Двухконтурный турбореактивный двигатель с промежуточным кожухом с валом привода редуктора отбора мощности для привода вспомогательных агрегатов турбореактивного двигателя
Двухконтурный турбореактивный двигатель включает промежуточный кожух с установленным в его радиальном рукаве валом привода зубчатого редуктора отбора мощности, предназначенного для привода вспомогательных агрегатов. Вал привода зубчатого редуктора отбора мощности связан на своем первом конце с механическим передаточным средством, размещенным на ведущем валу турбореактивного двигателя, а на своем втором конце с механическим средством передачи движения к упомянутому редуктору. Вал привода зубчатого редуктора отбора мощности содержит коническую шестерню, располагающуюся между двумя концами этого вала и позволяющую обеспечить механическую связь с дополнительным вспомогательным оборудованием. Вал привода зубчатого редуктора отбора мощности вместе с упомянутой шестерней заключен в оболочку, формирующую масляный контур, герметичный по отношению к радиальному рукаву. Изобретение позволяет ограничить пожароопасную зону за счет устранения утечек масла. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области многокаскадных и многоконтурных газотурбинных двигателей, в частности к области двухкаскадных и двухконтурных турбореактивных двигателей. Это изобретение касается монтажа вспомогательного оборудования и механической передачи между этим вспомогательным оборудованием и валом двигателя.
Для приведения в движение вспомогательных агрегатов, установленных на двигателе, таких, например, как электрические генераторы, масляные насосы или топливные насосы, необходимые для функционирования этого двигателя или для функционирования летательного аппарата, на котором этот двигатель установлен, обычно отбирают требуемую мощность на главном валу этого двигателя. Двухкаскадный турбореактивный двигатель содержит два коаксиально расположенных вала, причем один из этих валов, или так называемый вал низкого давления, или вал ВР, связывает компрессор низкого давления с турбиной низкого давления и образует систему каскада низкого давления ВР, а другой вал, или так называемый вал высокого давления, или вал HP, связывает компрессор высокого давления с турбиной высокого давления и образует систему каскада высокого давления HP. В таком двигателе передача мощности к вспомогательному оборудованию обычно обеспечивается при помощи радиально расположенного передаточного вала, размещенного в кронштейне промежуточного кожуха, причем один конец этого передаточного вала содержит коническую шестерню, взаимодействующую с шестерней, жестко связанной с каскадом высокого давления. Другой конец этого передаточного вала связан механическим образом с коробкой редуктора, содержащего множество зубчатых зацеплений и образующего опору для вспомогательных агрегатов, обеспечивая при этом приведение этих агрегатов в движение. В том случае, когда турбореактивный двигатель является двухконтурным, упомянутый радиальный передаточный вал проходит сквозь два канала движения соответственно первичного потока и вторичного потока, поскольку зубчатый редуктор приведения в движение вспомогательных агрегатов, называемый также AGB ("accessory gear box"), установлен на кожухе вентилятора, создающего вторичный поток (FR 2882096).
В процессе усовершенствования двигателей и условий их использования было предложено устанавливать дополнительное оборудование на кожухе канала первичного потока, находящееся в зубчатом зацеплении с радиальным валом приведения в движение вспомогательных агрегатов между двумя концами этого вала. Такое оборудование может быть образовано, например, двигателем, позволяющим приводить в движение радиальный передаточный вал в дополнение к каскаду высокого давления HP. Действительно, такое дополнение является полезным в том случае, когда конструкция двигателя подразумевает значительный отбор мощности при работе этого двигателя в режиме малого газа для того, чтобы обеспечить приведение в движение некоторых вспомогательных агрегатов, таких как электрические генераторы. При работе двигателя в режиме малого газа каскад высокого давления HP не имеет возможности выдавать достаточное количество требуемой мощности.
Задачей настоящего изобретения является усовершенствование известных двигателей.
Предлагаемое изобретение относится к монтажу вспомогательного оборудования или агрегата на кожухе двигателя в некотором промежуточном положении между двумя концами радиального передаточного вала или вала привода зубчатого редуктора отбора мощности, предназначенного для привода вспомогательных агрегатов, а также к относительному расположению этого вспомогательного оборудования по отношению к радиальному передаточному валу.
Задача решается тем, что в соответствии с предлагаемым изобретением турбореактивный двигатель содержит промежуточный кожух с валом привода зубчатого редуктора отбора мощности, предназначенного для привода вспомогательных агрегатов, установленным в радиальном рукаве этого промежуточного кожуха, причем упомянутый вал привода зубчатого редуктора отбора мощности связан на своем первом конце с механическим передаточным средством, размещенным на валу данного турбореактивного двигателя, и связан на своем втором конце с механическим средством передачи движения к упомянутому редуктору, и содержит коническую шестерню, располагающуюся между двумя концами этого вала и позволяющую обеспечить механическую связь с дополнительным вспомогательным оборудованием, и отличается тем, что указанный вал привода зубчатого редуктора отбора мощности вместе с упомянутой шестерней заключен в оболочку, формирующую масляный контур, герметичный по отношению к упомянутому рукаву.
Конструкция вала привода зубчатого редуктора в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет устранить утечки масла и ограничить таким образом пожароопасную зону. Это обстоятельство является особенно актуальным в том случае, когда конструкция промежуточного кожуха содержит присоединенную наружную обечайку, причем количество деталей, присоединенных при помощи болтовых соединений, обычно повышает опасность утечки масла.
Предпочтительно, чтобы упомянутая оболочка содержала кожух для шестерни и два чехла, предназначенных для частей вала, располагающихся по одну и по другую стороны от этой шестерни.
Предлагаемое изобретение применяется, в частности, в том случае, когда упомянутый вал привода зубчатого редуктора отбора мощности состоит из трех цилиндрических элементов, вставляющихся один в другой, причем на первом цилиндрическом элементе этого вала смонтирована упомянутая шестерня, а два других цилиндрических элемента этого вала продолжают этот первый цилиндрический элемент с одной и с другой его стороны.
Предпочтительно также, чтобы упомянутое вспомогательное оборудование содержало приводную ось, взаимодействующую с упомянутой шестерней вала, и было выполнено таким образом, чтобы сформировать вместе с этой шестерней модульную систему. Такое техническое решение является особенно предпочтительным, поскольку оно позволяет упростить монтаж оборудования в заводских условиях, а также облегчить его последующее техническое обслуживание и позволяет иметь взаимозаменяемое оборудование. Монтаж и тонкая регулировка конической зубчатой пары могут быть, таким образом, осуществлены достаточно точно вне данного турбореактивного двигателя, пространство которого ограничено и обычно загромождено различными конструктивными элементами. При монтаже на турбореактивном двигателе остается только вставить друг в друга различные цилиндрические элементы этого радиального приводного вала. Такая технологическая операция не требует использования прецизионного оборудования.
Предпочтительно, чтобы модульное вспомогательное оборудование содержало опору, на которой посредством подшипников устанавливается упомянутая шестерня.
Предпочтительно также, чтобы упомянутая шестерня размещалась в пространстве радиального рукава, образующего разделение между каналом движения первичного потока и каналом движения вторичного потока.
Предпочтительно также, чтобы упомянутый кожух, в котором размещается упомянутая шестерня, был размещен в упомянутом пространстве радиального рукава.
Ниже приводится подробное описание не являющегося ограничительным варианта осуществления предлагаемого изобретения со ссылками на фигуры, в числе которых:
фиг.1 представляет собой общий схематический вид в осевом разрезе двухконтурного и двухкаскадного турбореактивного двигателя, на котором может быть применено предлагаемое изобретение,
фиг.2 представляет собой схематический вид промежуточного кожуха в осевом разрезе, выполненном через радиальный рукав, в котором размещается вал приведения в движение зубчатого редуктора AGB, с дополнительным вспомогательным оборудованием в соответствии с предлагаемым изобретением,
фиг.3-6 схематически изображают последовательность монтажа вала в соответствии с предлагаемым изобретением, содержащего дополнительное вспомогательное оборудование.
На фиг.1 схематически представлен двухконтурный и двухкаскадный турбореактивный двигатель с его различными основными компонентами. Этот двигатель содержит первый вал 3, связывающий, как это можно видеть в левой части фигуры, ротор вентилятора 5 и первые ступени 7 компрессора с турбиной низкого давления 9; эта система образует каскад низкого давления ВР. Располагающийся коаксиально с первым валом второй вал 11 в форме барабана связывает ступени 13 высокого давления компрессора с турбиной 15 высокого давления; эта система образует каскад высокого давления HP вместе с камерой сгорания 17. Упомянутый вал 3 удерживается в своей передней по потоку части при помощи опорного подшипника 3а, установленного на кожухе 19, который называют промежуточным кожухом, и удерживается в своей задней по потоку части при помощи опорного подшипника 3с, установленного на выхлопном кожухе 21. Второй вал 11 каскада высокого давления HP удерживается в данном случае при помощи опорного подшипника 3b, установленного на промежуточном кожухе 19, и в задней части удерживается при помощи вала 3 посредством межвального подшипника 3d.
Промежуточный кожух образован втулкой 19а, удерживающей опорные подшипники 3а и 3b, наружной обечайкой 19b, снабженной передними средствами подвески на летательном аппарате и удерживающей кожух вентилятора, а также радиальными рукавами 19с, связывающими втулку 19а с обечайкой 19b. Этот промежуточный кожух образован, по меньшей мере частично, литой деталью, на которой в случае необходимости закреплены радиальные рукава. Вспомогательные агрегаты, такие, например, как электрические генераторы и топливные или масляные насосы, устанавливаются известным способом на корпусе редуктора 23, который в данной области техники обозначают аббревиатурой AGB. Этот редуктор установлен снаружи на кожухе вентилятора и в том месте, которое позволяет обеспечить доступ для технического обслуживания. Приводной зубчатый редуктор механически связан с валом двигателя посредством радиального вала 25 привода зубчатого редуктора отбора мощности, который размещается в радиальном рукаве 19с промежуточного кожуха. Этот вал связан с первой конической шестерней, располагающейся на его внутреннем радиальном конце. Эта шестерня находится в зацеплении с конической шестерней, закрепленной на каскаде высокого давления HP. Вал 25 связан также со второй шестерней на своем наружном в радиальном направлении конце, которая находится в зацеплении с входным валом системы зубчатого зацепления редуктора AGB.
В процессе функционирования такой двигатель всасывает воздух при помощи вентилятора, который обеспечивает его сжатие и формирует первичный поток, проходящий через ступени сжатия, камеру сгорания и ступени турбины, и вторичный поток, который выбрасывается в атмосферу, проходя обходным путем вокруг камеры сгорания. Турбины приводят в движение средства сжатия посредством вала низкого давления ВР и вала высокого давления HP соответственно.
Уже было предложено размещать дополнительное вспомогательное оборудование в пространстве, сформированном в кожухе, располагающемся между двумя упомянутыми потоками, первичным и вторичным. Это оборудование в соответствии с рассматриваемым примером реализации представляет собой дополнительный двигатель, который приводит в движение вал 25 привода зубчатого редуктора отбора мощности в том случае, когда каскада высокого давления HP оказывается недостаточно. В области авиационных двигателей это как раз тот случай, когда количество вспомогательных приводимых в движение агрегатов и требуемая для их работы мощность являются значительными при работе двигателя в режиме малого газа. Такой вспомогательный двигатель может представлять собой, например, воздушную турбину, питаемую газами из упомянутого первичного потока.
Помимо рассмотренного примера осуществления предлагаемое изобретение применимо к любому дополнительному вспомогательному оборудованию, например ведомому или ведущему агрегату, который размещается в этом пространстве.
Проблема, с которой сталкиваются в этом случае, отчасти связана со смазкой, требующей расхода масла, значительно превышающего существующие возможности для вала привода зубчатого редуктора отбора мощности для привода вспомогательных агрегатов. Предлагаемое изобретение относится к техническому решению, которое позволяет устранить эту проблему.
На фиг.2 представлен частичный схематический вид в осевом разрезе двигателя на уровне упомянутого вала привода зубчатого редуктора отбора мощности по предлагаемому изобретению.
На этой фигуре детали, соответствующие деталям, представленным на фиг.1, обозначены теми же цифровыми позициями, но увеличенными на 100. Таким образом, здесь можно видеть промежуточный кожух 119, в радиальном кронштейне 119с которого размещается вал 125 привода зубчатого редуктора отбора мощности, служащий для привода вспомогательных агрегатов, не показанных на фиг.2. Вал 125 проходит сквозь обечайку 119b промежуточного кожуха и его наружный в радиальном направлении конец механически связан, например, при помощи шлицевого соединения с парой конических шестерен, которые не показаны на этой фигуре.
Рукав 119с является полым и образован в радиальном направлении тремя различными частями: 119с1, 119с2 и 119с3.
Часть 119с3, профилированная в аэродинамическом плане, проходит сквозь канал движения первичного потока Р, на одной стороне которого можно видеть часть компрессора 107 низкого давления ВР, и часть компрессора 113 высокого давления HP, с другой стороны. Часть 119с3 рукава 119с примыкает к втулке 119а промежуточного кожуха.
Радиальный рукав 119с содержит часть 119с2, проходящую сквозь канал движения вторичного потока S. Эта часть 119с2 примыкает к обечайке 119b.
Упомянутый рукав содержит также часть 119с1, располагающуюся между двумя упомянутыми выше первыми частями. Эта часть ограничивает кольцевой участок пространства, который продолжает, с одной стороны, носок разделения между первичным потоком и вторичным потоком, а с другой стороны, сам продолжается кольцевым пространством 129, располагающимся между двумя этими потоками.
Располагающийся во втулке 119а опорный подшипник 103а удерживает вал 103 каскада низкого давления ВР, и опорный подшипник 103b удерживает цапфу 111, образующую передний по потоку конец компрессора 113 каскада высокого давления HP.
Вал 125 размещается в указанном радиальном рукаве промежуточного кожуха. Вал 125 состоит из трех элементов: 125а, 125b и 125с. Первый центральный элемент 125а имеет цилиндрическую форму, является полым и жестко связан с конической шестерней 125а1. Второй элемент 125b выполнен вставляющимся с внутренней в радиальном направлении стороны в упомянутый первый элемент 125а и удерживается в нем при помощи шлицевого соединения. На своем внутреннем конце этот элемент связан при помощи шлицевого соединения с парой конических шестерен 126, находящихся в зацеплении с цапфой 111 каскада высокого давления HP. Таким образом, элемент 125b приводится в движение при помощи каскада высокого давления HP.
Третий элемент 125с выполнен вставляющимся с наружной в радиальном направлении стороны в упомянутый первый элемент 125а и удерживается в нем при помощи шлицевого соединения. Как следует из приведенного чертежа, радиальный конец этого элемента не виден на данной фигуре. Он механически связан при помощи пары конических шестерен с входным валом редуктора AGB. Таким образом, вращательное движение каскада высокого давления HP передается при помощи передаточного средства, образованного парой конических шестерен 126 и вала 125, к входному валу редуктора AGB.
Дополнительное вспомогательное оборудование 128 размещено в пространстве, сформированном кожухом двигателя, располагающимся между каналом движения первичного потока и каналом движения вторичного потока. Это вспомогательное оборудование содержит ось 128а передачи движения, завершающуюся конической шестерней 128а1. Вспомогательное оборудование 128 закреплено при помощи болтового соединения на боковой стенке части 119с1 радиального рукава 119с, которая продолжает упомянутое выше кольцевое пространство.
В качестве указанного оборудования могут, например, выступать двигатель, воздушная турбина, гидравлический двигатель, предназначенный для того, чтобы дополнительно приводить в движение, когда это необходимо, вал 125. Речь также может идти о дополнительном ведомом агрегате, приводимом в движение валом 125.
Опорный кожух 128b жестко связан с кожухом оборудования 128. Этот кожух 128b удерживает центральный элемент 125а вала 125 при помощи двух подшипников 128b1 и 128b2 таким образом, чтобы коническая шестерня 128а1 находилась в зацеплении с конической шестерней 125а1 элемента 125а для передачи вращательного движения от одного элемента к другому. Для облегчения сборки опорный кожух 128b содержит крышку 128b′, на которой устанавливается подшипник 128b2.
Вспомогательное оборудование 128 вместе с осью 128а, опорный кожух 128b и элемент 125а вала 125 образуют совместно модуль 130, единый в том смысле, что система этого модуля может быть собрана отдельно и установлена на турбореактивный двигатель в виде блока, как об этом более подробно будет сказано ниже.
Модуль 130, связанный с валом 125, изолирован от внутреннего пространства рукава 119с при помощи оболочки 131.
Эта оболочка образована кожухом 131а и двумя чехлами 131b и 131с. Кожух 131а охватывает опорный кожух 128b оборудования 128 и элемент 125А, который он удерживает. Эта оболочка содержит три отверстия, одно из которых предназначено для прохождения оборудования 128, а два других предназначены для прохождения соответственно элементов 125b и 125с вала.
Чехол 131b охватывает элемент 125b вала 125, а чехол 131с охватывает элемент 125с этого вала. Соответствующие уплотнительные прокладки обеспечивают герметичность между кожухом 131а и двумя чехлами 131b и 131с. Кроме того, уплотнительные прокладки предусмотрены и на двух других концах двух этих чехлов.
Кожух 128b закреплен при помощи болтового соединения на стенке рукава 119с.
Благодаря этой оболочке имеется возможность подвести масло, необходимое для смазки упомянутого оборудования и элементов механической передачи, при помощи контура, который не взаимодействует с радиальными рукавами промежуточного кожуха двигателя. Так, например, масло, которое служит для смазки пары конических шестерен 128а1 и 125а1, собирается в пространстве, выполненном между элементами 125b и 125с вала и чехлами 131b и 131с соответственно, для его повторного использования.
Для более эффективного повторного использования масла специальное устройство может быть установлено в нижней точке кожуха 131а для того, чтобы направлять непосредственно в контур рекуперации двигателя преобладающую часть масла, которое используется для смазки конической пары шестерен и их подшипников. Такое устройство будет исключать попадание в редуктор AGB этого потока масла, которое может быть загрязнено стружкой, поступающей из механических компонентов упомянутого модуля.
В дальнейшем монтаж упомянутой системы будет описан более подробно со ссылками на фиг.3-6.
На фиг.3 схематически представлена сборка модуля 130. Опорный кожух 128b закреплен на оборудовании 128, ось 128а которого не показана на этой фигуре. Затем вводят элемент 125а передаточного вала 125 и закрывают этот кожух крышкой 128b′. Подшипники между элементом 125а и опорным кожухом 128b на этой фигуре не показаны.
На фиг.4 схематически представлен собранный модуль 130. Представляется понятным, что такая операция может быть выполнена в мастерской, отличной от цеха сборки двигателя, или у поставщика. Этот модуль может поставляться в собранном виде, что представляет собой определенное преимущество, поскольку тонкие операции регулировки пары конических шестерен должны быть выполнены квалифицированным персоналом с использованием специализированных технологических средств.
На фиг.5 схематически представлена установка кожуха 131а оболочки 131 во внутреннюю полость промежуточного кожуха 119 двигателя в часть 119с1. Радиальные рукава 119с не представлены на этой фигуре. Следующий этап состоит во введении снаружи чехла 131b, оборудованного своими уплотнительными прокладками, через радиальные отверстия кожуха 131а, а затем чехла 131с, оборудованного своими уплотнительными прокладками.
Как это можно видеть на фиг.6, вводят модуль 130 в кожух 131а через осевое отверстие промежуточного кожуха 119 после установки чехла 131b. Модуль 130, установленный на отведенное для него место, не позволяет чехлу 131b выйти из своего ложемента. Затем закрепляют при помощи болтового соединения модуль 130 на радиальной стенке кожуха 119, после чего завершают монтаж системы, устанавливая два элемента вала, сначала элемент 125b, а затем элемент 125с.
1. Двухконтурный турбореактивный двигатель с промежуточным кожухом с валом привода зубчатого редуктора отбора мощности, предназначенного для привода вспомогательных агрегатов, установленным в радиальном рукаве этого промежуточного кожуха, причем упомянутый вал привода зубчатого редуктора отбора мощности связан на своем первом конце с механическим передаточным средством, размещенным на ведущем валу турбореактивного двигателя, связан на своем втором конце с механическим средством передачи движения к упомянутому редуктору и содержит коническую шестерню, располагающуюся между двумя упомянутыми концами этого вала и позволяющую обеспечить механическую связь с дополнительным вспомогательным оборудованием, отличающийся тем, что упомянутый вал привода зубчатого редуктора отбора мощности вместе с упомянутой шестерней заключен в оболочку, формирующую масляный контур, герметичный по отношению к упомянутому рукаву.
2. Турбореактивный двигатель по п.1, в котором упомянутая оболочка содержит кожух, предназначенный для шестерни, и два чехла, предназначенных для частей вала привода зубчатого редуктора отбора мощности, располагающихся по одну и по другую стороны от этой шестерни.
3. Турбореактивный двигатель по п.1, в котором вал привода зубчатого редуктора отбора мощности состоит из трех цилиндрических элементов, вставляющихся один в другой, причем на первом цилиндрическом элементе этого вала смонтирована упомянутая шестерня, а два других цилиндрических элемента этого вала продолжают этот первый цилиндрический элемент с одной и с другой его стороны.
4. Турбореактивный двигатель по п.2, в котором вал привода зубчатого редуктора отбора мощности состоит из трех цилиндрических частей, вставляющихся одна в другую, причем на первом цилиндрическом элементе этого вала жестко смонтирована упомянутая шестерня, а два других цилиндрических элемента этого вала продолжают этот первый цилиндрический элемент с одной и с другой его стороны.
5. Турбореактивный двигатель по п.3, в котором вспомогательное оборудование содержит ось приведения в движение, взаимодействующую с упомянутой шестерней вала привода зубчатого редуктора отбора мощности и образующую вместе с этой шестерней модульную систему.
6. Турбореактивный двигатель по п.4, в котором вспомогательное оборудование содержит ось приведения в движение, взаимодействующую с упомянутой шестерней вала привода зубчатого редуктора отбора мощности и образующую вместе с этой шестерней модульную систему.
7. Турбореактивный двигатель по п.5, в котором вспомогательное оборудование содержит опору, на которой упомянутая шестерня установлена посредством подшипников.
8. Турбореактивный двигатель по п.6, в котором вспомогательное оборудование содержит опору, на которой упомянутая шестерня установлена посредством подшипников.
9. Турбореактивный двигатель по п.5, в котором упомянутая шестерня размещена в пространстве радиального рукава, образующего разделение первичного потока с вторичным потоком.
10. Турбореактивный двигатель по п.6, в котором упомянутая шестерня размещена в пространстве радиального рукава, образующего разделение первичного потока с вторичным потоком.
11. Турбореактивный двигатель по п.7, в котором упомянутая шестерня размещена в пространстве радиального рукава, образующего разделение первичного потока с вторичным потоком.
12. Турбореактивный двигатель по п.8, в котором упомянутая шестерня размещена в пространстве радиального рукава, образующего разделение первичного потока с вторичным потоком.
13. Турбореактивный двигатель по п.9, в котором упомянутая оболочка содержит кожух, предназначенный для шестерни и размещенный в упомянутом пространстве радиального рукава, и два чехла, предназначенных для элементов вала, располагающихся по одну и по другую стороны от этой шестерни.
14. Турбореактивный двигатель по п.10, в котором упомянутый кожух, в котором размещается упомянутая шестерня, размещен в упомянутом пространстве радиального рукава.
15. Турбореактивный двигатель по п.11, в котором упомянутая оболочка содержит кожух, предназначенный для шестерни и размещенный в упомянутом пространстве радиального рукава, и два чехла, предназначенных для элементов вала, располагающихся по одну и по другую стороны от этой шестерни.
16. Турбореактивный двигатель по п.12, в котором упомянутый кожух, в котором размещается упомянутая шестерня, размещен в упомянутом пространстве радиального рукава.
