Коробка привода турбомашины и турбомашина

Авторы патента:


Коробка привода турбомашины и турбомашина
Коробка привода турбомашины и турбомашина
Коробка привода турбомашины и турбомашина
Коробка привода турбомашины и турбомашина

 


Владельцы патента RU 2575512:

СНЕКМА (FR)

Коробка привода в турбомашине для приведения во вращение генератора переменного тока или насоса содержит передаточный вал, направляемый во время вращения в подшипниках и удерживающий шестерню в зацеплении с одной ведущей шестерней при вращении. Один из подшипников является подшипником качения, установленным внутри шестерни и в радиальной плоскости, содержащей шестерню и ведущую шестерню. Другой подшипник является подшипником скольжения, воспринимающим усилия колебания передаточного вала. Другое изобретение относится к турбореактивному или турбовинтовому двигателю, содержащему указанную выше коробку привода. Группа изобретений позволяет снизить вес коробки приводов, за счет уменьшения веса и габаритов подшипника скольжения. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к коробке привода агрегатов турбомашины, предназначенной для приведения устройства турбомашины во вращение.

В турбомашине различные устройства, такие как, в частности, насосы для производства гидравлической энергии, снабжения топливом, смазки, электрогенераторы для производства электрической мощности и т.д., приводятся во вращение посредством коробки привода, сопряженной с валом турбомашины.

Каждое устройство содержит вращающийся вал, соединенный во вращении с передаточным валом коробки привода. На этом передаточном валу снаружи удерживается шестерня, которая находится в зацеплении с ведущей шестерней, которая сопряжена посредством блока шестерен с валом компрессора турбомашины.

Передаточный вал направляется при вращении своими концами, находящимися в двух подшипниках качения, внешние втулки которых закреплены на стенках коробки привода.

Для уменьшения стоимости коробки привода прибегают к стандартным подшипникам качения. В связи с этим использованные подшипники качения часто имеют завышенный размер по сравнению с тем, который требуется при применении. Использование подшипников качения, специально адаптированных для предусматриваемых применений, позволили бы уменьшить массу коробки привода, но очень незначительно, поскольку это оказывало бы крайне малое влияние, или вообще не оказывало бы влияния на определение размеров коробки привода, различных резьбовых конструктивных элементов, средств смазки и т.д.

Стенки коробки привода также содержат выступы установки подшипников качения. Эти части коробки также усилены для того, чтобы обеспечить прохождение усилий при работе, что ведет к утяжелению коробки привода. Кроме того, каждый подшипник нуждается в специальной системе смазки, что дополнительно усложняет конструктивное исполнение коробки привода.

Задачей настоящего изобретения является, в частности, разработка простого, эффективного и экономически выгодного решения этих проблем современной техники.

Для решения задачи предлагается коробка привода в турбомашине для приведения во вращение, по меньшей мере, одного вращающегося устройства, генератора переменного тока или насоса, содержащего передаточный вал, направляемый во время вращения в подшипниках и удерживающий шестерню в зацеплении, по меньшей мере, с одной ведущей шестерней во вращении, в которой один из подшипников является подшипником качения, установленным внутри шестерни и в радиальной плоскости, содержащей шестерню и ведущую шестерню, а другой подшипник является подшипником скольжения восприятия усилий колебаний передаточного вала.

Согласно изобретению, передаточный вал направляется посредством только одного подшипника качения, причем другой подшипник является подшипником скольжения, который не содержит катящихся конструктивных элементов. Размещение подшипника качения в радиальной плоскости, содержащей шестерню и ведущую шестерню, позволяет воспринимать любые радиальные усилия зацепления шестерни и ведущей шестерни. Подшипник скольжения не обеспечивает восприятия радиальных усилий, но обеспечивает восприятие лишь усилий колебания передаточного вала. Таким образом, представляется возможным значительно уменьшить его габаритные размеры, что позволяет рассматривать оптимизацию массы коробки привода.

Замена подшипника качения подшипником скольжения позволяет уменьшить количество дорогостоящих деталей в коробке привода. Кроме того, поскольку подшипник скольжения незначительно нагружен, как это в случае коробок привода согласно изобретению, он не нуждается в специальном снабжении маслом и признается более надежным, чем подшипник качения. Смазка подшипника скольжения в действительности осуществляется посредством окружающего масляного тумана. Согласно другому отличительному признаку изобретения, на концах передаточного вала установлены два подшипника.

Предпочтительно, чтобы осевое перемещение вала в коробке привода, согласно изобретению, было ограничено двумя осевыми упорами, один из которых образован кольцевым выступающим краем заднего конца внешней втулки подшипника качения, а другой образован передним кольцевым выступающим краем передаточного вала, взаимодействующего с задним краем неподвижной втулки подшипника скольжения.

Эти два упора позволяют ограничить осевое перемещение передаточного вала, обусловленное скольжением подшипника качения по дорожке, что позволяет, таким образом, обеспечить хорошее радиальное выравнивание подшипника качения и шестерни.

Согласно другому отличительному признаку изобретения, шестерня соединена с передаточным валом посредством стенки, имеющей форму усеченного конуса.

Предпочтительно, чтобы подшипник скольжения содержал втулку, установленную в просверленном в стенке коробки привода отверстии. Согласно другому отличительному признаку изобретения, конец передаточного вала, направляемый во время вращения в подшипнике скольжения, образует втулку с зубчатой внутренней поверхностью, которая предназначена для размещения в ней зубчатого конца вращающегося вала вращающегося устройства.

Подшипник скольжения может быть выполнен из бронзы или композитного материала.

Также, согласно другому отличительному признаку изобретения, подшипник качения содержит внутреннюю втулку, установленную на цилиндрической опорной поверхности передаточного вала, и внешнюю втулку, удерживаемую цилиндрической насадкой, жестко соединенной со стенкой коробки привода.

Подшипник качения может быть подшипником типа роликоподшипника или шарикоподшипником. Роликоподшипник имеет преимущество по сравнению с шарикоподшипником, которое заключается в обеспечении лучшего восприятия радиальных усилий зацепления шестерни. Изобретение также относится к турбомашине, турбореактивному или турбовинтовому двигателю, содержащей коробку привода, описанную ранее.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием неограничительного варианта осуществления изобретения, приводимым со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг. 1 представляет собой схематический вид осевого сечения турбомашины;

- фиг. 2 представляет собой схематический вид осевого сечения части коробки привода на основе достигнутого уровня техники;

- фиг. 3 представляет собой схематический вид осевого сечения части коробки привода согласно изобретению;

- фиг. 4 представляет собой схематический вид осевого сечения части коробки привода варианта практической реализации коробки привода согласно изобретению.

Вначале ссылка делается на фиг. 1, на которой изображена турбомашина 10, содержащая, от направления вверх по потоку до направления вниз по потоку воздуходувку 12, компрессор низкого давления 14, промежуточный корпус 16, компрессор высокого давления 18, камеру сгорания 20, турбину высокого давления 21 и турбину низкого давления 22. Воздух, поступающий в турбомашину, делится на поток первичного воздуха (стрелка А), который перемещается внутри компрессоров низкого и высокого давления 14, 18 к камере сгорания 20, а затем через турбины высокого и низкого давления 21, 22, и на поток вторичного воздуха (стрелка В), который огибает компрессор 14, 18, камеру сгорания 20 и турбину 21, 22.

Промежуточный корпус 16 содержит конструктивные поперечины 24, радиально вытянутые наружу. Одна из поперечин 24 промежуточного корпуса 16 содержит радиальный вал 26, внутренний конец которого соединен парой конических шестерен с ведущим валом 28 компрессора высокого давления 18. Внешний радиальный конец радиального вала 26 соединен другой парой конических шестерен на входе коробки привода 32, содержащей ведущие шестерни множества устройств, таких как, например, масляный насос, гидравлический насос, топливный насос, стартер и электрогенератор.

На фиг. 2 изображена часть коробки привода 32 на основе известного уровня техники. Такая коробка привода 32 содержит переднюю боковую стенку 34 и заднюю боковую стенку 36, между которыми расположено множество передаточных валов 38, каждый из которых соединен с вращающимся устройством 40.

Передаточный вал 38 направляется во время вращения своими концами в двух подшипниках качения, один из которых является шарикоподшипником 42, а другой - роликоподшипником 44. Каждый подшипник 42, 44 содержит внутреннюю втулку 46, удерживаемую передаточным валом 38, и внешнюю втулку 48, закрепленную посредством болта 50 на выступах 52 передней 34 и задней 36 стенок. На каждый подшипник 42, 44 подается масло посредством специальной системы смазки.

Передаточный вал 38 удерживает шестерню 54, расположенную между двумя подшипниками качения 42, 44 и находящуюся в зацеплении с зацеплении с ведущей шестерней 56.

Корпус 40 устройства закреплен путем болтового соединения или крепежного хомута на передней боковой стенке 34. Это устройство содержит ведущий вал 58, внешняя поверхность которого содержит осевые пазы, установленные в дополнительные осевые пазы передаточного вала 38.

В процессе эксплуатации радиальные нагрузки, обусловленные зацеплением шестерни 54 с ведущей шестерней 56, воспринимаются двумя подшипниками 42 и 44.

Данный тип конструкции вместе с тем не является удовлетворительным, поскольку он требует использования двух стандартных подшипников качения 42, 44, которые часто имеют завышенный габаритный размер. В изобретении предлагается решение, позволяющее устранить этот недостаток, а также ранее перечисленные недостатки путем замены шарикоподшипника подшипником скольжения 60 и перемещения роликоподшипника 62 в радиальной плоскости ведущей шестерни 56. Как показано на фиг. 3, передаточный вал 64 содержит по существу цилиндрическую переднюю часть 66, конец которой вставляется и направляется при вращении во втулке 68 подшипника скольжения 60. Данная втулка установлена в отверстии в передней стенке 34 шестеренчатой коробки передач 61 и содержит выступающий край 70, закрепленный болтами на передней стенке 34.

Задний конец передаточного вала 64 содержит цилиндрическую опорную поверхность 72, удерживающую внутреннюю втулку 74 роликоподшипника 62. Внешняя втулка 76 этого подшипника удерживается передним концом цилиндрической насадки 77, жестко соединенной с задней стенкой 36 шестеренчатой коробки передач 61.

Задний конец внешней втулки 7 6, жестко соединенный с насадкой 77, содержит радиальный кольцевой выступающий край 7 9, ориентированный внутрь. Вал 64 содержит буртик 81, на который опирается задний конец кольца 83, содержащий на своем переднем конце радиальный кольцевой выступающий край 85. Кольцо 83 в осевом направлении рассчитано таким образом, чтобы кольцевой выступающий край 85 был расположен с заднего конца неподвижной втулки 68 с зазором, равным зазору, разделяющему роликоподшипник с упором 79. Два кольцевых выступающих края 79, 85 образуют осевые упоры, ограничивающие перемещение оси ротора ввиду скользящего перемещения роликоподшипника по своей дорожке. Эти упоры 7 9, 85 позволяют, таким образом, сохранять расположение на одной линии подшипника качения 62 с шестерней 56. Интегрирование упора 85, ограничивающего скользящее перемещение вала 64, к задней стенке 36, стало необходимым в связи с тем, что используется подшипник скольжения 60 вместо подшипника качения, который ранее интегрировал кольцевой выступающий край, образующий второй осевой упор.

Шестерня 78, удерживаемая валом 64, находится в зацеплении на внешней окружности с ведущей шестерней 56. Зубья, находящиеся в зацеплении с колесом и шестерней, расположены в радиальной плоскости, проходящей через роликоподшипник 62. Шестерня 78 соединена на переднем конце цилиндрической опорной поверхности 72 стенкой, образованной в результате вращения, содержащей первую внешнюю часть 8, по существу радиальную, и вторую внутреннюю часть 82, имеющую форму усеченного конуса, соединенную с цилиндрической опорной поверхностью 72. Эта часть стенки 84, имеющая форму усеченного конуса, высвобождает на валу 64 пространство, которое можно использовать для установки роликоподшипника 62 против ведущей шестерни 56.

Согласно варианту осуществления изобретения, изображенному на фиг. 4, насадка 86, удерживающая внешнюю втулку 76, жестко соединена с передней стенкой 34 коробки привода. Согласно данному варианту, шестерня 88, соединенная с задним концом вала 64, содержит первую внешнюю часть 90, имеющую форму усеченного конуса, которая удерживает зубья, находящиеся в зацеплении с зубьями шестерни 56, и вторую по существу радиальную внутреннюю часть 92. Благодаря такой установке, вал 64 и два подшипника 60, 62 удерживаются передней стенкой 34 коробки привода, что изначально позволяет осуществить более простой монтаж, чем упомянутой совокупности. Осевое удержание вала 64 осуществляется аналогичным образом, описание которого было приведено со ссылкой на фиг. 3.

Благодаря установке согласно изобретению, радиальная нагрузка может быть полностью воспринята роликоподшипником 62, в то время как подшипник скольжения 60 служит для того, чтобы избежать качания передаточного вала 64. Радиальный размер подшипника скольжения 60 может быть уменьшен по сравнению с размером шарикоподшипника. Такой подшипник скольжения 60 также признается более надежным, чем шарикоподшипник, и не требует обязательной специальной системы смазки.

Изобретение не ограничено применением роликоподшипника, как это описано со ссылкой на фиг. 3 и 4, и было бы возможно заменить роликоподшипник шарикоподшипником.

Хотя на фиг. 3 показано только одно устройство 40, ясно, что изобретение применимо для всех передаточных валов коробки привода.

1. Коробка (61) привода в турбомашине для приведения во вращение, по меньшей мере, одного вращающегося устройства, генератора переменного тока или насоса, содержащая передаточный вал (64), направляемый во время вращения в подшипниках (60, 62) и удерживающий шестерню (78) в зацеплении, по меньшей мере, с одной ведущей шестерней (56) при вращении, при этом один из подшипников является подшипником качения (62), установленным внутри шестерни (78) и в радиальной плоскости, содержащей шестерню (78) и ведущую шестерню (56), при этом другой подшипник является подшипником скольжения (60) восприятия усилий колебания передаточного вала.

2. Коробка по п. 1, в которой два подшипника (60, 62) установлены на концах передаточного вала (64).

3. Коробка по п. 1, в которой подшипник скольжения (60) содержит втулку (68), установленную в отверстии (34), просверленном в стенке шестеренчатой коробки передач.

4. Коробка по п. 3, в которой один конец передаточного вала (64) направляется во время вращения в подшипнике скольжения (60).

5. Коробка по п. 1, в которой подшипник скольжения (60) выполнен из бронзы или композитного материала.

6. Коробка по п. 1, в которой подшипник качения (62) содержит внутреннюю втулку (74), установленную на передаточном валу (64), и внешнюю втулку (76), удерживаемую цилиндрической насадкой (77, 86), жестко соединенной со стенкой (34, 36) коробки (61) привода.

7. Коробка по п. 6, в которой осевое перемещение вала (64) ограничено двумя осевыми упорами (79, 85), один из которых образован кольцевым выступающим краем заднего конца внешней втулки (76), а другой образован передним кольцевым выступающим краем передаточного вала (64), взаимодействующим с задним концом неподвижной втулки (68) подшипника скольжения (60).

8. Коробка по п. 1, отличающаяся тем, что шестерня (78) соединена с передаточным валом (64) посредством стенки, имеющей форму усеченного конуса (84, 90).

9. Коробка по п. 1, отличающаяся тем, что конец передаточного вала (64), направляемый подшипником скольжения (60), образует втулку с внутренней зубчатой поверхностью, которая предназначена для размещения в ней зубчатого конца вращающегося вала (58) вращающегося устройства.

10. Коробка по п. 1, отличающаяся тем, что подшипник качения является подшипником типа роликоподшипника или шарикоподшипника.

11. Турбомашина, турбореактивный или турбовинтовой двигатель, отличающаяся тем, что содержит коробку привода (61) по п. 1.



 

Похожие патенты:

Промежуточный корпус (20) вентиляторного отсека турбореактивного двигателя (Cs) содержит: обечайку (22), кольцевую щеку (24), подвесную балку (28) и коробку приводов агрегатов (30).

Устройство изменения передаточного отношения между валом турбины и валом стартера-генератора содержит первое и второе жестко закрепленные зубчатые колеса, установленные на валу стартера-генератора, первое и второе промежуточные зубчатые колеса, переключающую муфту, а также средство, вызывающее ее поступательное перемещение.

Узел коробки привода агрегатов и резервуара для смазывающей жидкости турбореактивного двигателя содержит коробку с двумя отсеками и перегородку, разделяющую отсеки между собой.

Удерживающий кронштейн авиационного оборудования содержит фланец присоединения к несущей конструкции, траверсу крепления оборудования и промежуточный элемент жесткости, выполненные из одной согнутой пластины листового металла.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве газотурбинного привода внешней нагрузки. .

Валоповоротное и пусковое устройство газотурбинной установки содержит приводной двигатель, редуктор и обгонную муфту ротора компрессора. Редуктор содержит трехвальную соосную коробку передач с парами взаимозацепленных шестерен и простой трехзвенный планетарный механизм. На входном валу коробки передач свободно установлены две шестерни, между ними закреплен первый зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения, и трубчатый выходной вал со свободно расположенной на нем шестерней. На переднем торце трубчатого выходного вала закреплен зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения, а на втором зубчатом венце этого вала установлена сдвоенная двухпозиционная муфта с внутренним свободно установленным зубчатым венцом. Рядом с вторым зубчатым венцом трубчатого вала расположены второй зубчатый венец входного вала, зубчатые венцы вала привода солнечной шестерни и трубчатого вала привода водила планетарного механизма. Сателлиты, расположенные на осях водила, зацеплены с солнечной шестерней, а также с эпициклическим колесом, которое закреплено на выходном трубчатом валу с зубчатым венцом, рядом с ним расположен зубчатый венец выходного вала водила. Двухпозиционная муфта установлена на зубчатом венце стенки корпуса редуктора рядом с зубчатым венцом трубчатого вала эпициклического колеса. Соосно выходному валу водила расположен выходной вал редуктора с зубчатым венцом и двухпозиционной двухвенцовой муфтой переключения. На входном валу рядом с первым зубчатым венцом трубчатого выходного вала свободно установлена шестерня. Два блока шестерен расположены на оси, установленной параллельно входному валу. На шестернях между блоками расположена двухпозиционная муфта переключения с противоположно развернутыми полумуфтами, взаимосвязанными общей вилкой переключения. Изобретение позволяет увеличить число передач и диапазон передаточных чисел валоповоротного и пускового устройства. 2 ил.

Турбореактивный двигатель содержит промежуточный картер с радиальными рукавами и приводным валом коробки зубчатых передач вспомогательных механизмов. Приводной вал установлен в радиальном рукаве, причем рукав включает промежуточный подшипник для опоры приводного вала. Промежуточный подшипник включает в себя множество подшипников качения для опоры приводного вала. Приводной вал содержит первый элемент вала, один концевой участок которого соединен посредством механической трансмиссии с валом турбореактивного двигателя, и второй элемент вала, один концевой участок которого соединен посредством механической трансмиссии с коробкой зубчатых передач. Первый и второй элементы вала связаны соединением, в котором один концевой участок второго элемента вала вставляют в цилиндрический полый концевой участок первого элемента вала и которое осуществляется посредством множества взаимодополняющих выемок, расположенных в первом элементе вала и во втором элементе вала. Через множество выемок и множество подшипников качения поперечно проходит одна и та же плоскость. Изобретение позволяет снизить напряжения в промежуточном подшипнике, вызванные смещением двух элементов приводного вала. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Валоповоротное и пусковое устройство газотурбинной установки содержит приводной двигатель, редуктор и обгонную муфту ротора компрессора. Редуктор содержит коробку передач с тремя парами взаимозацепленных шестерен и простой трехзвенный планетарный механизм. На входном валу коробки передач свободно установлены две шестерни, между ними закреплен зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения. Зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения трубчатого выходного вала закреплен на переднем торце, расположенном между вторым и третьим рядами шестерен. На втором зубчатом венце трубчатого выходного вала установлена сдвоенная двухпозиционная муфта, рядом с ней расположены зубчатые венцы вала привода солнечной шестерни и трубчатого вала привода водила планетарного механизма. Сателлиты, расположенные на осях водила, зацеплены с солнечной шестерней, а также с эпициклическим колесом, которое закреплено на выходном трубчатом валу с зубчатым венцом, рядом с ним расположен зубчатый венец выходного вала водила. Двухпозиционная муфта установлена на зубчатом венце стенки корпуса редуктора рядом с зубчатым венцом трубчатого вала эпициклического колеса. На выходе установлен второй трехзвенный планетарный механизм, а коробка передач выполнена несоосной. Параллельно входному валу расположен вторичный вал со свободно установленными блоком из двух шестерен и трубчатый выходной вал со свободно расположенной на нем шестерней, с закрепленными на вторичном валу тремя зубчатыми венцами. Первый зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения закреплен на торце между корпусом и блоком шестерен, второй зубчатый венец закреплен между зубчатыми венцами трубчатого выходного вала коробки передач и трубчатого входного вала водила первого планетарного механизма, третий зубчатый венец расположен между зубчатыми венцами трубчатого выходного вала первого планетарного механизма и трубчатым входным валом водила второго планетарного механизма. Обойма с пятипозиционным зубчатым венцом свободно установлена на выходе вторичного вала и входе вала привода солнечной шестерни второго планетарного механизма. Выходной вал редуктора закреплен на водиле второго планетарного механизма. Изобретение позволяет увеличить число передач и диапазон передаточных чисел валоповоротного и пускового устройства. 2 ил.
Наверх