Цапфа турбомашины, содержащая кольцо для рекуперации потока смазочного масла с множеством отверстий для выпуска смазочного масла

Цапфа предназначена для привода во вращение в кожухе турбомашины, в частности, для летательного аппарата. Цапфа содержит основной окружной корпус, содержащий множество вентиляционных отверстий, предназначенных для обеспечения циркуляции множества осевых потоков воздуха с входа на выход в турбомашине, а также содержит окружное кольцо для сбора потока смазочного масла, жестко соединенное с основным корпусом и расположенное радиально внутри упомянутых вентиляционных отверстий для обеспечения удаления радиальных потоков масла наружу через выпускающие отверстия. Причем каждое выпускающее отверстие в кольце радиально выровнено с соединительным сегментом основного корпуса так, чтобы обеспечить удаление каждого масляного потока между потоками воздуха. Также представлена турбомашина, содержащая цапфу. Изобретение позволяет улучшить циркуляцию смазочного масла, а также позволяет улучшить вентиляцию воздуха в турбомашине. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение касается области турбомашин, в частности, для летательных аппаратов и направлено на улучшение циркуляции смазочного масла и вентиляции воздуха в турбомашине.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Обычно, со ссылкой на фиг. 1, турбореактивный двигатель содержит кожух 1, в котором установлены на подшипниках (не изображенных на чертеже) одно или несколько вращающихся тел. Турбореактивный двигатель обычно содержит с входа на выход компрессор, камеру сгорания и выходную турбинную часть, при этом поток воздуха F в турбореактивном двигателе циркулирует со входа на выход. Такой турбореактивный двигатель известен, например, из заявки FR 2944557 компании CNECMA. Вращающиеся тела снабжены радиальными лопатками для обеспечения, с одной стороны, ускорения потока воздуха F в камере сгорания турбореактивного двигателя и, с другой стороны, рекуперации энергии сгорания. Как изображено на фиг. 1, турбореактивный двигатель содержит вращающийся корпус, содержащий окружную цапфу 2, связанную на входе с барабанным ротором 3 болтовым соединением 4. В этом примере барабанный ротор 3 соответствует валу низкого давления турбореактивного двигателя. Цапфа 2 обычно содержит основной корпус 20, который размещен поперечно оси турбореактивного двигателя, и кольцевые герметизирующие детали 5, 6, которые закреплены соответственно на входной и выходной сторонах основного корпуса 20, как изображено на фиг. 1. Кольцевые герметизирующие детали содержат предпочтительно герметизирующие ламели 50, 60, которые взаимодействуют с истираемыми элементами 15, 16, жестко соединенными с кожухом 1 турбореактивного двигателя для формирования герметичной струи воздуха, в которой циркулирует поток воздуха F. Для обеспечения циркуляции потока воздуха F с входа на выход через цапфу 2 последняя содержит вентиляционные отверстия 21, распределенные по углу, как изображено на фиг. 1.

Кроме того, для того чтобы обеспечить смазку и охлаждение направляющих подшипников вращающегося корпуса, турбореактивный двигатель обычно содержит линию смазки. Линия смазки находится в смазочной оболочке, которая расположена внутри циркулирующего потока воздуха. При определенных условиях масляный поток Н может вырваться из смазочной оболочки и проникнуть в поток воздуха, как изображено на фиг. 1. Под действием центробежных сил масляный поток Н радиально отбрасывается и попадает в канавку для сбора 61 в цапфе 2 перед тем, как попасть на вход для повторного ввода в линию смазки.

Когда масляный поток Н проходит радиально через поток воздуха, он может встретить поток воздуха F в зоне скрещивания Z, изображенную кольцом на фиг. 1. В этой зоне Z часть потока смазочного масла Н может переноситься к выходу потоком воздуха F до горячей зоны турбореактивного двигателя, в которой смазочное масло может воспламениться, что вызывает нежелательные последствия.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для устранения этого недостатка в изобретении предлагается цапфа, предназначенная для привода во вращение в кожухе турбомашины, в частности, для летательного аппарата, при этом цапфа содержит:

- основной окружной корпус, содержащий множество вентиляционных отверстий, распределенных по углу и предназначенных для обеспечения циркуляции множества осевых воздушных потоков с входа на выход в турбомашине, при этом два последовательных вентиляционных отверстия связаны соединительным сегментом, и

- окружное кольцо для сбора смазочного масла, соединенное с основным корпусом и являющееся радиально внутренним относительно вентиляционных отверстий, при этом окружное кольцо для сбора масла расположено продольно и содержит множество радиальных выпускных отверстий для обеспечения выпуска множества радиальных потоков масла наружу, при этом каждое выпускное отверстие выровнено радиально с соединительным сегментом основного корпуса для обеспечения удаления масла между потоками воздуха.

Предпочтительно рекуперационное кольцо позволяет собирать по окружности любой масляный поток, выходящий из смазочной оболочки турбомашины. Кроме того, наличие выпускных отверстий, нормально выровненных с соединительными сегментами, позволяет исключить перенос потока масла к выходу, что является предпочтительным. Такая цапфа имеет простую структуру и может быть предпочтительно установлена вместо цапфы из известного уровня техники.

Предпочтительным образом, по меньшей мере, один соединительный сегмент, выровненный радиально с выпускным отверстием рекуперационного кольца, содержит средства для направления радиального потока масла. Предпочтительно также, чтобы средства направления были выполнены в виде радиальной прорези. Средства направления позволяют направлять поток масла в процессе его радиального перемещения так, чтобы исключить возможность его проникновения в вентиляционное отверстие. Радиальная прорезь является простой в изготовлении и позволяет формировать канавку, ограничивающую любую дисперсию масла.

В соответствии с предпочтительным вариантом направляющие средства выполнены в виде направляющего канала так, чтобы помешать циркуляции потоков масла вблизи вентиляционных отверстий. Предпочтительно направляющий канал имеет U-образное сечение для того, чтобы боковые края направляющего канала препятствовали любой циркуляции потока масла к вентиляционным отверстиям. Отсюда следует, что направляющие каналы могли бы быть выполнены закрытыми и иметь кольцевое или уплощенное сечение.

Предпочтительным образом направляющие средства, предпочтительно направляющий канал, размещены на соединительном сегменте для исключения механической обработки основного корпуса цапфы, которая могла бы уменьшить срок ее службы. Такая форма реализации является предпочтительной для удлиненных вентиляционных отверстий, предпочтительно обтекаемой формы.

Предпочтительно также направляющие средства, в частности направляющий канал, жестко соединены с окружным кольцом для облегчения соединения с цапфой и точного позиционирования направляющих средств относительно удаляющих отверстий окружного кольца.

Также предпочтительно цапфа содержит окружную канавку для сбора потоков смазочного масла, радиально наружных относительно вентиляционных отверстий. Такая рекуперационная канавка позволяет предпочтительно собирать масло, которое прошло между вентиляционными отверстиями. Будучи собранным в канавке, собранное масло может быть направлено в желаемое место, например в дренирующую цепь смазочного масла.

Предпочтительно рекуперационная канавка содержит средства дренажа потока смазочного масла. Предпочтительным образом средства дренажа представляют собой дренирующие отверстия, которые предпочтительно открываются в дренирующую цепь смазочного масла.

В соответствии с предпочтительным вариантом изобретения цапфа содержит радиальные герметизирующие ламели, предназначенные для взаимодействия с истираемым элементом кожуха турбомашины, при этом рекуперационное кольцо установлено радиально снаружи относительно упомянутых герметизирующих ламелей. Таким образом, любой проход масла между герметизирующими ламелями выбрасывается радиально наружу под действием центробежных сил и собирается рекуперационным кольцом.

Предпочтительным образом рекуперационное кольцо простирается продольно до места размещения герметизирующих ламелей. Таким образом, протяженность кольца адаптирована для сбора масла, проходящего через герметизирующие ламели, будучи в длину уменьшенным для ограничения его массы.

Предпочтительно рекуперационное кольцо простирается продольно к выходу от основного корпуса цапфы.

В соответствии с вариантом изобретения цапфа содержит дополнительный окружной корпус U-образного сечения для образования плоского контактного основания с основным корпусом, при этом радиальная верхняя ветвь образует рекуперационное кольцо, радиально нижняя ветвь, на которой сформированы радиальные герметизирующие ламели, предназначена для взаимодействия с истираемым элементом кожуха турбомашины. Предпочтительным образом дополнительный корпус позволяет обеспечить сбор возможных утечек смазочного масла.

Предпочтительным образом основной корпус и дополнительный корпус соединены вместе множеством болтовых соединений для облегчения монтажа и технического обслуживания.

Изобретение касается также турбомашины, в частности, для летательного аппарата, содержащей кожух и осевой корпус, установленный вращающимся в кожухе, при этом вращающийся корпус содержит описанную выше цапфу.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1 изображает вид турбомашины в продольном разрезе из известного уровня техники;

- фиг. 2 изображает вид в продольном разрезе турбомашины с цапфой по изобретению;

- фиг. 3 схематично изображает дополнительный окружной корпус цапфы по фиг. 2;

- фиг. 4 схематично изображает в увеличенном масштабе циркуляцию масляного потока и воздушного потока в цапфе по фиг. 2;

- фиг. 5 изображает вид в продольном разрезе турбомашины из известного уровня техники;

- фиг. 6 изображает в изометрии вид цапфы из известного уровня техники;

- фиг. 7 изображает в продольном разрезе вид турбомашины по изобретению; и

- фиг. 8 изображает вид цапфы по изобретению в изометрии.

Следует отметить, что чертежи детально представляют изобретение для возможности его осуществления, причем упомянутые чертежи служат для лучшего понимания изобретения в случае необходимости.

ОПИСАНИЕ ОДНОГО ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

На фиг. 2, представляющей турбореактивный двигатель по изобретению, последний содержит кожух 1, в котором вращающийся корпус высокого давления и корпус низкого давления установлены на подшипниках (не изображенных на чертеже). Турбореактивный двигатель содержит в этом примере входную часть с компрессором, камерой сгорания и выходную турбинную часть, при этом поток воздуха F циркулирует в турбореактивном двигателе с входа на выход.

Вращающиеся корпусы снабжены радиальными лопатками для обеспечения, с одной стороны, ускорения потока воздуха F в камеру сгорания турбореактивного двигателя и, с другой стороны, для рекуперации энергии горения. Как изображено на фиг. 2, турбореактивный двигатель содержит вращающийся корпус низкого давления, включающий окружную цапфу 7, простирающуюся продольно по оси Х-Х и связанную на входе с барабанным ротором 3 множеством болтовых соединений 4.

Опять же на фиг. 2 цапфа 7 содержит основной корпус 70, который простирается, по существу, продольно по оси Х-Х, и входную кольцевую герметизирующую деталь 5, которая закреплена на входной стороне основного корпуса 70, как изображено на фиг. 2. Кольцевая герметизирующая деталь 5 содержит предпочтительно герметизирующие ламели 50, которые предназначены для взаимодействия с истираемыми элементами 15, жестко соединенными с корпусом 1 турбореактивного двигателя для формирования герметичной струи воздуха, в которой циркулирует поток воздуха F.

Основной корпус 70 цапфы 7 простирается по существу в радиальной плоскости и содержит множество вентиляционных отверстий 71, выполненных под углом и по окружности в основном корпусе 70 для обеспечения циркуляции потока воздуха F с входа на выход через цапфу 7, как изображено на фиг. 2-4.

Как изображено на фиг. 4, два последовательных вентиляционных отверстия 71 связаны соединительным сегментом 72, который расположен в плоскости, по существу, поперечной оси Х-Х цапфы 7. В этом примере масляный поток Н способен циркулировать по выходной стороне цапфы 7.

Основной корпус 70 содержит, кроме того, множество осевых фиксирующих отверстий 76, выполненных по углу и по окружности в основном корпусе 70 для обеспечения прохода фиксирующих болтов для жесткой связи барабанного ротора 3 с цапфой 7 с помощью болтовых соединений 4. В этом примере осевые фиксирующие отверстия 76 цапфы 7 расположены радиально внутри относительно вентиляционных отверстий 71, как изображено на фиг. 2.

В этом примере, со ссылкой на фиг. 2-4, цапфа 7 содержит дополнительный окружной корпус 9 U-образного сечения, который основанием 82 образует плоский контакт с основным корпусом 70, при этом радиально верхняя ветвь образует рекуперационное кольцо 8, а радиально нижняя ветвь 83, на которой выполнены радиальные герметизирующие ламели 85, предназначена для взаимодействия с истирающимся элементом 16 кожуха 1 турбомашины.

Основание 82 дополнительного корпуса 9 простирается радиально и содержит множество осевых фиксирующих отверстий 84, распределенных по углу и по окружности для обеспечения прохода фиксирующих болтов для жесткой связи барабанного ротора 3, цапфы 7 и дополнительного корпуса 9 с помощью болтовых соединений 4.

Как изображено на фиг. 2-3, радиально наружная ветвь 8 дополнительного корпуса 9 расположена продольно, то есть перпендикулярно основному корпусу 70, и имеет длину, меньшую длины радиально нижней ветви 83. Радиально верхняя ветвь 8 образует рекуперационное кольцо 8, которое простирается направо от герметизирующих ламелей 85, размещенных радиально кнаружи от радиально нижней ветви 83 для сбора любого масляного потока Н, проходящего через герметизирующие ламели 85 под действием центробежных сил, как изображено на фиг. 4.

Рекуперационное кольцо 8 содержит множество радиальных выходных отверстий 81 для обеспечения удаления масляных потоков Н наружу. Выходные отверстия 81 выполнены по углу и по окружности таким образом, чтобы обеспечить равномерное удаление потока смазочного масла Н. В соответствии с изобретением, как изображено на фиг. 4, каждое отверстие для удаления 81 выровнено радиально с соединительным сегментом 72 основного корпуса 70 для того, чтобы каждый поток масла Н был удален между потоками воздуха F. Таким образом, в противоположность известному уровню техники не существует зоны встречи между потоком воздуха F и масла Н, что снижает риск поступления потока масла Н с потоком воздуха F на выход турбореактивного двигателя.

В этом примере количество отверстий для удаления 81 меньше количества соединительных сегментов 72 предпочтительно в три раза.

Предпочтительно также, со ссылкой на фиг. 2, основной корпус 70 цапфы 7 содержит кольцевую канавку 73 для сбора смазочного масла Н радиально снаружи упомянутых вентиляционных отверстий 71. Вследствие того, что масло попадает на стенки канавки для сбора 73, вероятность захвата масляного потока Н воздушным потоком F снижается. Предпочтительно также, что рекуперационная канавка 73 содержит средства 74 дренирования потока смазочного масла, которые выполнены, например, в виде радиальных или наклонных отверстий.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения изобретения, по меньшей мере, один соединительный сегмент 72 содержит средства направления радиального масляного потока Н для того, чтобы обеспечить поступление масляного потока Н из выпускных отверстий 81 кольца 8 к рекуперационной канавке 73. Например, средства выполнены в виде радиального канала или радиальной прорези.

В процессе работы турбореактивного двигателя, со ссылкой на фиг. 4, воздушные потоки F циркулируют через вентиляционные отверстия 71 цапфы 7. Другими словами, воздушные потоки F, которые проходят через цапфу 7, отделяются один от другого за счет того, что соединительные сегменты 72 мешают циркуляции воздушного потока F. Когда масляный поток Н проникает из смазочной линии турбореактивного двигателя через герметизирующие ламели 85, то масляный поток Н инжектируется радиально кнаружи вследствие центробежных сил в рекуперационное кольцо 8, которое простирается в направлении герметизирующих ламелей 85. Таким образом, смазочное масло Н собирается по окружности рекуперационным кольцом 8, которое временно сохраняет смазочное масло Н для его удаления радиально кнаружи до рекуперационной канавки 73 цапфы 7.

Для исключения встречи масляного потока Н и воздушного потока F масляный поток Н, сохраняемый временно рекуперационным кольцом 8, удаляется множеством элементарных масляных потоков Н через выпускные отверстия 81, каждое из которых выровнено с соединительными сегментами 72 основного корпуса 70. Как изображено на фиг. 4, каждый радиальный масляный поток Н перемещается кнаружи между двумя осевыми воздушными потоками F, будучи защищенными соединительными сегментами 72. Таким образом, отсутствует риск того, что масло может переноситься осевым воздушным потоком F на выход турбореактивного двигателя.

Цапфа 7 была представлена с основным корпусом 70, независимым от дополнительного корпуса 9, но отсюда следует, что изобретение применимо также к цапфе, содержащей основной корпус и дополнительный корпус, образующие моноблок.

Второй вариант воплощения изобретения описан со ссылками на фиг. 5-8. Позиции, используемые для обозначения конструктивных элементов, или функционально идентичных, эквивалентных, или подобных позициям элементов на фиг. 2, являются одинаковыми для упрощения описания. Кроме того, описание формы воплощения по фиг. 2 не повторяется, это описание используется для фиг. 5-8, когда отсутствуют несовпадения. Описаны только существенные структурные и функциональные различия.

На фиг. 5-7 цапфа 7 содержит основной корпус 70, который простирается наклонно в радиальной плоскости и содержит множество вентиляционных отверстий 71, распределенных по углу и окружности в основном корпусе 70 для обеспечения циркуляции оcевого потока воздуха F cо входа на выход через цапфу 7, как изображено на фиг. 5. В этом примере поток масла Н способен циркулировать по входной поверхности цапфы 5.

Как изображено на фиг. 6, два последовательных вентиляционных отверстия 71 основного корпуса 70 связаны соединительным сегментом 72. В этом втором варианте воплощения вентиляционные отверстия 71 выполнены овальными, их длина простирается радиально, как изображено на фиг. 6 для увеличения расхода воздуха.

Подобно первому варианту воплощения на фиг. 8 и 9, цапфа 7 содержит вспомогательный окружной корпус 9, содержащий рекуперационное кольцо 8, в котором выполнено множество радиальных выпускных отверстий 81 для обеспечения удаления множества радиальных масляных потоков Н кнаружи, как изображено на фиг. 8. Выпускные отверстия 81 распределены по углу и по окружности так, чтобы обеспечить равномерное удаление потока смазочного масла Н.

Опять же на фиг. 8 каждое выпускное отверстие 81 радиально выровнено с соединительным сегментом 72 основного корпуса 70 для обеспечения того, чтобы каждый масляный поток был удален между воздушным потоком F, то есть между вентиляционными отверстиями 71. В этом варианте воплощения овальные вентиляционные отверстия 71 нарушают циркуляцию масляного потока Н на соединительных сегментах 72, при этом масляный поток Н может отклоняться от своего направления радиальной циркуляции.

Для этого, по меньшей мере, один соединительный сегмент 72 содержит средства для радиального направления масляного потока Н для того, чтобы исключить любое отклонение вдоль овальных вентиляционных отверстий 71.

В этом примере, со ссылкой на фиг. 8, дополнительный окружной корпус 9 содержит множество направляющих каналов 86, которые смонтированы на соединительных сегментах 72 напротив выпускных отверстий 81. Каждый направляющий канал 86 простирается по соединительному сегменту 72, на котором он должен быть размещен, при этом поперечное сечение направляющего канала имеет предпочтительно U-образную форму для того, чтобы помешать любому отклонению масляного потока Н в процессе его циркуляции между последовательными вентиляционными отверстиями 71, в особенности когда они выполнены овальными. В этом примере выпускные отверстия 81 открываются напротив U-образного основания направляющих каналов 86 таким образом, чтобы U-образные ветви препятствовали любой циркуляции масляного потока в соседних вентиляционных отверстиях 71, как изображено на фиг. 8.

Альтернативно направляющие каналы 86 могут быть закрыты и иметь кольцевое или уплощенное сечение.

Предпочтительным образом, со ссылкой на фиг. 8, окружное кольцо 8 и направляющие каналы 86 жестко соединены сваркой. Вспомогательный корпус 9 может быть также просто и быстро установлен на основной корпус 70 цапфы 7. Кроме того, выпускные отверстия 81 точно выверены по одной линии с направляющими каналами 86 вследствие их жесткого соединения с окружным кольцом 8, что является предпочтительным.

Использование направляющих каналов 86, размещенных на цапфе 7, является более предпочтительным, чем формирование каналов в основном корпусе 70 цапфы 7, учитывая, что механическая обработка может сделать более хрупкой структуру цапфы 7. Такая форма воплощения является особенно предпочтительной, когда вентиляционные отверстия 71 являются вытянутыми.

1. Цапфа (7), предназначенная для привода во вращение в кожухе турбомашины, в частности, для летательного аппарата, при этом цапфа (7) содержит:

- основной окружной корпус (70), содержащий множество вентиляционных отверстий (71), распределенных по углу и предназначенных для обеспечения циркуляции множества осевых потоков воздуха (F) с входа на выход в турбомашине, при этом два последовательных вентиляционных отверстия (71) связаны соединительным сегментом (72), и

- рекуперационное кольцо (8) для сбора потока смазочного масла (Н), жестко соединенное с основным корпусом (70) и расположенное радиально внутри упомянутых вентиляционных отверстий (71), при этом рекуперационное кольцо (8) расположено продольно и содержит множество выпускающих радиальных отверстий (81) для обеспечения удаления множества радиальных потоков масла (Н) наружу, причем каждое выпускающее отверстие (81) радиально выровнено с соединительным сегментом (72) основного корпуса (70) так, чтобы обеспечить удаление каждого масляного потока (Н) между потоками воздуха (F).

2. Цапфа по п. 1, в которой, по меньшей мере, один соединительный сегмент (72), выровненный радиально с выпускным отверстием (81) рекуперационного кольца (8), содержит средства направления радиального потока масла (Н).

3. Цапфа по п. 2, в которой направляющие средства выполнены в виде радиальной канавки.

4. Цапфа по п. 2, в которой направляюще средства выполнены в виде направляющего канала (86).

5. Цапфа по п. 4, в которой направляющий канал (86) выполнен U-образного сечения.

6. Цапфа по одному из пп. 4-5, в которой направляющий канал (86) размещен на соединительном сегменте (72).

7. Цапфа по одному из пп. 4-6, в которой направляющий канал (86) жестко соединен с рекуперационным кольцом (8).

8. Цапфа по одному из пп. 1-7, в которой цапфа (7) содержит окружную канавку (73) для сбора потоков смазочного масла (Н), радиально наружную относительно вентиляционных отверстий (71).

9. Цапфа по п. 8, в которой рекуперационная канавка (73) содержит средства дренирования потока смазочного масла.

10. Цапфа по одному из пп. 1-9, в которой цапфа (7) содержит радиальные герметизирующие ламели (85), предназначенные для взаимодействия с истираемым элементом кожуха турбомашины, причем рекуперационное кольцо является радиально наружным относительно герметизирующих ламелей (85).

11. Цапфа по п. 10, в которой рекуперационное кольцо (8) простирается продольно до правой стороны герметизирующих ламелей (85).

12. Цапфа по одному из пп. 1-11, в которой рекуперационное кольцо (8) простирается продольно к выходу от основного корпуса (70) цапфы (7).

13. Цапфа по одному из пп. 1-12, в которой цапфа (7) содержит дополнительный окружной корпус (9) U-образного сечения, при этом основание (82) находится в плоском контакте с основным корпусом (70), причем радиально верхняя ветвь образует рекуперационное кольцо (8), а радиально нижняя ветвь (83), на которой сформированы радиальные герметизирующие ламели (85), предназначена для взаимодействия с истираемым элементом кожуха турбомашины.

14. Турбомашина, в частности, для летательного аппарата, содержащая кожух и осевой корпус, установленный с возможностью вращения в кожухе, при этом вращающийся корпус содержит цапфу (7) по одному из пп. 1-13.