перегрева рядом с третьим опорным подшипником вала ротора генератора переменного тока со стороны генератора установить щеточную прокладку.
Таким образом, обеспечивают лучшее уплотнение между устройством привода ротора генератора переменного тока и самим генератором, что позволяет избежать попадания масла в генератор и возникающего в результате этого дисбаланса, что будет подробнее пояснено ниже.
Предпочтительно, чтобы вал ротора генератора переменного тока содержал ослабленный участок, образующий предохранитель, разрушающийся в случае слишком больших нагрузок на ротор, во избежание передачи этих нагрузок на зубчатые передачи коробки агрегатов и трансмиссии.
Объектом настоящего изобретения является также опора агрегатов или коробка агрегатов и трансмиссии, содержащая описанное выше приводное устройство, а также турбореактивный двигатель, содержащий такую коробку.
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания предпочтительных вариантов выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением со ссылками на прилагаемые чертежи, в числе которых:
Фиг.1 изображает схематичный вид в разрезе приводного устройства из предшествующего уровня техники.
Фиг.2 - схематичный вид в разрезе первого варианта выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 - схематичный вид в разрезе второго варианта выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4 - схематичный вид опорного подшипника вала ротора генератора переменного тока согласно третьему варианту выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5 - схематичный вид в разрезе четвертого варианта выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.6 - схематичный вид в разрезе пятого варианта выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением.
В различных представленных вариантах выполнения общие элементы обозначены одинаковыми позициями.
Как показано на фиг.2, турбореактивный двигатель содержит опору 10 агрегатов или коробку 10 агрегатов и трансмиссии, называемую английским термином «accessory gear bох» или хорошо известным специалистам сокращением AGB, которая была описана выше и в дальнейшем будет называться коробкой 10. Коробка 10 крепится на периферии турбореактивного двигателя, например в случае двухконтурного газотурбинного двигателя ее крепят на наружном картере вентилятора. На валу высокого давления газотурбинный двигатель содержит средства отбора мощности, входящие в зацепление с валом, который соединен с коробкой 10 и называется валом отбора мощности. Этот вал, установленный в радиальном направлении между валом высокого давления газотурбинного двигателя и коробкой 10, заходит в эту коробку и механически приводит в действие множество вспомогательных агрегатов или механизмов, в числе которых можно выделить генератор 11 переменного тока, предназначенный для устройства управления и регулирования газотурбинного двигателя, топливные и масляные насосы, стартер, генератор переменного тока, обеспечивающий электрической энергией самолет, приводимый в движение газотурбинным двигателем, и т.д. Для этого коробка 10 содержит множество шестерен, непосредственно или опосредованно связанных с валом отбора мощности на валу высокого давления газотурбинного двигателя, при этом указанные шестерни выполнены с возможностью приведения в действие различных агрегатов.
Генератор 11 переменного тока содержит статор 12, схематично показанный в заштрихованном виде, и ротор, который содержит вал 13, вращаемый валом отбора мощности, и концевой участок 14 которого находится внутри статора 12. На этом концевом участке 14 установлены элементы индукционной катушки (не показаны), взаимодействующие со статором 12 - якорем - для производства электрической энергии известным образом. Таким образом, на валу 13 ротора установлен ротор, вращающийся в статоре. В данном случае генератор 11 переменного тока является генератором переменного тока с постоянными магнитами. В данном случае речь идет о генераторе относительно небольшого размера, во всяком случае по сравнению с размером генератора переменного тока, производящего электрический ток для самолета; ротор вращается с высокой скоростью, как правило, от 18000 до 30000 оборотов в минуту. Эта скорость вращения позволяет получать стабильный ток и использовать генератор переменного тока небольшого размера и, таким образом, уменьшить его габариты.
В данном случае вал 13 ротора выполнен в виде единой детали вместе с ротором. Вал ротора может также быть выполнен в виде отдельной детали, неподвижно соединяемой во вращении с ротором при помощи любого соответствующего средства.
Коробка 10 содержит средство 15 привода для генератора 11 переменного тока, в данном случае средство зубчатого зацепления, то есть шестерню 15, неподвижно соединенную с валом, связанным с зубчатой передачей коробки и, следовательно, непосредственно или опосредованно с валом отбора мощности.
Приводная шестерня 15 входит в зацепление с зубчатым колесом 16 или с любым другим соответствующим приводным средством, неподвижно соединенным с трубчатым валом 17. На одном участке, в данном случае расположенном примерно на середине длины трубчатого вала, трубчатый вал 17 содержит зубчатое колесо 16. На каждом из своих концов трубчатый вал 17 поддерживается соответственно первым и вторым опорными подшипниками 18, 19. В данном случае опорные подшипники 18, 19 являются роликоподшипниками, однако они могут быть также и шарикоподшипниками. Преимуществом роликоподшипников является то, что они могут выдерживать более высокие нагрузки. Своим наружным кольцом опорные подшипники 18, 19 неподвижно соединены с неподвижной конструкцией коробки 10. Трубчатый вал 17 находится в оси статора 12 генератора 11 переменного тока, то есть в оси гнезда ротора.
На участке своей внутренней поверхности, предпочтительно расположенном со стороны, противоположной генератору 11 переменного тока, трубчатый вал 17 содержит шлицевой участок 20 сцепления или соединения. Шлицевой участок 20 сцепления содержит совокупность шлицов, равномерно выполненных вокруг оси трубчатого вала 17 и образующих, таким образом, канавки и выступы, параллельные этой оси.
Концентрично с трубчатым валом 17 и внутри него установлен вал 13 ротора генератора 11 переменного тока. Вал 13 ротора содержит участок 21 вала, противоположный его концевому участку 14, вставленному в статор 12, и выполненный с возможностью установки внутри трубчатого вала 17. На конце этого участка 21 вала вал 13 ротора содержит шлицевой участок 22 сцепления, соответствующий шлицевому участку 20 сцепления трубчатого вала 17 и выполненный с возможностью соединения с этим участком. Шлицевой участок 22 сцепления вала 13 ротора показан на фигуре не в разрезе, а в профиль, что позволяет лучше читать чертеж.
Шлицевые средства 20, 22 сцепления образуют средства сцепления во вращении. Действительно, во время вращения трубчатого вала 17 шлицы этого вала 17 прикладывают к шлицам вала 13 ротора силы, тангенциальные по отношению к валу 13 ротора и перпендикулярные к его оси вращения. В частности, трубчатый вал 17 не действует напряжениями в продольном направлении вала 13 ротора или при крутильном колебании. Поэтому существует определенная степень свободы движений и определенная гибкость в продольном движении и при крутильном колебании.
Между ближайшим к генератору 11 переменного тока концом трубчатого вала 17, - в данном случае концом, опирающимся на опорный подшипник 19, - и самим генератором вал 13 ротора поддерживается опорным подшипником 23. Этот подшипник 23 неподвижно соединен при помощи своего наружного кольца 25 с неподвижной конструкцией коробки 10. Предпочтительно опорный подшипник 23 является шарикоподшипником. Он установлен коаксиально с трубчатым валом 17.
Вал 13 ротора предпочтительно содержит участок 24, который поддерживает внутреннее кольцо 26 опорного подшипника 23 и который имеет больший диаметр по сравнению с участком 21 вала, находящимся внутри трубчатого вала 17. Начиная от этого расширенного участка 24, вал 13 ротора направлен в сторону статора 12 генератора 11 переменного тока и находится внутри него, при этом его участок 14, вставленный в статор 12, имеет диаметр, меньший по сравнению с расширенным участком 24.
Следует отметить, что напротив опорного подшипника 23 вала 13 ротора генератора 11 переменного тока со стороны генератора 11 предусмотрен отражатель 36. Такой отражатель позволяет избежать выброса смазки этого подшипника 23 и даже других элементов приводного устройства в направлении генератора 11 переменного тока. Действительно, присутствие масла на концевом участке 14 вала 13 ротора, вставленном в статор 12 генератора 11 переменного тока, создает дисбаланс на роторе, так как, поскольку пространство между ротором и статором 12 является очень ограниченным, масло нагревается и коксуется. Такой отражатель можно выполнить вращающимся для повышения его эффективности. Отражатель 36 имеет форму фланца, внутренняя стенка которого охватывает без контакта вал 13 ротора генератора 11 переменного тока.
Далее следует описание работы устройства привода вала 13 ротора генератора 11 переменного тока.
Шестерня 15, вращаемая непосредственно или опосредованно валом отбора мощности, вращает зубчатое колесо 16 трубчатого вала 17, поддерживаемого во время своего движения двумя опорными подшипниками 18, 19, соединенными с неподвижной конструкцией коробки 10. Через шлицевое соединение 20, 22 трубчатый вал 17 вращает ротор генератора 11 переменного тока, который поддерживается в своем движении шлицевым соединением 20, 22 и опорным подшипником 23, соединенным с неподвижной конструкцией коробки 10. В результате вращения концевого участка 14 ротора в статоре 12 возникает электрический ток, используемый для питания турбореактивного двигателя.
В таком варианте выполнения приводное устройство позволяет избежать передачи возможных нагрузок или дисбаланса от ротора генератора 11 переменного тока на зубчатые передачи коробки 10. Действительно, некоторые вибрации поглощаются шлицевым соединением 20, 22, так как этот тип соединения, образующий средство сцепления во вращении, обладает некоторой, присущей ему, гибкостью. Нагрузки в целом поглощаются на уровне опорного подшипника 23 вала 13 ротора, особенно если этот подшипник имеет достаточно большие размеры. Опорный подшипник 23 воспринимает исключительно нагрузки от ротора генератора 11 переменного тока и совершенно не воспринимает никаких нагрузок, связанных с зубчатой передачей коробки 10. Эти нагрузки передаются не на зубчатую передачу коробки 10, а на неподвижную конструкцию коробки, которая не страдает от поглощения таких нагрузок.
Таким образом, достигают разъединения между ротором генератора 11 переменного тока и зубчатыми передачами коробки 10. Кроме того, поскольку подшипники 18, 19, поддерживающие трубчатый вал 17, разъединяются с ротором генератора 11 переменного тока, они не подвергаются нагрузкам от последнего. Следовательно, они могут иметь небольшие размеры, обеспечивая вращение трубчатого вала с минимальным трением и с минимальной массой.
В данном случае предпочтительно, чтобы опорный подшипник 23 вала 13 ротора генератора 11 переменного тока имел большие размеры по сравнению с подшипниками 18, 19, поддерживающими трубчатый вал 17, которые имеют небольшие размеры. Таким образом, нагрузки от ротора генератора 11 переменного тока в основном воспринимаются подшипником 23, поддерживающим вал 13 ротора, а также в случае некоторых вибраций шлицевым соединением 20, 22, тогда как опорные подшипники 18, 19 трубчатого вала 17 подвергаются небольшим нагрузкам и, следовательно, вращаются лишь с незначительным трением.
Кроме того, возможные нагрузки, как правило, возникают из-за неточностей, допущенных во время демонтажа и монтажа генератора 11 переменного тока. В данном случае монтаж производят путем введения вала 13 ротора внутрь трубчатого вала 17 и его опорного подшипника 23, а затем статор 12 устанавливают вокруг конца 14 ротора. Установка вала 13 ротора внутрь трубчатого вала 17 происходит без затруднений, поскольку возможные неточности в продольном направлении не имеют значения, так как введение шлицевого участка 22 вала 13 ротора в шлицевой участок может быть неполным или быть слишком сильным. Действительно, для нормальной передачи движения необязательно, чтобы шлицы находились строго друг против друга. Кроме того, угловые неточности будут поглощены шлицевым соединением 20, 22 за счет его гибкости или, в крайнем случае, опорным подшипником 23, поддерживающим вал 13 ротора.
Согласно второму варианту выполнения, показанному на фиг.3, устройство привода ротора генератора 11 переменного тока аналогично устройству, показанному на фиг.2, за исключением того, что опорный подшипник 23' вала 13 ротора генератора 11 переменного тока является шарикоподшипником и на своем наружном кольце 25' содержит средства 27 дренажа смазки. В данном случае эти средства содержат, по меньшей мере, один канал 27, выполненный в толще наружного кольца 25', в его центральной части. Предпочтительно выполнять множество каналов 27, равномерно распределенных по окружности наружного кольца 25'. Чтобы смазка, в данном случае масло, действительно отводилась через каналы 27, шарики опорного подшипника 23' не должны перекрывать вход каналов. Для этого опорный подшипник 23' выполняют в виде так называемого «подшипника с тремя контактными точками», хорошо известного специалистам. Такой подшипник содержит наружное кольцо 25', внутренняя поверхность которого образована, например, двумя сегментами или полукольцами, которые имеют радиус, превышающий радиус шариков, и которые соединяются по центральной линии, содержащей отверстия каналов 27. Таким образом, шарики не могут войти в контакт с наружным кольцом 25' вдоль этой линии, а только вдоль двух разных линий, каждая из которых находится на сегменте или полукольце. Так, каждый шарик находится в контакте с двумя точками наружного кольца 25' и в любом случае с одной точкой внутреннего кольца 26, находящейся на его центральной линии. Отсюда и происходит выражение «три контактные точки».
Предпочтительно опорный подшипник 23' является так называемым «подшипником с четырьмя контактными точками», то есть внутреннее кольцо 26' тоже является кольцом со средствами дренажа (не показаны). Эти средства могут быть выполнены либо для удаления смазки, либо, наоборот, для подачи смазки в подшипник 23', и в этом случае она удаляется через дренажные средства 27 наружного кольца 25'. В этом последнем случае масло подается на уровне внутреннего кольца 26' за счет центрифугирования и удаляется на уровне наружного кольца 25'.
Такие опорные подшипники с четырьмя контактными точками описаны в патентах FR 2740187 и FR 2841305, зарегистрированных на имя заявителя.
Таким образом, смазка подшипника 23', поступающая, например, через жиклеры, удаляется через каналы 27, отверстия которых никогда не перекрываются шариками, при этом для удаления смазки снаружи наружного кольца предусмотрена система 28 удаления смазки, например, в виде каналов, работающих на принципе откачивания или отсасывания. Удаление смазки может также происходить в результате вращения шариков на наружном кольце 25', которое заставляет смазку проходить в каналы 27 за счет действия центробежной силы, при этом не требуется наличия никакой специальной системы удаления. Смазка не скапливается между шариками и наружным кольцом 25', поэтому шарики не проскальзывают на наружном кольце 25'. Таким образом, уменьшается возможность повреждения опорного подшипника 23' от проскальзывания, который, как и поддерживаемый им ротор, оказывается защищенным.
Следовательно, благодаря применению опорного подшипника 23' со средствами 27 дренажа смазки, предназначенного для поддержания вала 13 ротора генератора 11 переменного тока, устройство привода ротора имеет не только ранее указанные преимущества, то есть разъединение между ротором и зубчатыми передачами коробки 10, которое предупреждает передачу нагрузок между этими двумя элементами, но также и дополнительное преимущество, состоящее в том, что опорный подшипник 23' оказывается защищенным, защищая, таким образом, ротор генератора 11 переменного тока и, следовательно, генератор 11 переменного тока. Таким образом, оказываются защищенными зубчатые передачи коробки, а также генератор 11 переменного тока.
Кроме того, за счет наличия средств 27 дренажа смазки шарики опорного подшипника 23' меньше стремятся к проскальзыванию на наружном кольце 25', что позволяет использовать опорный подшипник 23' большего размера, который лучше поглощает нагрузки от ротора.
Согласно третьему предпочтительному варианту выполнения, показанному на фиг.4, устройство привода ротора генератора 11 переменного тока аналогично устройству, показанному на фиг.3, за исключением того, что опорный подшипник 23'', поддерживающий вал 13 ротора генератора 11 переменного тока, содержит не только средства 17 дренажа смазки на наружном кольце 25'', но также средства 29 амортизации между наружным кольцом 25'' и неподвижной конструкцией коробки 10. Эти средства 29 содержат масляную пленку, находящуюся между наружным кольцом 25'' и неподвижной конструкцией коробки 10. Такое средство амортизации масляной пленкой известно специалистам под английским названием «squeeze film». В частности, с внешней стороны наружного кольца 25'' установлена пластина 31, которая вместе с наружным кольцом 25'' образует пространство, в которое из дренажных каналов 27 поступает масло. Не имеет большого значения то, что напор масла в таких каналах 27 не является значительным, так как главное состоит в поддержании на уровне масляной пленки 30 определенного давления. Как показано стрелками 32, 33, масло может удаляться через пространства, остающиеся между краями наружного кольца 25'' по обе стороны от этого кольца 25''. В альтернативном варианте можно предусмотреть другие средства удаления, например, наружу наружного кольца 25'', сравнимые со средствами 28 удаления из варианта выполнения, показанного на фиг.3.
Масляная пленка 30 образует средство амортизации для опорного подшипника 23''. Дополнительным преимуществом такого устройства является амортизация части нагрузок на опорный подшипник 23'' и обеспечение его дополнительной защиты и, следовательно, защиты ротора генератора 11 переменного тока. Масляная пленка 30 создается путем подачи масла через дренажные каналы 27 и поэтому является простой в применении. Она еще больше способствует разъединению между ротором генератора 11 переменного тока и коробкой 10, поскольку не только зубчатые передачи коробки 10 оказываются отсоединенными и, следовательно, изолированными от ротора, но масляная пленка 30 тоже изолирует и, следовательно, разъединяет ротор и неподвижную конструкцию коробки 10. Таким образом, одновременно зубчатые передачи и неподвижная конструкция коробки 10 оказываются изолированными от ротора.
Предусмотрена пластина 34 блокировки вращения наружного кольца 25'', закрепленная на этом кольце 25'' и неподвижной конструкции коробки 10 со стороны генератора 11 переменного тока, чтобы воспрепятствовать любому проворачиванию кольца 25'' вокруг оси ротора генератора 11 переменного тока.
Внутреннее кольцо 26'' может быть выполнено классическим способом или содержать средства подачи смазки, например, будучи выполненным из двух полуколец.
Согласно четвертому предпочтительному варианту выполнения, показанному на фиг.5, устройство привода ротора генератора 11 переменного тока аналогично устройству согласно предыдущим вариантам выполнения, за исключением того, что вал 13' ротора генератора 11 переменного тока имеет дополнительный отличительный признак. В этом варианте выполнения вал 13' ротора в своем участке 21 вала, находящемся внутри трубчатого вала 17, содержит ослабленный участок 35 меньшего диаметра, образующий предохранительный участок 35. Так, в случае слишком высоких нагрузок на ротор и, следовательно, на его вал 13 предохранительный участок 35 ломается и полностью отсоединяет ротор от трубчатого вала 17 и, следовательно, от зубчатых передач коробки 10. В данном случае речь идет о дополнительном средстве защиты, которое препятствует повреждению коробки 10 в случае слишком высоких нагрузок на ротор генератора 11 переменного тока. Этот предохранительный участок 35 калибруют в зависимости от максимальных нагрузок, которые специалист сочтет допустимыми для ротора генератора 11 переменного тока, и он разрушается в случае слишком высоких нагрузок, превышающих определенный таким образом допустимый порог нагрузок.
Согласно пятому предпочтительному варианту выполнения, показанному на фиг.6, устройство привода ротора генератора 11 переменного тока аналогично устройству согласно предыдущим вариантам выполнения, за исключением того, что уплотнение между устройством привода ротора генератора 11 переменного тока и самим генератором 11 обеспечивается не отражателем 36, как в предыдущих вариантах выполнения, а щеточной прокладкой 36'. Такая щеточная прокладка 36' содержит кольцо 37, закрепленное на неподвижной конструкции коробки 10 вблизи опорного подшипника 23 между подшипником 23 и генератором 11 переменного тока, начиная от которого в направлении внутреннего пространства густо выполнены волоски 38, например, из углерода или керамики. Такую щеточную прокладку 36' устанавливают статично на неподвижной конструкции коробки 10, при этом волоски 38 находятся в контакте с валом 13 ротора (их длина превышает расстояние между кольцом 37 и поверхностью вала 13 ротора). Таким образом, избегают появления дисбаланса на роторе по причине присутствия масла между ротором и статором 12 генератора 11 переменного тока, и это еще больше улучшает работу устройства привода генератора 11 переменного тока, которое подвергается меньшим нагрузкам.
Различные представленные варианты выполнения можно комбинировать друг с другом индивидуально, частично или в совокупности, так как выше было отмечено, что каждый отдельный вариант выполнения касается одного отдельного элемента. Преимущества каждого варианта выполнения дополняют друг друга и сочетаются друг с другом, отвечая требованиям разъединения и защиты зубчатых передач коробки 10 и ротора генератора 11 переменного тока, а также снижения нагрузок, которым они подвергаются.
1. Устройство привода ротора вспомогательного агрегата, установленное на опоре агрегатов газотурбинного двигателя, которая содержит средства привода вала ротора, содержащее трубчатый вал, вращаемый упомянутыми средствами и поддерживаемый первым и вторым опорными подшипниками, неподвижно соединенными с опорой агрегатов, при этом вал ротора установлен коаксиально с трубчатым валом, и между валом ротора и трубчатым валом выполнено средство сцепления во вращении, при этом вал ротора поддерживается третьим опорным подшипником, неподвижно соединенным с опорой агрегатов, причем первый и второй опорные подшипники имеют размер, меньший, чем размер третьего опорного подшипника.
2. Устройство по п.1, в котором вспомогательным агрегатом является генератор переменного тока, содержащий статор, закрепленный на опоре агрегатов.
3. Устройство по п.1, в котором средство сцепления во вращении является соединением шлицевого типа.
4. Устройство по п.1, в котором третий опорный подшипник является шарикоподшипником и содержит средства дренажа смазки на наружном кольце.
5. Устройство по п.4, в котором третий опорный подшипник является так называемым подшипником с тремя контактными точками или с четырьмя контактными точками.
6. Устройство по п.4, содержащее средства амортизации масляной пленкой, выполненные на наружном кольце третьего опорного подшипника.
7. Устройство по п.1, в котором рядом с третьим опорным подшипником со стороны вспомогательного агрегата выполнена щеточная прокладка, предназначенная для уплотнения вспомогательного агрегата по отношению к смазке устройства.
8. Устройство по п.1, в котором вал ротора содержит участок, образующий предохранитель, калиброванный с возможностью разрушения в случае слишком высоких нагрузок на ротор.
9. Устройство по п.1, в котором упомянутое средство привода вала ротора является зубчатой передачей.
10. Опора агрегатов для газотурбинного двигателя, содержащая зубчатые передачи, вращающие устройство привода по одному из пп.1-9.
11. Газотурбинный двигатель, содержащий вал, средства отбора мощности на валу, вращающие зубчатые передачи опоры агрегатов по п.10.
