Пусковая система газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области газотурбостроения, может быть использовано в системах пуска газотурбинных двигателей с помощью валоповоротного устройства и пускового устройства, обеспечивая при этом возможность подключения через редуктор полезной нагрузки. Технический результат: повышение ресурса работы редуктора и надежности работы пусковой системы, снижение потребляемой мощности, уменьшение уровня шума. Пусковая система содержит зубчатый редуктор, пусковое устройство, валоповоротное устройство. В корпусе редуктора установлен соединенный с пусковым устройством вал, на котором установлено расцепное устройство с зубчатым колесом, имеющим возможность осевого перемещения. В корпусе редуктора установлен вал валоповоротного устройства, на котором установлено расцепное устройство с зубчатым колесом, имеющим возможность осевого перемещения. В корпусе редуктора установлены два вала, кинематически соединенные между собой посредством зубчатой передачи, один из которых выполнен с возможностью соединения с валом газотурбинного двигателя, а другой - с валом полезной нагрузки. Вал, имеющий возможность соединения с валом газотурбинного двигателя, снабжен зубчатым колесом, имеющим возможность зацепления с зубчатым колесом каждого расцепного устройства. Изобретение позволяет повысить ресурс работы редуктора пусковой системы, а также повысить ее надежность. 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности, газотурбостроения, и может быть использовано при разработке пусковых систем, преимущественно предназначенных для запуска газотурбинных двигателей (ГТД) с помощью валоповоротного устройства (ВПУ) и пускового устройства (стартера), в частности, пускового электродвигателя, а также обеспечивающих возможность подключения полезной нагрузки, например, насосов или электрогенераторов, через редуктор.

Пусковая система входит в состав газотурбинной установки (ГТУ) и позволяет выполнить принудительную раскрутку ротора газотурбинного двигателя (ГТД) при запуске, обеспечивая его выход на минимальный установившийся режим работы (режим самоходности). Запуск осуществляется комплексом устройств и систем, составляющих пусковую систему.

В состав пусковой системы входит пусковое устройство (стартер), в качестве которого может применяться, например, пусковой электродвигатель или турбодетандер. Выходной вал пускового устройства кинематически соединен с валом раскручиваемого ротора, обычно через редуктор, осуществляющий передачу крутящего момента на ротор, и расцепную муфту, обеспечивающую возможность рассоединения вала ротора и вала пускового двигателя после выхода ротора на режим самоходности. Возможна передача крутящего момента при непосредственном соединении вала пускового двигателя с валом ротора через расцепное устройство.

В случаях, когда требуется обеспечить вывод ротора с достаточно большой инерционной массой из состояния покоя (например, в ГТД, используемых в газоперекачивающих агрегатах, энергетических установках, транспортных средствах), в состав пусковой системы включают валоповоротное устройство (ВПУ). С помощью ВПУ обеспечивается страгивание (первоначальное медленное проворачивание) ротора и его раскрутка до относительно небольшой частоты вращения (обычно от 10 до 30 об/мин), после чего включается пусковой электродвигатель, раскручивающий ротор до частоты зажигания и его выхода на самоходный режим. ВПУ может быть смонтировано непосредственно на валу турбины или представлять собой отдельное устройство, соединенное с валом ротора напрямую или через редуктор. Рассоединение ВПУ и ротора может обеспечиваться расцепным устройством или обгонной муфтой.

Для согласования частот вращения с ротором ГТД привод от ВПУ и пусковых электродвигателей обычно осуществляется через редуктор. После выполнения своей задачи каждый из указанных механизмов (ВПУ и пусковое устройство) должен отключиться от редуктора, что обеспечивается, как правило, обгонными муфтами.

Редуктор пусковой системы, помимо выполнения пусковой функции, также может быть постоянно задействован для привода полезной нагрузки, например, главного масляного насоса (ГМН) газотурбинного агрегата. В этом случае после отсоединения ВПУ и стартера крутящий момент от работающего раскрученного ротора ГТД через редуктор будет передаваться к полезной нагрузке и обеспечивать функционирование данного устройства. При этом часть вырабатываемой агрегатом мощности используется для энергообеспечения внутренних систем, что позволяет отказаться от применения в составе агрегата отдельных дополнительных источников питания, уменьшить габариты установки в целом, а также снизить потребляемую мощность. Важным обстоятельством является то, что применение редуктора в составе пусковой системы позволяет использовать в ГТУ пусковые двигатели, ВПУ или устройства полезной нагрузки с более широким диапазоном характеристик. Например, при непосредственном соединении главного масляного насоса (ГМН) с валом турбины (или ГТД) вал ГМН должен иметь такую же частоту вращения, как и вал турбины, что ограничивает возможности применения различных типов масляных насосов, а, например, подключение ГМН с частотой вращения 1700 об/мин через редуктор обеспечивает возможность его использования для ГТД с частотой вращения ротора 6000 об/мин.

В силу указанных факторов все более широкое применение находят пусковые системы, в состав которых входит редуктор, обеспечивающий возможность подключения широкой линейки различных типов устройств полезной нагрузки. При этом актуальной задачей при разработке нового газотурбинного оборудования, обусловленной тем, что данное оборудование эксплуатируется в составе современных чрезвычайно дорогостоящих технологических циклов, является повышение надежности и долговечности работы газотурбинных установок в целом, а также отдельных узлов и систем. Кроме того, в настоящее время более высокое значение КПД зачастую оказывается решающим фактором при выборе приоритетного проекта, что диктует требование снижения потребляемой мощности при создании нового оборудования.

Известна пусковая система ГТД по патенту № RU 2260133 С2 («Энергетическая установка для запуска ГТД», МПК F02C 7/277, дата публ. 10.09.2005), содержащая пусковое устройство, вал которого механически связан с редуктором, соединенным через муфту с ротором ГТД. На режиме запуска крутящий момент от пускового устройства через редуктор и муфту передается на раскручиваемый ротор ГТД. По достижении необходимых оборотов ротора муфта рассоединяет привод мощности и ротор ГТД, что в известном техническом решении исключает возможность подключения полезной нагрузки через редуктор к вращающемуся ротору.

Также известны система запуска ГТУ по патенту № RU 2581269 С1 («Валоповоротное и пусковое устройство газотурбинной установки», МПК F02C7/32, F01D 25/34, дата публ. 20.04.2016) и пусковая система по патенту № RU 2251625 С1 («Способ и устройство пуска газотурбинного агрегата», МПК F02C 7/26, дата публ. 10.05.2005). Известные устройства содержат ВПУ и разгонный электродвигатель (пусковое устройство), связанные через редуктор и обгонную муфту с ротором запускаемой газовой турбины. В известных технических решениях редуктор используется при страгивании и раскручивании ротора с помощью ВПУ и пускового электродвигателя, после чего он отключается вместе с ВПУ и пусковым двигателем. Таким образом, конструкция данных пусковых систем также не предусматривает возможности подключения к редуктору полезной нагрузки и использования работающей турбины для привода нагрузки.

Известна система, обеспечивающая работу ГТД на различных режимах (пат. заявка № US 2018010522 A1 «Gas turbine engine starter reduction gear train with stacked planetary gear systems», МПК F02C 7/275, дата публ. 11.01.2018), в состав которой входит стартер, многоступенчатая зубчатая передача и расцепная муфта. Крутящий момент от выходного вала стартера передается через вспомогательный редуктор на приводной вал, связанный с ротором ГТД. После выполнения пуска ГТД стартерная муфта разъединяет зубчатую передачу стартера и вспомогательный редуктор, который при этом остается соединенным с вращающимся ротором ГТД, продолжая работать на холостых оборотах, что увеличивает потребляемую мощность агрегата. Кроме того, следует отметить высокую сложность конструктивного выполнения устройства.

Известна система запуска ГТД (патент № RU 2482306 С1 «Способ запуска газотурбинного двигателя», МПК F02C 7/268, дата публ. 20.05.2013), содержащая пусковой двигатель (турбостартер), кинематически связанный с редуктором ГТД через электромагнитную управляемую муфту, при этом один из выходов редуктора имеет возможность соединения с внешней нагрузкой (например, насосами, вентиляторами системы охлаждения и пр.). Когда ротор запускаемого двигателя раскручен до рабочей частоты вращения, механизм управления муфтой отключает ее, разъединяя турбостартер и редуктор. При этом редуктор остается соединенным с работающим ГТД, вследствие чего продолжают работать все звенья, в том числе и незадействованные в приводе внешней нагрузки (т.е. часть звеньев вращается вхолостую), что приводит к потере мощности, снижению долговечности зубчатых передач и повышенному шуму при работе редуктора.

Как отмечалось выше, для рассоединения вала ротора и вала ВПУ или пускового устройства (стартера) могут применяться расцепные устройства.

Например, известно применение в системе регулирования ГТД (патент № RU 2151898 С1, МПК F02C 9/00, дата публ. 27.06.2000) расцепного устройства, которое вводит в зацепление вал турбодетандера с ротором компрессора ГТД для начала раскрутки ротора, а при достижении режима самоходности выводит вал турбодетандера из зацепления с ротором ГТД. Однако в состав известной системы не входит редуктор, что существенно сужает возможности ее применения, в том числе, не предусматривает подключение полезной нагрузки через редуктор.

Также известна, например, газотурбинная установка ГТ-700-5 (Бармин С.Ф., Васильев П.Д., Магазаник Я.М. «Компрессорные станции с газотурбинным приводом», изд.: Л.: Недра, 1968 г., стр. 72 - 77), в которой ВПУ и турбодетандер выполнены с возможностью подключения к валу турбины через расцепные устройства, для чего на роторе турбины установлена ведомая шестерня для сцепления с ведущей шестерней ВПУ и с ведущей шестерней расцепного устройства турбодетандера. При этом кроме вышеуказанной ведомой шестерни на конце ротора установлено колесо главного масляного насоса (ГМН). Данная конструкция не содержит редуктор, и ГМН подключается непосредственно к ротору, также как ВПУ и турбодетандер, что существенно ограничивает возможности в отношении применения в составе установки устройств с более широким диапазоном характеристик.

Известна система запуска, которая может быть использована в трансмиссии двухваловых газотурбинных двигателей, применяемых, в частности, в наземных транспортных средствах, летательных аппаратах, электрогенерирующем оборудовании (патент № US 7434406 В2 «Drive for using a direct driven generator to start a counter-rotating multi-spool gas turbine engine», МПК F02С 3/04, дата публ. заявки 16.11.2006). Трансмиссия может работать как в режиме обычного двигателя, так и в режиме запуска двигателя, при котором функцию стартера будет выполнять двигатель-генератор, соединенный через зубчатую передачу с валом силовой турбины. Расцепление двигатель-генератора и раскручиваемого вала осуществляется путем вывода из зацепления одного из звеньев зубчатой передачи (подобно сцеплению и расцеплению шестерней в коробке передач) с помощью привода, который может быть любым типом исполнительного механизма. Также известна «Трансмиссия транспортного средства)) по патенту № RU 9418 U1 (МПК B60K 17/34, дата публ. 16.03.1999), в которой в конструкции раздаточной коробки предусмотрена установка зубчатого колеса промежуточного вала с возможностью его осевого перемещения, что обеспечивает возможность принудительного выведения из зацепления с зубчатым колесом, расположенном на втором ведомом валу. Однако, в отношении технических решений по патентам № US 7434406 В2 и № RU 9418 U1 следует отметить, что звенья зубчатых передач, не задействованные в передаче крутящего момента, после их вывода из зацепления будут продолжать вращаться на холостом ходу, что приведет к снижению ресурса работы редуктора и устройства в целом.

В качестве технического решения (прототипа), наиболее близкого по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению, предлагается пусковая система газотурбинного двигателя, предназначенная для реализации «Способа запуска авиационного газотурбинного двигателя)) по патенту №RU 2168043 С1 (МПК F02C 7/26, дата публ. 27.05.2001), содержащая зубчатый редуктор и пусковое устройство (турбостартер), связанное с зубчатой передачей редуктора через обгонную муфту. При этом редуктор выполнен с возможностью подключения полезной нагрузки - объемного гидравлического насоса и электрогенератора. На валу редуктора, предназначенном для соединения с запускаемым двигателем, установлено зубчатое колесо (шестерня), находящееся в зацеплении с зубчатым колесом, установленным на валу для подключения генератора, а также находящееся в зацеплении с зубчатым колесом, установленным на валу для подключения объемного гидравлического насоса, которое, в свою очередь, находится в зацеплении с зубчатым колесом, установленным на валу редуктора, соединенном с выходным валом турбостартера через обгонную муфту.

При запуске газотурбинного двигателя вращение от вала турбостартера через обгонную муфту и зубчатую передачу (редуктор) сообщается на вал запускаемого двигателя и одновременно на валы, к которым присоединены устройства полезной нагрузки - объемный гидравлический насос и электрогенератор. По завершении запуска двигателя обгонная муфта разъединяет выходной вал пускового устройства (турбостартера) и редуктор. После отцепления вала турбостартера от редуктора все звенья зубчатой передачи редуктора остаются в зацеплении, и крутящий момент на все звенья передается от вращающегося вала ротора газотурбинного двигателя, вышедшего на стационарный (номинальный) режим работы.

После расцепления турбостартера и редуктора зубчатое колесо, установленное на валу редуктора, соединенном при пуске двигателя через обгонную муфту с валом турбостартера, и остающееся в зацеплении с зубчатым колесом, установленным на валу, соединенном с гидравлическим насосом (полезной нагрузкой) и получающим крутящий момент от вращающегося на стационарном режиме ротора ГТД, будет вращаться в режиме холостого хода.

Вращающееся вхолостую без нагрузки зубчатое колесо и соединенный с ним вал редуктора, который также продолжает вращаться и не участвует в работе редуктора, оказывают негативное влияние на работу редуктора в целом: являются причиной повышенного износа отдельных звеньев редуктора (зубьев зубчатого колеса, которое остается в зацеплении с вращающимся на холостом ходу зубчатым колесом; подшипниках, в которых установлен вал, продолжающий вращаться вхолостую, и пр.), что приводит к снижению ресурса работы (долговечности) редуктора и снижению надежности работы пусковой системы в целом, а также обуславливает дополнительный расход мощности и повышенный уровень шума при работе редуктора. Также следует отметить, что в составе известной пусковой системы не предусмотрено валоповоротное устройство, которое зачастую необходимо при пуске газотурбинных двигателей.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, является повышение ресурса работы (долговечности) редуктора и надежности работы пусковой системы в целом при одновременном снижении потребляемой мощности и уменьшении уровня шума при работе редуктора путем обеспечения возможности отцепления звеньев редуктора, не участвующих в передаче крутящего момента на полезную нагрузку при работе двигателя на стационарном режиме.

Для достижения указанного выше технического результата предлагается пусковая система газотурбинного двигателя, которая содержит зубчатый редуктор, пусковое устройство и валоповоротное устройство. В корпусе зубчатого редуктора установлен с возможностью вращения вал, соединенный с пусковым устройством, при этом на указанном валу установлено расцепное устройство с зубчатым колесом, имеющим возможность совместного вращения с указанным валом и осевого перемещения вдоль него. Также в корпусе зубчатого редуктора установлен с возможностью вращения вал валоповоротного устройства, при этом на валу валоповоротного устройства установлено расцепное устройство с зубчатым колесом, имеющим возможность совместного вращения с указанным валом и осевого перемещения вдоль него. Кроме того, в корпусе зубчатого редуктора установлены с возможностью вращения два вала, кинематически соединенные между собой посредством зубчатой передачи, один из которых выполнен с возможностью соединения с валом газотурбинного двигателя, а другой выполнен с возможностью соединения с валом полезной нагрузки. Вал, выполненный с возможностью соединения с валом газотурбинного двигателя, снабжен зубчатым колесом, имеющим возможность совместного вращения с указанным валом, а также возможность зацепления с зубчатым колесом каждого вышеназванного расцепного устройства.

Заявляемая пусковая система газотурбинного двигателя, также как и прототип, содержит зубчатый редуктор и пусковое устройство, вал которого соединен с редуктором с возможностью разъединения после завершения пуска ГТД; при этом пусковое устройство и вал редуктора, соединяемый с валом запускаемого двигателя, кинематически связаны через зубчатую передачу; также в пусковой системе предусмотрена возможность подключения к валу редуктора полезной нагрузки и кинематическое соединение (посредством зубчатой передачи) вала, соединяемого с ГТД, и вала, соединяемого с полезной нагрузкой, что обеспечивает на стационарном режиме работы ГТД возможность передачи крутящего момента от ротора к валу полезной нагрузки.

Входящее в состав заявляемой пусковой системы валоповоротное устройство необходимо для обеспечения возможности пуска ГТД с ротором большой инерционной массы. Заявляемое техническое решение, в отличие от прототипа, содержит расцепные устройства, одно из которых связано с пусковым устройством, а другое - с ВПУ, причем каждое расцепное устройство выполнено с возможностью зацепления своего зубчатого колеса (шестерни) с зубчатым колесом, установленным на валу редуктора, соединяемом с валом ГТД, что обеспечивает при пуске ГТД возможность передачи крутящего момента от ВПУ и пускового двигателя к ротору ГТД, а по завершении пуска - возможность отключения указанных механизмов от редуктора (путем отсоединения шестерней расцепных устройств от зубчатого колеса на валу, соединяемом с валом ГТД). При этом сохраняется кинематическая связь (зубчатая передача), обеспечивающая передачу крутящего момента от вала ГТД к валу полезной нагрузки на стационарном режиме работы двигателя.

Таким образом в заявляемой пусковой системе газотурбинного двигателя обеспечена возможность по окончании пуска ГТД вывода из зацепления зубчатых колес расцепных устройств (т.е. звеньев редуктора, обеспечивающих передачу вращения для раскрутки ротора ГТД), что исключает вращение в режиме холостого хода звеньев редуктора, не участвующих в передаче крутящего момента от работающего на стационарном режиме ГТД к полезной нагрузке, и обеспечивает тем самым повышение ресурса работы редуктора и надежности работы пусковой системы в целом, уменьшение затрат мощности при работе ГТД на номинальном (стационарном) режиме, а также снижение уровня шума при работе редуктора.

Графические материалы содержат пример конкретного выполнения пусковой системы газотурбинного двигателя с подключенными к редуктору пусковой системы запускаемым двигателем и полезной нагрузкой (главным масляным насосом).

На фигуре представлена схема пусковой системы ГТД (положение звеньев редуктора соответствует началу режима пуска) с подключенным газотурбинным двигателем и полезной нагрузкой.

Пусковая система газотурбинного двигателя (ГТД) входит в состав газотурбинной установки (ГТУ). Пусковая система, представленная на фигуре, содержит пусковой электродвигатель 1, являющийся пусковым устройством (или стартером), и валоповоротное устройство 2 (ВПУ 2), соединенные с зубчатым редуктором 3, обеспечивающим при пуске согласование частот вращения ВПУ 2 и пускового электродвигателя 1 с выходным валом 4 ротора газотурбинного двигателя 5 (ГТД 5).

Редуктор 3 содержит вал 6, установленный с возможностью вращения в подшипниках 7 в корпусе 8 редуктора 3. С одним концом вала 6 постоянно соединен через соединительную муфту 9 вал 4 ГТД 5, причем это соединение обеспечивает возможность передачи крутящего момента между валами 6 и 4. На валу 6 жестко закреплено зубчатое колесо 10 (ЗК 10), имеющее возможность совместного вращения с валом 6. Также на валу 6 жестко закреплено зубчатое колесо 11 (ЗК 11), имеющее возможность совместного вращения с валом 6.

В подшипниках 12 в корпусе 8 редуктора 3 с возможностью вращения установлен вал 14, на котором смонтировано валоповоротное устройство 2, а также связанное с ВПУ 2 расцепное устройство 15, зубчатое колесо 16 (ЗК 16) которого имеет возможность осевого перемещения вдоль вала 14 (по стрелке А). ЗК 16 имеет возможность зацепления с ЗК 10, а также возможность совместного вращения с валом 14 при зацеплении с ЗК 10.

Редуктор 3 также содержит вал 17, установленный с возможностью вращения в подшипниках 18 в корпусе редуктора. Один конец вала 17 постоянно соединен через соединительную муфту 19 с выходным валом 20 пускового электродвигателя 1. На валу 17 установлено расцепное устройство 21, содержащее зубчатое колесо 22 (ЗК 22), имеющее возможность осевого перемещения вдоль вала 17 (по стрелке В), при этом ЗК 22 имеет возможность зацепления с ЗК 10, а также возможность совместного вращения с валом 17 при зацеплении с ЗК 10.

В подшипниках 23 в корпусе редуктора установлен с возможностью вращения вал 24. На валу 24 жестко закреплено зубчатое колесо 25 (ЗК 25), имеющее возможность совместного вращения с валом 24.

Вал 6 и вал 24 связаны между собой посредством зубчатой передачи, включающей ЗК 11, установленное на валу 6, и ЗК 25, установленное на валу 24. В представленном на фигуре примере выполнения пусковой системы ГТД зубчатая передача, связывающая валы 6 и 24, содержит зубчатые колеса 11 и 25, а также установленное между ними и находящееся с ними в зацеплении промежуточное зубчатое колесо 26 (ЗК 26), установленное на промежуточном валу 27 редуктора 3. Вал 27 установлен с возможностью вращения в подшипниках 28 в корпусе редуктора. Наличие ЗК 26 в представленном примере выполнения обусловлено особенностями конкретной компоновки принципиальной схемы ГТУ. При ином компоновочном решении возможно выполнение непосредственного зацепления ЗК 11 и ЗК 25. Вал 24 выполнен с возможностью подключения к нему полезной нагрузки, в частности, насосов, генераторов и др. В представленном примере выполнения пусковой системы в составе ГТУ в качестве полезной нагрузки к валу 24 подключен главный масляный насос 29 (ГМН 29), вал 30 которого при работе ГТУ постоянно соединен через соединительную муфту 31 с валом 24 редуктора.

В качестве элементов, входящих в состав предлагаемой пусковой системы ГТД, могут быть использованы серийно выпускаемые для комплектации газотурбинного оборудования стандартные устройства и механизмы. Отдельные элементы пусковой системы могут быть разработаны в соответствии с известными и применяемыми в газотурбостроении методиками расчета и проектирования оборудования и изготовлены в соответствии с применяемыми технологическими процессами.

Подшипники и соединительные муфты являются стандартными серийно выпускаемыми изделиями. Электродвигатель, являющийся пусковым устройством, является покупным комплектующим изделием. Корпус редуктора может быть выполнен сварным из низкоуглеродистой стали, например, Ст3 или Ст20. Зубчатые колеса могут быть изготовлены из легированных марок стали, например, сталь 34ХН3М. Также следует отметить, что зубчатые колеса, неподвижно соединенные с валами редуктора, могут представлять собой отдельные узлы и при сборке устройства крепиться на соответствующих валах редуктора, а могут быть, например, выполнены цельнофрезерованными со своим валом (т.е. зубчатое колесо может быть выполнено совместно с валом из единой заготовки). Кинематический и прочностной расчет редуктора выполняют по стандартным методикам, применяемым в газотурбостроении.

В качестве валоповоротного устройства 2 и связанного с ним расцепного устройства 15 с зубчатым колесом (шестерней) 16, может быть использовано как отдельное готовое изделие, так и механизм, разработанный под конкретные параметры ГТД, например, аналогичный тому, который представлен в книге: Бармин С.Ф., Васильев П.Д., Магазаник Я.М. «Компрессорные станции с газотурбинным приводом», изд.: Л.: Недра, 1968 г., стр. 73-76, и содержащий шестерню-гайку, которая имеет возможность свободно перемещаться вдоль оси вала ВПУ по двум прямоугольным винтовым выступам, благодаря чему может сцепляться или выходить из зацепления с зубчатым колесом, установленном на роторе турбокомпрессора. В состав ВПУ входит свой электродвигатель. Захваты удерживают шестерню-гайку от самопроизвольного перемещения.

В качестве расцепного устройства 21, установленного на валу, соединенном с пусковым электродвигателем 1, может быть использовано, например, расцепное устройство с гидравлическим приводом (интернет-страница: https://lektsii.org/2-71674.html), предназначенное для сцепления ротора турбодетандера с валом турбокомпрессора и передачи крутящего момента при пуске ГТУ, и содержащее поршень, в котором выполнено отверстие с дросселем, или, например, расцепное устройство, применяемое в системе регулирования газотурбинного двигателя (патент № RU 2151898 С1, МПК F02C 9/00, дата публ. 27.06.2000).

Функционирование заявляемой пусковой системы газотурбинного двигателя (ГТД), входящего в состав газотурбинной установки (ГТУ), осуществляется следующим образом.

Управляющие команды для пусковой системы ГТД поступают от блока автоматического управления ГТУ (на фиг. не показан). В режиме пуска по команде от блока управления включается двигатель валоповоротного устройства 2. Вал 14 ВПУ 2 начинает вращаться. При этом зубчатое колесо (шестерня) 16 расцепного устройства 15 перемещается вдоль вала 14 и входит в зацепление с ЗК 10, прекращая осевое перемещение, после чего вращение вала 14 осуществляется совместно с ЗК 16, находящимся в зацеплении с ЗК 10, и происходит передача крутящего момента через зацепление ЗК 16 и ЗК 10 на вал 6. Вал 6, постоянно соединенный с валом 4 ГТД 5 посредством соединительной муфты 9, осуществляет передачу вращения на вал 4. Таким образом, валоповоротное устройство 2 выполняет страгивание из положения покоя вала 4 ротора ГТД 5 и его последующую раскрутку. Обычно ВПУ осуществляет раскручивание вала ГТД до относительно небольшой частоты вращения - от 10 до 30 об/мин.

При передаче крутящего момента на вал 6 редуктора начинает вращаться и ЗК 11, также установленное на валу 6 с возможностью совместного вращения с ним. В представленном на фиг. примере выполнения пусковой системы ЗК 11 находится в зацеплении с промежуточным ЗК 26 (установленном на валу 27 редуктора), которое, в свою очередь, находится в зацеплении с ЗК 25, установленным на валу 24 редуктора. Вал 24 постоянно соединен с валом 30 ГМН 29 с помощью соединительной муфты 31, вследствие чего при передаче крутящего момента на вал 6 начинается передача крутящего момента также на вал 30 ГМН 29. Дополнительно следует отметить, что в газотурбинных установках на режиме пуска ГТД для подачи масла в систему смазки ГТД всегда используются пусковые масляные насосы (на фиг. не показаны), которые отключаются при выходе ГТД на стационарный режим, при котором подача масла уже осуществляется только ГМН 29.

По команде от блока управления привод расцепного устройства 21, установленного на валу 17, перемещает ЗК 22 расцепного устройства 21 вдоль вала 17 и вводит ЗК 22 в зацепление с ЗК 10. После этого блок управления включает пусковой электродвигатель 1, выходной вал 20 которого постоянно соединен с валом 17 редуктора посредством соединительной муфты 19.

При включении пускового электродвигателя 1, когда передаваемый от него на вал 6 крутящий момент превышает крутящий момент, передаваемый на вал 6 от ВПУ 2, ЗК 16 автоматически выводится из зацепления с ЗК 10. Вал 4 ГТД 5 продолжает раскручиваться от пускового электродвигателя 1 с увеличением частоты вращения. После достижения валом 4 ГТД частоты, необходимой для включения камеры сгорания двигателя и выхода ГТД на самоходность, происходит отключение пускового электродвигателя 1, а затем расцепное устройство 21 выводит ЗК 22 из зацепления с ЗК 10. Далее ГТД продолжает работать на стационарном режиме, при котором вал 4 ротора ГТД вращается самостоятельно.

Как отмечалось выше, при выходе ГТД на стационарный режим работы подачу масла в систему смазки ГТД в полном объеме осуществляет ГМН 29. Через остающуюся в зацеплении зубчатую передачу (в представленном примере выполнения это: ЗК 11 - ЗК 26 - ЗК 25), связывающую вал 6, постоянно соединенный с валом 4 ГТД 5, и вал 24, постоянно соединенный с валом 30 ГМН 29, осуществляется передача крутящего момента от вала 4 ГТД 5 к валу 30 главного масляного насоса 29, представляющего собой полезную нагрузку. При этом зубчатые колеса 16 и 22 выведены из зацепления с зубчатым колесом 10 (установленным на валу 6 редуктора, соединенном с валом 4 ГТД 5), и следовательно, не вращаются, что исключает необходимость расхода энергии на их вращение. Соответственно, при этом также не вращаются и валы 14, 17 в подшипниках 12, 18. Кроме того, отсутствие зацепления зубчатых колес 16 и 22 с зубчатым колесом 10, а значит, и их вращения на стационарном режиме работы ГТД, исключает износ зубчатых пар (ЗК 16 - ЗК 10, ЗК 22 - ЗК 10) и подшипниковых узлов валов на указанном режиме, что повышает долговечность и надежность работы редуктора. Также следует отметить, что отсутствие вращающихся на холостом ходу зубчатых пар снижает уровень шума при работе редуктора.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, помимо основной функции запуска ГТД, обеспечивает возможность подключения полезной нагрузки через редуктор пусковой системы и передачи полезной нагрузке крутящего момента от ротора ГТД, работающего на стационарном режиме, что, как отмечалось ранее, позволяет снизить мощность, потребляемую газотурбинной установкой. При этом, по сравнению с прототипом, предлагаемое выполнение пусковой системы газотурбинного двигателя обеспечивает при ее использовании в составе ГТУ повышение ресурса работы редуктора и надежности работы пусковой системы в целом, уменьшение затрат мощности при работе ГТД на стационарном режиме, а также снижение уровня шума при работе редуктора.

Пусковая система газотурбинного двигателя, характеризующаяся тем, что содержит зубчатый редуктор, пусковое устройство, валоповоротное устройство; в корпусе зубчатого редуктора установлен с возможностью вращения вал, соединенный с пусковым устройством, при этом на валу, соединенном с пусковым устройством, установлено расцепное устройство с зубчатым колесом, имеющим возможность совместного вращения с указанным валом и осевого перемещения вдоль него; также в корпусе зубчатого редуктора установлен с возможностью вращения вал валоповоротного устройства, при этом на валу валоповоротного устройства установлено расцепное устройство с зубчатым колесом, имеющим возможность совместного вращения с указанным валом и осевого перемещения вдоль него; также в корпусе зубчатого редуктора установлены с возможностью вращения два вала, кинематически соединенные между собой посредством зубчатой передачи, один из которых выполнен с возможностью соединения с валом газотурбинного двигателя, а другой выполнен с возможностью соединения с валом полезной нагрузки; вал, выполненный с возможностью соединения с валом газотурбинного двигателя, снабжен зубчатым колесом, имеющим возможность совместного вращения с указанным валом, а также возможность зацепления с зубчатым колесом каждого вышеназванного расцепного устройства.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к коробке приводов агрегатов турбомашины. Содержит корпус (30) и две зубчатые передачи (40a, 40b), скомпонованные в форме буквы V.

Изобретение относится к промежуточному редуктору для турбомашины летательного аппарата. Содержит первую коническую шестерню и первое коническое зубчатое колесо, образующие угловую передачу, при этом первое коническое зубчатое колесо соединяется с главным валом, прикрепленным к одной или нескольким коническим шестерням, допускающим приведение одного или нескольких вспомогательных агрегатов во вращение посредством одного или нескольких конических зубчатых колес.

Промежуточный корпус газотурбинного двигателя содержит внутреннюю втулку, выполненную с возможностью размещения в ней вала компрессора газотурбинного двигателя, наружную обечайку, множество радиальных стоек, соединяющих втулку и обечайку, а также коробку угловой передачи радиального вала.

Способ обеспечения нетяговой мощностью летательного аппарата включает в себя приведение в движение вала (13) системы (1) кондиционирования воздуха летательного аппарата во время фазы полета летательного аппарата путем сочетания источников энергии, выбранных из: вспомогательной силовой установки (4), стартера/генератора (18) и средств (63) подачи дополнительного воздуха.

Изобретение относится к авиации. Газотурбинный двигатель в сборе содержит вентиляторное отделение, компрессорное отделение, камеру сгорания, пилон.

Изобретение относится к коробке передач для турбовентиляторных реактивных двигателей. Коробка передач имеет основное устройство и вспомогательное устройство, содержащие соответствующие корпусы зубчатых передач и соответствующие полые валы, соединенные с помощью приводного вала.

Коробка приводов содержит картер, образующий камеру для размещения смазываемых маслом вращающихся элементов, трубчатую муфту, соединяемую с вращающимися элементами и выполненную с возможностью приведения во вращение вала, а также средства сбора масла для смазки вращающихся элементов и доставки масла за счет стекания к шлицам с целью их смазки.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к авиадвигателестроению. Техническим результатом является увеличение жесткости соединения, что приводит к повышению прочности и надежности узла соединения в случае динамической нагруженности, а именно при воздействии вибраций, а также снижение массы узла соединения в целом.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к газотурбинным двигателям газоперекачивающего агрегата. Единый механизм передачи крутящего момента агрегатам двигателя включает газодинамически связанные между собой соосные валы роторов высокого давления (РВД) и роторов низкого давления (РНД) модуля газогенератора и вал ротора модуля силовой турбины.

Система передачи мощности для турбомашины содержит передаточный вал, связанный с валом двигателя с помощью средств соединения и приводящий в действие оборудование или вспомогательные средства.

Система запуска турбинного двигателя содержит аккумуляторную батарею, стартер постоянного тока, электронный вычислитель регулирования, редуктор трансмиссии, пусковые вспомогательные устройства, газогенератор, который в свою очередь содержит компрессор, камеру сгорания и турбину высокого давления вместе со свободной турбиной.

Изобретение относится к способу и системе запуска газотурбинного двигателя летательного аппарата. Газотурбинный двигатель содержит камеру сгорания, вал компрессора, на котором установлено колесо компрессора для питания сжатым воздухом упомянутой камеры сгорания, по меньшей мере один стартер, связанный с упомянутым валом таким образом, чтобы сообщать ему крутящий момент запуска определенного значения для его приведения во вращение.

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.

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.

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.

При валоповороте ротора турбомашины прекращают работу турбомашины, соединяют валоповоротное средство с ротором, чтобы вращать ротор вокруг оси турбомашины, позволяют ротору охладиться и затем вращают ротор посредством валоповоротного средства во время охлаждения ротора.

Приводное устройство для вращения турбинного валопровода турбогенераторной установки. Приводное устройство содержит главный валоповоротный редуктор с электрическим приводом и вспомогательный валоповоротный механизм (5) с гидравлическим приводом.

Изобретение относится к системе перемещения для осмотра турбины, в частности турбины, соединенной с центробежным компрессором. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции паровых и газовых турбин, а более конкретно к валоповоротному устройству, предназначенному для исключения искривления ротора при остановке турбины.

Изобретение относится к области газотурбостроения, может быть использовано в системах пуска газотурбинных двигателей с помощью валоповоротного устройства и пускового устройства, обеспечивая при этом возможность подключения через редуктор полезной нагрузки. Технический результат: повышение ресурса работы редуктора и надежности работы пусковой системы, снижение потребляемой мощности, уменьшение уровня шума. Пусковая система содержит зубчатый редуктор, пусковое устройство, валоповоротное устройство. В корпусе редуктора установлен соединенный с пусковым устройством вал, на котором установлено расцепное устройство с зубчатым колесом, имеющим возможность осевого перемещения. В корпусе редуктора установлен вал валоповоротного устройства, на котором установлено расцепное устройство с зубчатым колесом, имеющим возможность осевого перемещения. В корпусе редуктора установлены два вала, кинематически соединенные между собой посредством зубчатой передачи, один из которых выполнен с возможностью соединения с валом газотурбинного двигателя, а другой - с валом полезной нагрузки. Вал, имеющий возможность соединения с валом газотурбинного двигателя, снабжен зубчатым колесом, имеющим возможность зацепления с зубчатым колесом каждого расцепного устройства. Изобретение позволяет повысить ресурс работы редуктора пусковой системы, а также повысить ее надежность. 1 ил.

Наверх