Зубчатая система привода вентилятора для газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий такую систему

Авторы патента:


Зубчатая система привода вентилятора для газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий такую систему
Зубчатая система привода вентилятора для газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий такую систему
Зубчатая система привода вентилятора для газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий такую систему
Зубчатая система привода вентилятора для газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий такую систему

 


Владельцы патента RU 2608511:

ЮНАЙТЕД ТЕКНОЛОДЖИЗ КОРПОРЕЙШН (US)

Зубчатая система привода вентилятора газотурбинного двигателя, обеспечивающая понижение частоты вращения между турбиной привода вентилятора и вентилятором, содержит подвеску, обеспечивающую гибкую опору частей зубчатой системы, и смазочную систему, выполненную с возможностью подачи смазочного материала к зубчатой системе и отвода тепловой энергии, выделяющейся в зубчатой системе. Смазочная система обладает функциональной возможностью отвода тепловой энергии в количестве до 2% мощности на входе в зубчатую систему. Зубчатая система выполнена с возможностью передачи входной мощности от турбины привода вентилятора к вентилятору с КПД, превышающим 98%. Другое изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему вентилятор, компрессорную секцию, камеру сгорания, турбину привода вентилятора и указанную выше зубчатую систему привода вентилятора. Группа изобретений позволяет снизить габариты, массу и объем смазочной системы, за счет ограничения ее производительности. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Ссылки на родственные заявки

Данная заявка испрашивает приоритет по временной патентной заявке США 61/653731, поданной 31 мая 2012 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к газотурбинным двигателям, а точнее, к конструкции зубчатой передачи для привода вентилятора газотурбинного двигателя.

Уровень техники

Газотурбинный двигатель обычно содержит вентиляторную секцию, компрессорную секцию, секцию камеры сгорания и турбинную секцию. Воздух, поступающий в компрессорную секцию, подвергают сжатию и доставляют в секцию камеры сгорания, где его смешивают с топливом и воспламеняют, чтобы создать высокоскоростной поток выходящих газов. Высокоскоростной поток выходящих газов расширяют в турбинной секции, чтобы приводить в движение компрессорную и вентиляторную секции. Компрессорная секция обычно состоит из компрессора низкого давления и компрессора высокого давления, и турбинная секция содержит турбину низкого давления и турбину высокого давления.

Турбина высокого давления приводит во вращение компрессор высокого давления через наружный вал, чтобы образовать высокооборотный каскад двигателя, а турбина низкого давления приводит во вращение компрессор низкого давления через внутренний вал, чтобы образовать низкооборотный каскад двигателя. Устройство понижения оборотов, такое как планетарный зубчатый редуктор, может быть использовано для приведения во вращение вентиляторной секции чтобы вентиляторная секция могла вращаться с частотой, отличающейся от частоты вращения турбинной секции, чтобы увеличить общий тяговый коэффициент полезного действия двигателя. КПД передачи мощности зубчатым редуктором представляет вопрос для рассмотрения при разработке вентилятора с редукторным приводом. Мощность или энергия, которая не передана через редуктор, обычно вызывает образование тепла, отводимого смазочной системой. Чем больше образуется тепла, тем более габаритной и тяжелой получается смазочная система.

Хотя архитектура зубчатой передачи может обеспечить увеличение тягового КПД, другие факторы, включая отвод тепла и смазку, могут частично уменьшать этот увеличенный КПД Соответственно, производители турбинных двигателей продолжают поиски путей дополнительного улучшения показателей двигателей, включая увеличение теплового, передаточного и тягового КПД.

Из US 6,223,616 известна зубчатая система, включающая в себя все признаки ограничительной части независимого пункта 1 формулы настоящего изобретения.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задачей настоящего изобретения является уменьшение и облегчение зубчатой системы привода вентилятора газотурбинного двигателя. Указанная задача решается за счет ограничения производительности смазывающей системы, а, следовательно, и снижения габаритов, массы и объема смазочной системы.

Зубчатая система привода вентилятора для газотурбинного двигателя согласно варианту осуществления данного изобретения помимо других возможных компонентов содержит зубчатую систему, обеспечивающую понижение частоты вращения между турбиной привода вентилятора и вентилятором, подвеску, обеспечивающую гибкую опору частей зубчатой системы, и смазочную систему, выполненную с возможностью подачи смазочного материала к зубчатой системе и отвода тепловой энергии, выделяющейся в зубчатой системе, причем смазочная система обладает функциональной возможностью отвода тепловой энергии количеством приблизительно до 2% мощности на входе в зубчатую систему.

В последующем варианте осуществления вышеупомянутой зубчатой системы привода вентилятора зубчатая система выполнена с возможностью передачи входной мощности от турбины привода вентилятора к вентилятору с КПД, превышающим приблизительно 98%.

В последующем варианте осуществления любой вышеупомянутой зубчатой системы привода вентилятора смазочная система обладает функциональной возможностью отвода тепловой энергии количеством приблизительно до 1% мощности на входе в зубчатую систему.

В последующем варианте осуществления любой вышеупомянутой зубчатой системы привода вентилятора смазочная система содержит основную смазочную систему, обеспечивающую подачу смазки к зубчатой системе, и вспомогательную смазочную систему, выполненную с возможностью подачи смазки к зубчатой системе в ответ на прерывание подачи смазки от основной смазочной системы.

В последующем варианте осуществления любой вышеупомянутой зубчатой системы привода вентилятора указанная подвеска содержит ограничитель нагрузки для ограничения перемещения зубчатой системы в ответ на возникновение состояния дисбаланса.

В последующем варианте осуществления любой вышеупомянутой зубчатой системы привода вентилятора зубчатая система содержит солнечную шестерню, приводимую во вращение турбиной привода вентилятора, неподвижное водило, ряд сателлитов, установленных на водиле и приводимых во вращение солнечной шестерней, и зубчатый венец, охватывающий указанный ряд сателлитов.

В последующем варианте осуществления любой вышеупомянутой зубчатой системы привода вентилятора указанная подвеска содержит первую гибкую связь между входным валом, приводимым во вращение турбиной привода вентилятора, и солнечной шестерней, и вторую гибкую связь между неподвижной конструкцией и водилом.

В последующем варианте осуществления любой вышеупомянутой зубчатой системы привода вентилятора зубчатая система содержит солнечную шестерню, приводимую во вращение турбиной привода вентилятора, вращающееся водило, ряд сателлитов, установленных на водиле и приводимых во вращение солнечной шестерней, и зубчатый венец, охватывающий указанный ряд сателлитов.

В последующем варианте осуществления любой вышеупомянутой зубчатой системы привода вентилятора указанная подвеска содержит первую гибкую связь между входным валом, приводимым во вращение турбиной привода вентилятора, и солнечной шестерней, и вторую гибкую связь между неподвижной конструкцией и зубчатым венцом.

Газотурбинный двигатель согласно варианту осуществления данного изобретения помимо других возможных компонентов содержит вентилятор, содержащий множество вентиляторных лопастей, выполненных с возможностью вращения вокруг оси, компрессорную секцию, камеру сгорания, по газовому потоку сообщающуюся с компрессорной секцией, турбину привода вентилятора, по газовому потоку сообщающуюся с камерой сгорания, зубчатую систему, выполненную с возможностью понижения частоты вращения между турбиной привода вентилятора и вентилятором, при этом зубчатая система выполнена с возможностью передачи входной мощности от турбины привода вентилятора к вентилятору с КПД, превышающим приблизительно 98%, подвеску, обеспечивающую гибкую опору частей зубчатой системы, и смазочную систему, выполненную с возможностью подачи смазки к зубчатой системе и отвода от зубчатой системы тепловой энергии, выделяющейся в зубчатой системе.

В последующем варианте осуществления вышеупомянутого газотурбинного двигателя смазочная система обладает функциональной возможностью отвода тепловой энергии количеством приблизительно до 2% мощности на входе в зубчатую систему.

В последующем варианте осуществления любого вышеупомянутого газотурбинного двигателя смазочная система обладает функциональной возможностью отвода тепловой энергии количеством приблизительно до 1% мощности на входе в зубчатую систему.

В последующем варианте осуществления любого вышеупомянутого газотурбинного двигателя смазочная система содержит основную смазочную систему, обеспечивающую подачу смазки к зубчатой системе, и вспомогательную смазочную систему, выполненную с возможностью подачи смазки к зубчатой системе в ответ на прерывание подачи смазки от основной смазочной системы.

В последующем варианте осуществления любого вышеупомянутого газотурбинного двигателя зубчатая система содержит солнечную шестерню, приводимую во вращение турбиной привода вентилятора, неподвижное водило, ряд сателлитов, установленных на водиле и приводимых во вращение солнечной шестерней, и зубчатый венец, охватывающий указанный ряд сателлитов, при этом указанная подвеска содержит первую гибкую связь между входным валом, приводимым во вращение турбиной привода вентилятора, и солнечной шестерней, и вторую гибкую связь между неподвижной конструкцией и водилом.

В последующем варианте осуществления любого вышеупомянутого газотурбинного двигателя зубчатая система содержит солнечную шестерню, приводимую во вращение турбиной привода вентилятора, вращающееся водило, ряд сателлитов, установленных на водиле и приводимых во вращение солнечной шестерней, и зубчатый венец, охватывающий указанный ряд сателлитов, при этом указанная подвеска содержит первую гибкую связь между входным валом, приводимым во вращение турбиной привода вентилятора, и солнечной шестерней, и вторую гибкую связь между неподвижной конструкцией и зубчатым венцом.

В последующем варианте осуществления любого вышеупомянутого газотурбинного двигателя указанная подвеска содержит ограничитель нагрузки для ограничения перемещения зубчатой системы в ответ на возникновение неравновесного состояния.

В последующем варианте осуществления любого вышеупомянутого газотурбинного двигателя зубчатая система обеспечивает редукцию со значением передаточного отношения больше, чем приблизительно 2,3.

В последующем варианте осуществления любого вышеупомянутого газотурбинного двигателя указанный вентилятор доставляет часть воздуха в байпасный канал, при этом определена степень двухконтурности, как отношение части воздуха, подаваемой в байпасный канал, к количеству воздуха, подаваемого в компрессорную секцию, причем значение степени двухконтурности больше, чем приблизительно 6,0.

В последующем варианте осуществления любого вышеупомянутого газотурбинного двигателя значение степени повышения давления в вентиляторе меньше, чем приблизительно 1,5.

В последующем варианте осуществления любого вышеупомянутого газотурбинного двигателя, вентилятор содержит 26 лопастей или менее.

Обеспечиваемый настоящим изобретением технический результат заключается в возможности обеспечения сравнительно небольшой и легкой смазочной системы, что положительно сказывается на КПД газотурбинного двигателя.

Хотя в различных примерах фигурируют изображенные на чертежах конкретные компоненты, варианты осуществления изобретения не ограничены этими конкретными сочетаниями компонентов. Некоторые из компонентов или признаков из одного из примеров можно использовать в сочетании с компонентами или признаками из другого из примеров.

Эти, а также другие раскрытые признаки должны быть понятны из нижеследующего описания и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематически изображает пример газотурбинного двигателя.

Фиг. 2 схематически изображает пример зубчатой системы привода вентилятора с планетарной передачей с фиксированным водилом.

Фиг. 3 схематически изображает пример зубчатой системы привода вентилятора с планетарной передачей с фиксированным зубчатым венцом.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематически изображен пример газотурбинного двигателя 20, содержащего вентиляторную секцию 22, компрессорную секцию 24, секцию 26 камеры сгорания, и турбинную секцию 28. В ином варианте, среди других систем и функций двигатель мог бы включать в себя форсажную секцию (не показана). Вентиляторная секция 22 приводит воздух в движение вдоль внешнего контура В двигателя, в то время как компрессорная секция 24 приводит воздух в движение вдоль внутреннего контура С двигателя с целью его сжатия и подачи в секцию 26 камеры сгорания. В секции 26 камеры сгорания воздух смешивают с топливом, и смесь воспламенют, чтобы сформировать выходящий газовый поток высокого давления, расширяющийся в турбинной секции 28, где из потока извлекают энергия и используют для привода вентиляторной секции 22 и компрессорной секции 24.

Хотя описанный вариант осуществления изобретения, не имеющий ограничительного характера, описывает турбовентиляторный газотурбинный двигатель, следует понимать, что описанные идеи не ограниченны применением только к турбовентиляторным двигателям, поскольку идеи изобретения применимы и к другим типам турбинных двигателей, например, к турбинному двигателю с трехкаскадной архитектурой, при которой три каскада вращаются соосно вокруг общей оси, причем в низкооборотном каскаде турбина низкого давления приводит во вращение вентилятор через редуктор, в среднеоборотном каскаде турбина среднего давления приводит во вращение первый компрессор компрессорной секции, а в высокооборотном каскаде турбина высокого давления приводит во вращение компрессор высокого давления компрессорной секции.

Рассматриваемый в примере двигатель 20 в общем содержит низкооборотный каскад 30 и высокооборотный каскад 32, установленные для вращения вокруг центральной продольной оси А двигателя относительно неподвижной конструкции 36 двигателя на системе нескольких подшипников 38. Следует понимать, что в ином варианте или дополнительно могут быть предусмотрены различные системы подшипников 38 в различных местах.

Низкооборотный каскад 30 в общем содержит внутренний вал 40, который соединяет вентилятор 42 и компрессорную секцию 44 низкого давления (или первую компрессорную секцию) с турбинной секцией 46 низкого давления (или первой турбинной секцией). Внутренний вал 40 приводит во вращение вентилятор 42 через устройство изменения оборотов, например, зубчатую трансмиссию 48 с целью вращения вентилятора 42 с более низкой частотой, чем частота вращения низкооборотного каскада 30. Высокооборотный каскад 32 содержит наружный вал 50, соединяющий между собой компрессорную секцию 52 высокого давления (или вторую компрессорную секцию) и турбинную секцию 54 высокого давления (или вторую турбинную секцию). Внутренний вал 40 и наружный вал 50 являются соосными и вращаются на системе подшипников 38 вокруг центральной продольной оси А двигателя.

Камера 56 сгорания расположена между компрессором 52 высокого давления и турбиной 54 высокого давления. Согласно одному примеру, турбина 54 высокого давления содержит по меньшей мере две ступени и образует двухступенчатую турбину 54 высокого давления. Согласно другому примеру, турбина 54 высокого давления содержит только одну ступень. Согласно используемой в описании терминологии, компрессор или турбина «высокого давления» испытывают более высокое давление, чем соответствующий компрессор или турбина «низкого давления».

В данном примере значение степени понижения давления в турбине больше, чем приблизительно 5. Степень понижения давления в турбине 46 в данном примере измеряют как отношение давления перед входом в турбину к давлению на выходе турбины перед выпускным соплом.

Межтурбинная рама 58 неподвижной конструкции 36 двигателя расположена в общем между турбиной 54 высокого давления и турбиной 46 низкого давления. Межтурбинная рама 58 также несет на себе системы подшипников 38 в турбинной секции 28, а также устанавливает газовый поток, поступающий в турбину 46 низкого давления.

Воздушный поток С внутреннего контура двигателя подвергают сжатию компрессором 44 низкого давления, затем - компрессором 52 высокого давления, смешивают с топливом и воспламеняют в камере 56 сгорания для создания высокоскоростного потока выходящих газов, которые затем расширяются, проходя через турбину 54 высокого давления и турбину 46 низкого давления. Межтурбинная рама 58 содержит лопатки 60, находящиеся в канале газового потока внутреннего контура двигателя и действующие в качестве лопаток входного направляющего аппарата турбины 46 низкого давления. Использование лопаток 60 межтурбинной рамы 58 в качестве входных направляющих лопаток турбины 46 низкого давления сокращает длину турбины 46 низкого давления без уменьшения осевой длины межтурбинной рамы 58. Сокращение числа лопаток турбины 46 низкого давления или исключение указанных лопаток приводит к сокращению осевой длины турбинной секции 28. Таким образом, газотурбинный двигатель 20 становится более компактным, и может быть достигнута более высокая плотность мощности.

Описанный газотурбинный двигатель, согласно одному примеру, является авиационным двигателем с редуктором и высокой степенью двухконтурности. Согласно другому примеру, газотурбинный двигатель 20 обладает значением степенью двухконтурности больше, чем приблизительно шесть (6), а согласно примеру осуществления - больше, чем приблизительно десять (10). Зубчатая трансмиссия 48, согласно примеру, представляет собой планетарную зубчатую передачу, например, с фиксированным зубчатым венцом, с фиксированным водилом или иную известную зубчатую передачу со значением передаточного отношения больше, чем приблизительно 2,3.

Согласно одному раскрываемому варианту осуществления, значение степени двухконтурности газотурбинного двигателя 20 составляет больше, чем приблизительно десять (10:1), а диаметр вентилятора значительно больше наружного диаметра компрессора 44 низкого давления. Однако следует понимать, что вышеприведенные параметры являются лишь примером одного варианта осуществления газотурбинного двигателя с зубчатой трансмиссией, и что данное изобретение применимо и к другим газотурбинным двигателям.

Значительная доля тяги создается потоком В внешнего контура двигателя благодаря высокой степени двухконтурности. Вентиляторная секция 22 двигателя 20 предназначена для определенных полетных условий - обычно на крейсерский полет со скоростью 0,8 М на высоте приблизительно 10670 м. Полетные условия при 0,8 М и 10670 м, когда двигатель находится в режиме оптимального расхода топлива, также известны как условия «крейсерского минимума удельного расхода топлива по тяге» (TSFC, Thrust Specific Fuel Consumption) - стандартного промышленного параметра, выражающегося в килограммах массы топлива, сжигаемого в час, приходящегося на килограмм силы тяги, развиваемой двигателем.

«Низкая степень повышения давления в вентиляторе» - это отношение давления только на лопастях вентилятора без учета системы выходных направляющих лопаток вентилятора (FEGV, Fan Exit Guide Vane). Значение низкой степени повышения давления в вентиляторе, как описано в данном документе, согласно одному примеру осуществления, не носящему ограничительного характера, меньше, чем приблизительно 1,50. Согласно другому примеру осуществления, не носящему ограничительного характера, значение низкой степени повышения давления в вентиляторе меньше, чем приблизительно 1,45.

«Низкая окружная скорость лопастей вентилятора с поправкой» - это фактическая окружная скорость концов лопастей вентилятора (в м/с), поделенная на промышленный стандартный температурный поправочный коэффициент [(Tram°R / 518,7)0,5]. Значение «низкой окружной скорости лопастей вентилятора с поправкой», как описано в данном документе, согласно одному примеру осуществления, не носящему ограничительного характера, меньше, чем приблизительно 350,5 м/с.

В данном примере газотурбинный двигатель содержит вентилятор 42, который, согласно одному примеру осуществления, не носящему ограничительного характера, в свою очередь, содержит меньше, чем приблизительно 26 лопастей. Согласно другому примеру осуществления, не носящему ограничительного характера, вентиляторная секция 22 содержит меньше, чем приблизительно 20 лопастей. Кроме того, согласно одному описанному варианту, турбина 46 низкого давления содержит не больше, чем приблизительно 6 рабочих колес, которые на схеме обозначены индексом 34.

Согласно другому примеру осуществления, не носящему ограничительного характера, турбина 46 низкого давления содержит около 3 рабочих колес. Отношение числа лопастей 42 вентилятора к числу рабочих колес турбины низкого давления составляет приблизительно 3,3-8,6. Согласно данному примеру, турбина 46 низкого давления вырабатывает движущую энергию для вращения вентиляторной секции 22, и, поэтому, соотношение числа рабочих колес 34 турбины 46 низкого давления и числа лопастей 42 вентилятора вентиляторной секции 22 отражает пример газотурбинного двигателя 20 с увеличенным КПД передачи мощности. Рассматриваемый в примере газотурбинный двигатель содержит смазочную (масляную) систему 98. Смазочная система 98 подает поток смазки к вращающимся компонентам газотурбинного двигателя, включая узлы подшипников 38 и зубчатую трансмиссию 48.

Рассматриваемая в примере смазочная система 98 содержит основную систему 80, которая подает смазку при нормальных условиях работы газотурбинного двигателя. В состав газотурбинного двигателя также входит вспомогательная система 82, как дополнение к основной смазочной системе 80. Габариты и вес смазочной системы 98 напрямую зависят от ее способности отводить тепло от зубчатой трансмиссии 48. Чем больше требуется отводить тепла, тем крупнее и тяжелее становится смазочная система 98. Поэтому количество тепла, выделяющееся в зубчатой трансмиссии, является важным фактором, действующим в конструкции зубчатой системы привода вентилятора.

Согласно фиг. 2, а также фиг 1, упоминаемая в примере зубчатая трансмиссия 48 является частью зубчатой системы 70 привода вентилятора. Рассматриваемая в примере зубчатая трансмиссия 48 содержит планетарную зубчатую передачу 65, которая включает в себя солнечную шестерню 62, приводимую во вращение турбиной 46 привода вентилятора. В данном примере турбина привода вентилятора - это турбина 46 низкого давления. Солнечная шестерня 62, в свою очередь, приводит в движение промежуточные зубчатые колеса 64, установленные на водиле 74 посредством подшипников скольжения. Водило 74 жестко прикреплено к неподвижной конструкции 36 двигателя, и поэтому промежуточные зубчатые колеса 64 не оборачиваются вокруг солнечной шестерни 62. Промежуточные зубчатые колеса 64 сцеплены с зубчатым венцом 66 и приводят во вращение зубчатый венец 66, связанный с валом 68 вентилятора, приводя в движение вентилятор 42.

Планетарная зубчатая передача 65 закреплена в гибком подвесе, чтобы она могла быть изолирована от вибраций и случайных движений, которые могут нарушать центровку между шестернями 62, 64 и 66. В данном примере гибкие подвесы 76 поддерживают водило 74 и сглаживают движение планетарной зубчатой передачи 65 относительно неподвижной конструкции 36. Приведенный в примере гибкий подвес 76 характеризуется гибкостью пружины, которая поглощает отклонения, возникающие при нормальной работе зубчатой системы 70 привода вентилятора.

Передача механической мощности от турбины 46 привода вентилятора через внутренний вал 40 осуществляется через гибкую связь 72. Гибкая связь 72 также характеризуется гибкостью пружины, допускающей определенное отклонение и перекос, чтобы элементы планетарной зубчатой передачи 65 приводились в движение без перекоса.

Хотя гибкая связь 72, а также гибкие подвесы 76 и компенсируют некоторое относительное перемещение, перемещение за пределами желаемых ограничений может пагубно отразиться на сцеплении зубчатых колес, и поэтому предусмотрено устройство 78 ограничения нагрузки (ограничитель нагрузки) в качестве части конструкции крепления зубчатой передачи 65. Устройство 78 ограничения дополнительно обеспечивает упор, противодействующий несбалансированным нагрузкам на зубчатую передачу 65. Соответственно, устройство ограничения не позволяет радиальным несбалансированным нагрузкам и/или перегрузкам кручения разрушать газотурбинный двигатель 20.

В рассматриваемом примере работе зубчатой системы 70 привода вентилятора помогает смазочная система 98. Смазочная система 98 обеспечивает смазку и охлаждение зубчатых колес 62, 64 и 66 наряду с подшипниками, поддерживающими вращение колес. Предпочтительно, чтобы смазочный материал циркулировал как можно быстрее, чтобы поддерживать желаемую температуру. Повышенные температуры отрицательно сказываются на КПД передачи мощности через зубчатую передачу 65.

В данном примере смазочная система 98 содержит основную систему 80, обеспечивающую желаемую подачу смазочного материала в зубчатую передачу 65 и прием смазочного материала из зубчатой передачи 65 через множество патрубков, обозначенных на схеме линией 88. Основная смазочная система 80 также обеспечивает передачу тепла в направлении, указанном стрелками 92, от зубчатой передачи 65 для поддержания желаемой температуры.

Смазочная система 98 также содержит вспомогательную смазочную систему 82, подающую масло в зубчатую передачу 65 в случае временного прерывания подачи масла от основной смазочной системы 80.

КПД рассматриваемой в примере зубчатой передачи 65 и всей зубчатой трансмиссии 48 определяется соотношением входной мощности, схематически показанной на фигуре стрелкой 94 и передаваемой через вал 40 к выходу, и выходной мощности, схематически показанной стрелками 96, и подводимой к валу 68 вентилятора. Отношение выходной мощности 96 к входной мощности 94 - это мера КПД зубчатой передачи. В данном примере, значение КПД зубчатой передачи 65 составляет больше, чем приблизительно 98%. Согласно другому раскрываемому примеру, значение КПД зубчатой передачи 65 составляет больше, чем приблизительно 99%.

Описываемый коэффициент полезного действия - это мера величины мощности 94, конкретно передающейся на вращение вала 68 вентилятора, чтобы вращать сам вентилятор 42. Мощность, не передающаяся через зубчатую передачу 65, теряется в виде тепла и снижает общий КПД зубчатой системы 70 привода вентилятора. Любая разница между входной мощностью 94 и выходной мощностью 96 приводит к выделению тепла. Соответственно, в данном примере нехватка 1-2% мощности между входной мощностью 94 и выходной мощностью 96 порождает тепло. Другими словами, от 1% до 2% входной мощности 94 превращаются в тепловую энергию, которая должна поглощаться смазочной системой 98, чтобы поддерживать температуру смазочного материала в эксплуатационных пределах.

Рассматриваемая в примере смазочная система 98 обеспечивает отбор тепловой энергии равный или меньший приблизительно 2% входной мощности 94, поступающей от турбины 46 низкого давления. Согласно другому примеру осуществления зубчатой системы 70 привода вентилятора, не носящему ограничительного характера, значение КПД зубчатой передачи 65 составляет больше, чем приблизительно 99%, так что только 1% входной мощности, поступающей от турбины 46 низкого давления, преобразуется в тепловую энергию, которую должна отводить смазочная система 98.

Следует понимать, что чем больше способность смазочной системы 98 принимать и отводить тепловую энергию, тем крупнее и тяжелее указанная смазочная система. В данном примере основная смазочная система содержит теплообменник 90, поглощающий тепло 92, образующееся в зубчатой передаче 65. К примеру, теплообменник 90 является одним элементом смазочной системы 98, выполненнным в соответствии с требуемой способностью отвода тепловой энергии. Следует понимать, что и размеры, и веса других элементов, например, смазочных насосов, патрубков, а также общее количество масла в смазочной системе 98 также были бы увеличены, чтобы обеспечить увеличенную охлаждающую способность. Соответственно, желательно увеличивать КПД передачи мощности, чтобы снижать общую требуемую способность к теплопередаче смазочной системы 98.

В данном примере высокий КПД зубчатой передачи 65 позволяет иметь сравнительно небольшую и легкую смазочную систему 98. Смазочная система 98 в данном примере обладает характеристиками, позволящими отводить тепловую энергию, создаваемую не более, чем приблизительно 2% входной мощности 94. Другими словами, смазочная система 98 обладает общей максимальной способностью отбора тепловой энергии равной приблизительно 2% и не превышающей приблизительно 2% входной мощности, поступающей от турбины 46 низкого давления.

Большая способность отвода тепловой энергии приводит к общему увеличению габарита и веса смазочной системы 98. Смазочные системы, требующиеся для отвода более 2% входной мощности 94, требуют более крупных смазочных систем 98, что может отрицательно сказаться на КПД двигателя, и уменьшить тяговый КПД, получающийся за счет редукции оборотов вентилятора.

На фиг. 3, с учетом фиг. 1, раскрыт другой пример планетарной зубчатой передачи 85 с фиксированным зубчатым венцом. В схеме с фиксированным зубчатым венцом планетарные зубчатые колеса (сателлиты) 84 поддерживают водилом 86, выполненным с возможностью вращения относительно оси А двигателя. Солнечная шестерня 62 по-прежнему приводится во вращение от внутреннего вала 40 и турбины 46 низкого давления. Зубчатый венец 66 закреплен на неподвижной конструкции 36 и не имеет возможности вращаться вокруг оси. Соответственно, вращение солнечной шестерни 62 приводит в движение сателлиты 84 внутри зубчатого венца 66. Сателлиты 84 установлены на вращающемся водиле 86, в свою очередь приводящем во вращение вал 68 вентилятора. При такой схеме вал 68 вентилятора и солнечная шестерня 62 вращают в одном направлении, в то время как сателлиты индивидуально вращают в направлении, противоположном направлению вращения солнечной шестерни, но вместе оборачиваются вокруг солнечной шестерни 62 в том же направлении, в каком вращают солнечная шестерня 62.

Рассматриваемая в примере планетарная зубчатая передача, изображенная на фиг. 3, содержит зубчатый венец 66, установленный на гибком подвесе 76. Гибкий подвес 76 допускает некоторое перемещение зубчатой передачи 85 с целью поддержания желаемой центровки в сцеплениях зубчатых колес 62, 83 и 66. Ограничитель 78 предотвращает смещение планетарной зубчатой передачи 85 за желаемые пределы, чтобы воспрепятствовать потенциальным повреждениям, вызываемым радиальными нарушениями центровки и/или нагрузками кручения.

Рассматриваемая в примере турбина 46 низкого давления подает входную мощность 94 для приведения в движение зубчатой передачи 85. Как и в предыдущем примере, данная зубчатая передача 85 передает более 98% входной мощности 94 на вал 68 привода вентилятора в качестве выходной мощности 96. Согласно другому примеру, зубчатая передача 85 передает более 99% входной мощности 94 на вал 68 привода вентилятора в качестве выходной мощности 96.

Разница между входной мощностью 94 и выходной мощностью 96 превращается в тепловую энергию, отводимую смазочной системой 98. В данном примере смазочная система 98 обладает способностью отведения тепла 92 в количестве не большем, чем выделяемое приблизительно 2% входной мощности 94, поступающей от турбины 46 низкого давления. Согласно другому примеру, смазочная система 98 обладает способностью отведения тепла 92 в количестве не большем, чем от приблизительно 1% входной мощности 94. Соответственно, КПД, обеспечиваемый зубчатой передачей 85, дает возможность иметь смазочную систему 98 такого размера, который не уменьшает тяговый КПД, реализуемый за счет вращения вентиляторной секции 22 и турбины 46 низкого давления с раздельными частотами вращения, близкими к оптимальным.

Соответственно, рассматриваемая в примере зубчатая система привода вентилятора обеспечивает увеличение и реализацию тяговых КПД за счет ограничения потерь в форме тепловой энергии, и тем самым дает возможность применять смазочную систему уменьшенных габаритов и уменьшенной способности отбора тепла.

Хотя изобретение было описано на примере предпочтительного варианта осуществления, специалистам в данной области должно быть понятно, что в рамках объема охраны изобретения в него могут быть внесены определенные изменения. По этой причине, для определения объема охраны и содержания данного изобретения, следует обращаться к прилагаемой формуле изобретения.

1. Зубчатая система (70) привода вентилятора для газотурбинного двигателя (20), содержащая:

зубчатую систему (48), которая обеспечивает понижение частоты вращения между турбиной (46) привода вентилятора и вентилятором (42),

подвеску (72, 76), которая обеспечивает гибкую опору частей зубчатой системы (48), и

смазочную систему (98), выполненную с возможностью подачи смазочного материала к зубчатой системе (48) и отвода тепловой энергии, выделяющейся в зубчатой системе (48), отличающаяся тем, что смазочная система (98) обладает функциональной возможностью отвода тепловой энергии в количестве до 2% мощности на входе в зубчатую систему (48), причем зубчатая система (48) выполнена с возможностью передачи входной мощности от турбины (46) привода вентилятора к вентилятору (42) с КПД, превышающим 98%.

2. Зубчатая система (70) привода вентилятора по п. 1, отличающаяся тем, что смазочная система (98) обладает функциональной возможностью отвода тепловой энергии в количестве до 1% мощности на входе в зубчатую систему (48).

3. Зубчатая система (70) привода вентилятора по п. 1, отличающаяся тем, что смазочная система (98) содержит основную смазочную систему (80), обеспечивающую подачу смазки к зубчатой системе (48), и вспомогательную смазочную систему (82), выполненную с возможностью подачи смазки к зубчатой системе (48) в ответ на прерывание подачи смазки от основной смазочной системы (80).

4. Зубчатая система (70) привода вентилятора по п. 1, отличающаяся тем, что указанная подвеска (72, 76) содержит ограничитель нагрузки для ограничения перемещения зубчатой системы (48) в ответ на возникновение состояния дисбаланса.

5. Зубчатая система (70) привода вентилятора по п. 1, отличающаяся тем, что содержит солнечную шестерню (62), приводимую во вращение турбиной (46) привода вентилятора, неподвижное водило (74), ряд сателлитов (64), установленных на водиле (74) и приводимых во вращение солнечной шестерней (62), и зубчатый венец (66), охватывающий указанный ряд сателлитов (64).

6. Зубчатая система (70) привода вентилятора по п. 5, отличающаяся тем, что указанная подвеска (72, 76) содержит первую гибкую связь (72) между входным валом (40), приводимым во вращение турбиной (46) привода вентилятора, и солнечной шестерней (62), и вторую гибкую связь (76) между неподвижной конструкцией (36) и водилом (66).

7. Зубчатая система (70) привода вентилятора по п. 1, отличающаяся тем, что содержит солнечную шестерню (62), приводимую во вращение турбиной (46) привода вентилятора, вращающееся водило (86), ряд сателлитов (84), установленных на водиле (86) и приводимых во вращение солнечной шестерней (62), и зубчатый венец (66), охватывающий указанный ряд сателлитов (84).

8. Зубчатая система (70) привода вентилятора по п. 7, отличающаяся тем, что указанная подвеска (76) содержит первую гибкую связь (72) между входным валом (40), приводимым во вращение турбиной (46) привода вентилятора, и солнечной шестерней (62), и вторую гибкую связь (76) между неподвижной конструкцией (36) и зубчатым венцом (66).

9. Газотурбинный двигатель (20), содержащий:

вентилятор (42), выполненный с возможностью вращения вокруг оси (А) и содержащий ряд вентиляторных лопастей,

компрессорную секцию (24),

камеру (56) сгорания, по газовому потоку сообщающуюся с компрессорной секцией (24),

турбину (46) привода вентилятора, по газовому потоку сообщающуюся с камерой (56) сгорания, и

зубчатую систему (70) привода вентилятора по п. 1.

10. Газотурбинный двигатель (20) по п. 9, отличающийся тем, что смазочная система (98) обладает функциональной возможностью отвода тепловой энергии в количестве до 1% мощности на входе в зубчатую систему (48).

11. Газотурбинный двигатель (20) по п. 9, отличающийся тем, что смазочная система (98) содержит основную смазочную систему (80), обеспечивающую подачу смазки к зубчатой системе (48), и вспомогательную смазочную систему (82), выполненную с возможностью подачи смазки к зубчатой системе (48) в ответ на прерывание подачи смазки от основной смазочной системы (80).

12. Газотурбинный двигатель (20) по п. 9, отличающийся тем, что зубчатая система (48) содержит солнечную шестерню (62), приводимую во вращение турбиной (46) привода вентилятора, неподвижное водило (74), ряд сателлитов (64), установленных на водиле (74) и приводимых во вращение солнечной шестерней (62), и зубчатый венец (66), охватывающий указанный ряд сателлитов (64), при этом указанная подвеска (72, 76) содержит первую гибкую связь (72) между входным валом (40), приводимым во вращение турбиной (46) привода вентилятора, и солнечной шестерней (62), и вторую гибкую связь (76) между неподвижной конструкцией (36) и водилом (74).

13. Газотурбинный двигатель (20) по п. 9, отличающийся тем, что зубчатая система (48) содержит солнечную шестерню (62), приводимую во вращение турбиной (46) привода вентилятора, вращающееся водило (86), ряд сателлитов (84), установленных на водиле (86) и приводимых во вращение солнечной шестерней (62), и зубчатый венец (66), охватывающий указанный ряд сателлитов (84), при этом указанная подвеска (76) содержит первую гибкую связь (72) между входным валом (40), приводимым во вращение турбиной (46) привода вентилятора, и солнечной шестерней (62), и вторую гибкую связь (76) между неподвижной конструкцией (36) и зубчатым венцом (66).

14. Газотурбинный двигатель (20) по п. 9, отличающийся тем, что указанная подвеска (76) содержит ограничитель (78) нагрузки для ограничения перемещения зубчатой системы (48) в ответ на возникновение состояния дисбаланса.

15. Газотурбинный двигатель (20) по п. 9, отличающийся тем, что зубчатая система обеспечивает редукцию со значением передаточного отношения больше чем 2,3.

16. Газотурбинный двигатель (20) по п. 9, отличающийся тем, что указанный вентилятор (42) предназначен для доставки части воздуха в байпасный канал, при этом определена степень двухконтурности, как отношение части воздуха, подаваемой в байпасный канал, к количеству воздуха, подаваемого в компрессорную секцию (24), причем значение степени двухконтурности больше чем 6,0.

17. Газотурбинный двигатель (20) по п. 9, отличающийся тем, что значение степени повышения давления в вентиляторе меньше чем 1,5.

18. Газотурбинный двигатель (20) по п. 9, отличающийся тем, что вентилятор (42) содержит 26 лопастей или менее.



 

Похожие патенты:

Предложена присоединяющая лопатку конструкция в сочетании с лопаткой реактивного двигателя, предназначенная для присоединения лопатки к реактивному двигателю, причем лопатка выполнена из композиционного материала.

Узел авиационного двигателя для забора воздуха и выпуска центральной струи и струи обводного контура содержит цилиндрический центральный обтекатель, цилиндрическую гондолу, множество распорных элементов, основной и вспомогательный пилоны и множество направляющих лопаток на стороне выхода вентилятора.

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит рабочее колесо вентилятора, имеющее лопатки и охваченное кольцевым картером. Картер содержит средства всасывания воздуха в кольцевом зазоре, образованном между картером и радиально наружными концами лопаток рабочего колеса вентилятора.

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.

Изобретение относится к уплотнительному устройству для прохода соединительной тяги системы управления шагом лопастей вентилятора турбовинтового двигателя сквозь перегородку.

Способ создания движущей силы для перемещения летательного аппарата включает ввод воздуха и создание азимутально и аксиально движущегося потока, его сжатие компрессором, нагрев потока, вывод струи со скоростью, большей азимутальной скорости лопастей турбины, ввод дополнительного объема воздуха.

Крепежная конструкция для прикрепления направляющей лопасти к раме или кожуху вентилятора двигателя воздушного судна. Направляющая лопасть образована из композитного материала.

Турбовинтовая силовая установка разнесенной винтовой схемы с переключающимися реактивными и винтовыми типами тяг воздушного летательного аппарата. Пересечение совмещенной зоной воздушных винтов с взаимным вхождением лопастей в межлопастное пространство друг друга реактивной струи с одновременным нахождением остальных лопастей винтов в окружающем воздушном пространстве.

Изобретение относится к авиационным турбореактивным двигателям, включая двигатели для сверхзвуковых самолетов. Турбореактивный двигатель включает турбину низкого давления и регулируемый лепестковый смеситель, содержащий коническую обечайку, на ее выходе.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и может найти применение в конструкциях узлов соединения вала трансмиссии и вала ротора силовой турбины. Узел соединения вала трансмиссии и вала ротора силовой турбины содержит кольцевой переходник, установленный концентрично при помощи шлицевого соединения на валу ротора силовой турбины и сопряженный через упругую муфту с валом трансмиссии.

Изобретение относится к газотурбинному двигателю (100) для вертолета (200). Вертолет содержит главный редуктор, винт (204) и устройство (206) понижения частоты вращения, размещенное полностью в главном редукторе (202) вертолета и соединенное с упомянутым винтом.

Муфта составного ротора газогенератора газотурбинного двигателя содержит средства для передачи крутящего момента и осевого сцепления двух соосных вращающихся колес в виде перемещающихся элементов, размещенных в кольцевых выемках, выполненных в цапфе центробежного колеса компрессора и цапфе колеса турбины газогенератора.

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.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения, а именно к конструкции узла соединения роторов компрессора и турбины. Узел соединения роторов содержит вал турбины, в который заведена цапфа ротора компрессора, контровочную трубу и промежуточный вал.

Изобретение относится к двухконтурным газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения. Двухконтурный газотурбинный двигатель включает в себя валы (5) и (12) вентилятора (2) и турбины низкого давления (11), соединенные с помощью эвольвентных шлиц (13).

Газотурбинный двигатель содержит опору центрального узла, узел зубчатой передачи и гибкую опору. Опора центрального узла образует внутреннюю кольцевую стенку для осевого контура, содержащую первое монтажное средство.

Изобретение относится к мультипликатору для газотурбинного двигателя. Его турбинное колесо представляет собой механическую передачу, состоящую из ведущего корпуса (6), на внешней окружной поверхности которого размещены турбинные лопатки (8).

Система винтов противоположного вращения для турбомашины летательного аппарата содержит свободную силовую турбину, первый и второй винты противоположного вращения и устройство механической трансмиссии.

Узел соединения роторов компрессора и турбины газотурбинного двигателя содержит расположенные в промежуточном валу цапфу компрессора, вал турбины, стяжное устройство, контровочную трубу, а также регулировочную втулку и упорную гайку.

Коробка приводов агрегатов газовой турбины содержит переднюю и заднюю боковые стороны, периферийный выступающий край, а также блок шестерен, состоящий из нескольких находящихся в зацеплении зубчатых колес. Каждое зубчатое колесо установлено на центральном валу, поддерживаемом подшипниками качения. Центральный вал выполнен с возможностью соединения с подающим валом для приведения в действие агрегата. Между центральным валом и подающим валом установлены средства расцепления агрегата, образованные кулачковой муфтой. Кулачковая муфта имеет осевые зубья, взаимодействующие с зубчатым краем центрального вала, и внутренние канавки, находящиеся в зацеплении с внешними канавками подающего вала. Средства расцепления управляются электрическим приводным механизмом, обеспечивающим перемещение плунжерного пальца, один конец которого взаимодействует с внешней винтовой выемкой кулачковой муфты. Изобретение позволяет снизить габариты коробки приводов агрегатов газовой турбины. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх