Промежуточный картер турбореактивного двигателя и турбореактивный двигатель
Промежуточный картер двухконтурного турбореактивного двигателя содержит, по меньшей мере, одну кольцевую перегородку разделения газового потока на два кольцевых концентричных потока, первичный и вторичный соответственно. Между внутренней ступицей и наружной цилиндрической обечайкой расположено множество радиальных стоек. По меньшей мере, одна из стоек является полой и содержит первую часть, проходящую через первичный поток и вторую часть, проходящую через вторичный поток. В упомянутой радиальной стойке установлен с возможностью вращения радиальный трансмиссионный вал привода вспомогательных агрегатов. Первый конец трансмиссионного вала проходит через внутреннюю ступицу, а второй конец проходит через наружную цилиндрическую обечайку. Внутренний объем радиальной стойки состоит из одного отсека, в котором размещен трансмиссионный вал и который образует канал для смазочной жидкости. Другим объектом изобретения является турбореактивные двигатель, содержащий камеру с опорными подшипниками, коробку приводов вспомогательных агрегатов и промежуточный картер, описанный выше. Радиальная стойка картера обеспечивает сообщение между камерой и коробкой приводов вспомогательных агрегатов. Изобретение позволяет проложить вспомогательное оборудование двигателя в конструктивной стойке картера. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к области турбореактивных двигателей, в частности многоконтурных турбореактивных двигателей и, в частности, двухконтурных турбореактивных двигателей.
Из US 3907386 известно, что двухконтурный турбореактивный двигатель, применяемый в гражданской авиации для обеспечения полетов коммерческих самолетов, предназначенных для перевозки пассажиров или грузов, в основном содержит передний ротор вентилятора, выходной поток которого делится на два концентричных потока - первичный и вторичный. Первичный поток направляется в турбину, которая приводит во вращение, в частности, ротор вентилятора; вторичный поток либо выбрасывается напрямую в атмосферу, создавая основную часть тяги, либо смешивается на выходе турбины с горячим первичным потоком перед выбросом.
Турбина содержит дополнительные ступени компрессора, секцию сгорания и несколько ступеней турбины, из которых последняя ступень вращает вентилятор.
Оборудование, обеспечивающее работу двигателя, управляется, питается или сообщается с окружающим пространством двигателя через совокупность кабелей, трансмиссионных валов и трубопроводов, которые называют общим термином «вспомогательное оборудование». Таким образом, в состав вспомогательного оборудования входят:
- трубопроводы, по которым проходят гидравлические жидкости, например подводы и отводы масла для смазки и охлаждения;
- механические органы передачи мощности для приведения в действие, в частности коробки вспомогательных агрегатов;
- вентиляционные каналы;
- электрические кабели, соединенные, например, с различными датчиками.
Как правило, вспомогательное оборудование частично размещено в конструктивных стойках промежуточного картера, которые радиально проходят через первичный и вторичный потоки. Промежуточный картер является элементом статора в виде колеса с частью, образующей ступицу, и с цилиндрической наружной обечайкой, сообщающейся с коробкой приводов вспомогательных агрегатов, более известной под английской аббревиатурой AGB. Эти два элемента соединены множеством конструктивных радиальных стоек.
Поскольку конструктивные стойки пересекают газовые потоки двигателя, желательно сокращать их число и их габариты. Для мощных двигателей большого диаметра прокладка вспомогательного оборудования в стойках не составляет сложности, так как места для этого достаточно. Размер и число стоек позволяют оставлять проходы с сечением, соответствующим размерным характеристикам вспомогательного оборудования. Можно, например, провести масляный трубопровод в одной стойке и вал привода вспомогательных агрегатов в смежной стойке. Сложнее решать эту проблему, когда двигатель имеет меньший диаметр. В этом случае газовоздушный тракт двигателя имеет меньшее сечение, и, чтобы не ухудшать аэродинамические характеристики, приходится сокращать количество стоек и уменьшать их размеры. Однако как для мощного двигателя большого диаметра, так и для двигателя среднего диаметра вспомогательное оборудование остается таким же и имеет, по существу, такие же габариты. В результате, в случае двигателя меньшего сечения остается меньше места для установки вспомогательного оборудования.
Например, как показано на фиг.1, стойка 300 из предшествующего уровня техники имеет вид детали, выполненной литьем металла в соответствующей литейной форме. Она оборудована масляной трубкой 310, проходящей через отверстия 305, 315, выполненные в верхней и нижней поперечных стенках стойки. Эти различные элементы требуют наличия уплотнительных средств в пограничных зонах на уровне отверстий. Обслуживание этой трубки 310 может быть затруднено, если монтаж узла в самолете не обеспечивает нормального доступа. На этой фигуре видно, что, несмотря на относительно небольшое сечение по отношению к свободному проходу в стойке, эта трубка занимает относительно большую часть, учитывая необходимость наличия свободного пространства между стенками. В результате, ее габариты оставляют очень мало места для другого вспомогательного оборудования. В частности, вращающийся вал привода вспомогательных агрегатов оказывается слишком близко к трубке.
Из заявки на патент FR 2899272 известен промежуточный картер, стойка которого является деталью, выполненной литьем заодно с герметичной продольной перегородкой, образуя первый проход для масляных трубопроводов и второй проход для установки вспомогательного оборудования и, в частности, механического трансмиссионного вала. Герметичность перегородки позволяет объединить проход для текучих сред с проходом для другого вспомогательного оборудования и избежать их загрязнения, что могло бы привести к нарушениям в нормальной работе.
Учитывая, что перегородка выполнена путем литья, конфигурация проходов в стойках является окончательной и не позволяет вносить какие-либо изменения или перестановки оборудования. Кроме того, габариты такой стойки остаются большими и влияют на аэродинамические характеристики двигателя.
Поэтому задачей настоящего изобретения является прокладка вспомогательного оборудования через промежуточный картер и, в частности, в конструктивной стойке упомянутого картера таким образом, чтобы сохранить минимальные размеры и одновременно оптимизировать внутреннее пространство стойки.
Для устранения вышеуказанных недостатков заявитель предлагает промежуточный картер турбореактивного двигателя, содержащий, между внутренней ступицей и наружной цилиндрической обечайкой, множество радиальных стоек, по меньшей мере, одна из которых является полой и образует проход для одного или нескольких видов вспомогательного оборудования турбореактивного двигателя, при этом в упомянутой радиальной стойке с возможностью вращения устанавливают радиальный трансмиссионный вал привода вспомогательных агрегатов, при этом первый конец трансмиссионного вала проходит через внутреннюю ступицу, а второй конец проходит через наружную цилиндрическую обечайку, отличающийся тем, что внутренний объем радиальной стойки состоит из одного отсека, в котором размещен трансмиссионный вал и который образует канал для смазочной жидкости.
Картер, в соответствии с настоящим изобретением, позволяет объединить внутри единственного отсека ограниченного размера канал для смазочного масла и проход для вала, которые обычно разделены. Такой картер со стойками уменьшенного размера позволяет сократить миделевое сечение стоек в первичном и вторичном потоках.
Между концами трансмиссионного вала и отверстиями, выполненными во внутренней ступице и наружной цилиндрической обечайке соответственно, оставляют калиброванные зазоры. Калиброванные зазоры позволяют регулировать расход смазочной жидкости между передней камерой турбореактивного двигателя, частично ограниченной внутренней ступицей, и внутренним объемом радиальной стойки и коробки приводов вспомогательных агрегатов, частично ограниченным наружной цилиндрической обечайкой.
Согласно другому отличительному признаку изобретения картер содержит, по меньшей мере, одну кольцевую перегородку разделения газового потока на два кольцевых концентричных потока (Р и S), при этом радиальная стойка содержит первую часть С1, проходящую через первичный поток Р, вторую часть С2, проходящую через вторичный поток S, при этом часть С1 стойки является более узкой, чем часть С2.
Толщину стойки определяют таким образом, чтобы стойка занимала минимальный объем в контуре первичного потока, который имеет небольшое сечение.
Часть радиальной стойки, проходящая через вторичный поток (S), содержит продольные усилительные нервюры, предпочтительно выполненные ажурными.
Усилительные нервюры позволяют повысить жесткость стойки и избежать ее коробления, то есть сжатия стойки на ее концах. Предпочтительно нервюры выполняют ажурными, чтобы не увеличивать массу радиальной стойки.
Предпочтительно трансмиссионный вал выполнен моноблочно.
Объектом изобретения является также турбореактивный двигатель, содержащий камеру с опорными подшипниками, коробку приводов вспомогательных агрегатов и промежуточный картер, упомянутая радиальная стойка которого обеспечивает сообщение между упомянутой камерой и упомянутой коробкой приводов вспомогательных агрегатов.
Предпочтительно коробка приводов вспомогательных агрегатов содержит масляный резервуар, который сообщается с камерой через радиальную стойку.
Далее следует описание варианта выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - вид в продольном разрезе стойки промежуточного картера из предшествующего уровня техники;
фиг.2 - вид в продольном разрезе турбореактивного двигателя с картером в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.3 - вид в продольном разрезе стойки промежуточного картера, показанного на фиг.2;
фиг.4 - вид стойки, показанной на фиг.3, в осевом разрезе по плоскости сечения А-А;
фиг.5 - вид стойки, показанной на фиг.3, в осевом разрезе по плоскости сечения В-В.
На фиг.2 показан промежуточный картер 100 с центральной ступицей 1 и наружной обечайкой 2, соединенными радиальной стойкой 16, расположенной вертикально в нижней части. Центральная ступица 1 частично ограничивает объем передней камеры 10 турбореактивного двигателя, в которой установлены опорные подшипники 6, поддерживающие валы ротора низкого давления (НД) и высокого давления (ВД). На наружной цилиндрической обечайке 2 картера 100 установлена коробка 20 приводов вспомогательных агрегатов. Вспомогательные агрегаты приводятся в действие моноблочным трансмиссионным валом 30, установленным в радиальной стойке 16 и выполненным с возможностью отбора мощности на валах ротора НД и ВД, установленных в передней камере 10.
Сепаратор 5 отделяет первичный поток Р от вторичного потока S. Этот сепаратор образован двумя кольцевыми стенками 5а и 5b, через которые проходит радиальная стойка 16, при этом в данном случае контур первичного потока имеет меньшее сечение по сравнению с сечением контура вторичного потока.
На фиг.3 показан картер 100, представленный на фиг.2, в разрезе по вертикальной плоскости, проходящей через ось двигателя и нижнюю стойку 16. На этой фигуре показаны стойка 16, обечайка 2, ступица 1 и стенки 5а и 5b сепаратора внутри картера. Первичный поток показан стрелками Р; вторичный поток показан стрелками S.
Полая стойка 16 образована двумя радиальными частями, продолжающими друг друга: первая часть С1 проходит через первичный поток Р, вторая часть С2 проходит через вторичный поток S. Они имеют соответствующую геометрическую форму. Так, часть С1 стойки является более узкой, чем часть С2. Эта разница в геометрической форме более очевидна на фиг.4 и 5, где радиальная стойка 16 показана в разрезе.
Геометрическая форма трансмиссионного вала 30 подобрана соответствующей, при этом диаметр вала 30 больше в части С2 радиальной стойки 16, чем в части С1.
Внутренний объем радиальной стойки 16 образован единственным отсеком, позволяющим транспортировать смазочную жидкость, такую как масло. Смазочная жидкость находится в непосредственном контакте со стенками стойки 16, а также с наружной поверхностью трансмиссионного вала 30. Радиальная стойка 16 устанавливает сообщение между передней камерой 10 и коробкой 20 приводов вспомогательных агрегатов для смазки опорных подшипников 6, чтобы ограничить, таким образом, их износ и нагрев.
В представленном примере внутренний объем радиальной стойки 16 позволяет удалять масло, поступающее из передней камеры 10, в коробку 20 приводов вспомогательных агрегатов.
Как показано на фиг.3, трансмиссионный вал 30, установленный в отсеке, заполненном смазочной жидкостью, проходит через отверстия, выполненные соответственно в поперечных поверхностях 12, 22 внутренней ступицы 1 и наружной цилиндрической обечайки 2, при этом концы вала 30 установлены соответственно в направляющих подшипниках 13, 23, закрепленных в передней камере 10 и в коробке 20 приводов вспомогательных агрегатов.
Зазоры между трансмиссионным валом 30 и отверстиями в поперечных стенках 12, 22 выполнены калиброванными, чтобы регулировать расход смазочной жидкости между передней камерой 10, внутренним объемом радиальной стойки 16 и коробкой 20 приводов вспомогательных агрегатов. Это можно произвести во время изготовления с применением соответствующего класса чистоты обработки, эквивалентного, в частности, классу чистоты обработки масляной камеры. Кроме того, это не является столь критичным, учитывая, что трансмиссионный вал является деталью без промежуточного опорного подшипника.
Усилительные нервюры 40, выполненные в продольном направлении и внутри радиальной стойки 16, позволяют повысить жесткость стойки 16. Предпочтительно усилительные нервюры 40 выполнены ажурными, чтобы не увеличивать массу радиальной стойки 16, но не снижают при этом жесткость всего узла.
Радиальная стойка 16 может также обеспечивать сообщение между передней камерой 10, содержащей опорные подшипники 6 валов НД и ВД, и масляным резервуаром, находящимся в коробке 20 приводов вспомогательных агрегатов, для обеспечения удаления, питания или создания давления масла в передней камере 10.
В радиальной стойке можно также установить другие виды вспомогательного оборудования, такие как кабели, трубопроводы или дополнительные валы.
1. Промежуточный картер двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащий, по меньшей мере, одну кольцевую перегородку разделения газового потока на два кольцевых концентричных потока, первичный и вторичный соответственно, при этом между внутренней ступицей и наружной цилиндрической обечайкой, расположено множество радиальных стоек, по меньшей мере, одна из которых является полой и содержит первую часть, проходящую через первичный поток, вторую часть, проходящую через вторичный поток, при этом в упомянутой радиальной стойке установлен с возможностью вращения радиальный трансмиссионный вал привода вспомогательных агрегатов, при этом первый конец трансмиссионного вала проходит через внутреннюю ступицу, а второй конец проходит через наружную цилиндрическую обечайку, отличающийся тем, что внутренний объем радиальной стойки состоит из одного отсека, в котором размещен трансмиссионный вал и который образует канал для смазочной жидкости.
2. Промежуточный картер по п.1, в котором между концами трансмиссионного вала и отверстиями, выполненными во внутренней ступице и наружной цилиндрической обечайке соответственно, оставляют калиброванные зазоры.
3. Промежуточный картер по п.1, в котором упомянутая первая часть стойки является более узкой, чем упомянутая вторая часть.
4. Промежуточный картер по п.3, в котором часть радиальной стойки, проходящая через вторичный поток, содержит продольные усилительные нервюры.
5. Промежуточный картер по п.4, в котором усилительные нервюры выполнены ажурными.
6. Промежуточный картер по п.1, в котором трансмиссионный вал выполнен моноблочно.
7. Турбореактивный двигатель, содержащий камеру с опорными подшипниками, коробку приводов вспомогательных агрегатов и промежуточный картер по п.1, упомянутая радиальная стойка которого обеспечивает сообщение между упомянутой камерой и упомянутой коробкой приводов вспомогательных агрегатов.
8. Турбореактивный двигатель по п.7, в котором коробка приводов вспомогательных агрегатов содержит масляный резервуар, который сообщается с камерой через радиальную стойку.
