УСТРОЙСТВО МОНТАЖА ДВУХ ЛИНИЙ КОАКСИАЛЬНЫХ ВАЛОВ Российский патент 2007 года по МПК F01D25/16 

Объектом предлагаемого изобретения является устройство монтажа двух коаксиальных линий валов, в частности так называемой линии валов ротора каскада низкого давления, связывающей, как это показано на фиг.1, компрессор низкого давления 1 с турбиной низкого давления 2 в газотурбинном двигателе и охваченной так называемой линией валов ротора каскада высокого давления, связывающей компрессор высокого давления 3 с турбиной высокого давления 4.

В таком газотурбинном двигателе внутренняя линия валов (то есть линия валов ротора каскада низкого давления) выступает вперед из внешней линии валов 16 (то есть линии валов ротора каскада высокого давления) и может завершаться концом вала 5, на котором установлен крупноразмерный вентилятор 6, оборудованный лопастями большого радиуса и предназначенный для нагнетания воздуха в вспомогательный канал 7, охватывающий основной канал 8 движения потока газа, причем аварийный разрыв этого вала вызывает значительную разбалансированность на внутренней линии валов 15. Это заставляет принимать и использовать определенные приспособления. Прежде всего, подшипник 9, или так называемый подшипник номер 1, располагающийся в передней части внутренней линии валов 15, может быть выполнен плавким или разрушающимся, то есть он может быть смонтирован на опоре 10, имеющей низкую механическую прочность и способной разрушаться при появлении разбалансированности, для того чтобы не передавать на остальную часть конструкции статора значительные усилия, которые возникают в этом случае. При этом конец вала 5 получает возможность отклонения под действием усилий, возникающих в результате разбалансированности, вплоть до того момента, когда система, образованная этим валом вместе с вентилятором 6, найдет новое положение равновесия во вращательном движении, что позволяет предотвратить другие повреждения вентилятора для обеспечения к нему доступа и демонтажа вплоть до остановки. Конец вала 5 осуществляет это колебательное движение относительно так называемого подшипника номер 2, располагающегося позади описанного выше подшипника и поддерживающего задний конец этого вала, а также основной вал внутренней линии валов 15. Этот подшипник на прилагаемых фигурах обозначен позицией 17. Он также обеспечивает требуемое осевое положение внутренней линии валов 15.

Приводная шестерня 20, предназначенная, в частности, для осуществления запуска газотурбинного двигателя и приводимая во вращательное движение при помощи трансмиссионного вала 25, перпендикулярного по отношению к линиям валов 15 и 16, должна быть размещена между этим подшипником 17 и так называемым подшипником номер 3 (обозначен позицией 18), образующим опору на переднем конце внешней линии валов 16. Описанный выше подшипник 17, будучи максимально смещенным назад для того, чтобы улучшить динамическую устойчивость внутренней линии валов 15, отделен от упомянутого выше подшипника только расстоянием, строго достаточным для размещения приводной шестерни 20. Монтажная гайка навинчивается вокруг переднего конца внешней линии валов 16 для того, чтобы прижимать этот конец к подшипнику 18 в положении упора к нему. Эта монтажная гайка, которую устанавливают перед подшипником 18 и на приводной шестерне 20, оказывается труднодоступной, и доступ к ней затруднен в еще большей степени вследствие того, что муфта, удерживающая уплотнительные прокладки и охватывающая передний конец внешней линии валов 16 и участок внутренней линии валов 15 для обеспечения герметичности между ними, должна быть установлена позади подшипника 17 непосредственно перед упомянутой монтажной гайкой. Демонтаж линии валов 16 ротора каскада высокого давления, предшествующий его техническому обслуживанию, обычно может быть выполнен только после демонтажа оборудования, располагающегося перед этой монтажной гайкой, в частности после демонтажа вентилятора 6, для того чтобы получить доступ к упомянутой гайке и отвинтить ее.

На фиг.2 показаны участок внутренней линии валов 15, передний конец внешней линии валов 16, торец подшипника номер 2 (позиция 17), подшипник номер 3 (позиция 18), монтажная гайка 19 подшипника 18, приводная шестерня 20, зубчатый венец 21, входящий в зубчатое зацепление с шестерней 20 и удерживаемый между внешней линией валов 16, монтажной гайкой 19 и подшипником 18 для участия в его монтаже в упор с этим подшипником, несущая уплотнительные прокладки муфта 22, причем две ее уплотнительные прокладки 23 и 24 входят в механический контакт трения с прилегающими участками линий валов 15 и 16, при этом окружающая приводную шестерню 20 конструкция содержит следующие детали: трансмиссионный вал 25, вращающийся заодно с приводной шестерней 20 при помощи канавок 26 и установленный во втулку 27 приводной шестерни 20; пару подшипников 28 и 29, размещенных вокруг втулки 27; корпус 30, соединенный при помощи резьбы с расширением 31 втулки 22 и (как это можно видеть в правой части рассматриваемой фигуры) с корпусом 32 статора; обечайку 33, привинченную к корпусу 30, с которой соединен подшипник 29, удаленный от шестерни 20, тогда как другой подшипник 28, располагающийся рядом с шестерней 20, закреплен на втулке 27 и скользит в корпусе 30; фланцы 34 и 35 подшипника 28, располагающегося ближе к шестерне 20 и к обечайке 33, которые упираются в корпус 30 и привинчены к нему для того, чтобы обеспечить неизменное положение подшипников 28 и 29 вдоль втулки 27. Винты крепления не показаны на приведенных в приложении фигурах из соображений упрощения чертежа. Средства крепления подшипников 28 и 29 известным образом содержат гайки, упорные шайбы и соединения в натяг. В рассматриваемом варианте реализации подшипник 28 представляет собой шариковый подшипник качения, а другой подшипник 29 представляет собой роликовый подшипник качения, не содержащий внутреннего кольца, причем ролики этого подшипника опираются непосредственно на втулку 27.

Здесь уместно напомнить способ монтажа узла с шестерней 20 после того, как завинчена гайка 19. Шестерня 20, ближайший к ней подшипник 28 и кожух 30 установлены путем привинчивания этого кожуха к корпусу 32, после чего обечайка 33 и подшипник 29 устанавливаются путем их крепления на корпусе 30, муфта 22, удерживающая уплотнительные прокладки, фиксируется на корпусе 30, путем ее проталкивания со скольжением в направлении назад; и наконец, трансмиссионный вал 25 вводится во втулку 27. Здесь следует отметить, что монтажная гайка 19, охватываемая другими деталями, становится практически недоступной и до нее можно добраться только после существенных операций демонтажа оборудования. Поскольку уплотнительная прокладка 24 трется о кромку 14 внешней линии валов 16, которая проходит спереди от монтажной гайки 19, и поскольку эта гайка завинчена вокруг этой линии валов 16, муфта удержания уплотнительных прокладок 22 полностью отделяет монтажную гайку 19 от кольцевого пространства 13, существующего между линиями валов 15 и 16.

Можно сослаться на французский патент 2783579, в котором описано устройство, при помощи которого упомянутая монтажная гайка может быть отвинчена с задней стороны при помощи специального инструмента, который вводится в кольцевое пространство между линиями валов, что оказывается более удобным, несмотря на узость и стесненность этого пространства, поскольку в этом случае не требуется производить сколько-нибудь существенный демонтаж элементов газотурбинного двигателя для того, чтобы получить возможность извлечь линию валов ротора каскада высокого давления; однако принятый в этом случае порядок действий состоит в завинчивании упомянутой монтажной гайки внутрь внешней линии валов, тогда как эта гайка обычно навинчивается вокруг этой линии валов, что требует пересмотра всей конструкции переднего конца этой линии валов и может, таким образом, стать причиной проявления других недостатков.

Здесь предлагается другое техническое решение, обеспечивающее свободный доступ к упомянутой монтажной гайке крепежа внешней линии валов 16 с задней стороны без глубокой модификации конструкции данного газотурбинного двигателя: узость и стесненность пространства вокруг упомянутой гайки требует некоторой перекомпоновки окружающих эту гайку деталей двигателя, но в последующем изложении будет показано, что эта перекомпоновка относится в основном к уплотнительным и приводным узлам, конструкция которых является менее проблематичной.

В своей наиболее общей форме устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит внутреннюю линию валов и внешнюю линию валов, которые выполнены коаксиальными, причем передняя часть внутренней линии валов выступает из переднего конца внешней линии валов, муфту, охватывающую обе линии валов и несущую на себе две уплотнительные прокладки, связанные соответственно с упомянутыми линиями валов, вблизи ее переднего конца, и гайку удержания упомянутого подшипника, навинченную вокруг переднего конца этой линии валов, и отличается тем, что содержит поперечную механическую связь, имеющую регулировочную часть, скользящую вокруг внешней линии валов и зажатую между упомянутой гайкой и упомянутым подшипником, и уплотнительную часть, располагающуюся вокруг упомянутой гайки, причем с этой частью входит в механический контакт трения уплотнительная прокладка, связанная с внешней линией валов.

Устройство содержит приводную шестерню, установленную под гайкой, поперечной механической связью и муфтой.

Устройство содержит корпус для удерживания шестерни, охватывающий эту шестерню и втулку шестерни и предназначенный для удержания шестерни в вертикальном положении, подшипник смонтирован, проходя снизу от корпуса, а удерживающая уплотнительные прокладки муфта содержит фланец крепления к этому корпусу, упирающийся в корпус сзади.

Устройство содержит единственную обечайку, прикрепленную к корпусу, в которой смонтированы подшипник и второй подшипник, скользящий в вертикальном направлении.

Преимущества такого устройства, а также другие аспекты предлагаемого изобретения будут лучше понятны из приведенного ниже описания со ссылками на прилагаемые фигуры, среди которых:

фиг.1, уже упомянутая выше, представляет собой общий схематический вид газотурбинного двигателя;

фиг.2 представляет собой схематический вид устройства из предшествующего уровня техники, где упомянутые выше проблемы доступа к монтажной гайке не решены;

фиг.3 представляет собой схематический вид устройства в соответствии с предлагаемым изобретением;

фиг.4 представляет собой схематический вид другого варианта реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением.

На фиг.3 схематически проиллюстрирован первый вариант реализации предлагаемого изобретения и, прежде всего, показана модификация муфты удержания уплотнительных прокладок, которой в рассматриваемом здесь случае присвоена позиция 38 и которая имеет коническую форму, причем уплотнительная прокладка 39 обеспечивающая герметичность со стороны линии валов ротора каскада высокого давления 16, имеет теперь диаметр, несколько больший, чем диаметр не изменившейся уплотнительной прокладки 23, обеспечивающей герметичность со стороны линии валов ротора каскада низкого давления 15; при этом уплотнительная прокладка 39 не испытывает трения по отношению к собственно линии валов 16, но трется об опорную уплотнительную поверхность 41 поперечной механической связи 40, интегрированной в линию валов ротора каскада высокого давления 16 и содержащей для этого опорную поверхность 42, надетую на упомянутую линию валов и зажатую при помощи гайки 19 между этой гайкой и венцом 21.

Из сказанного выше следует, что опорная уплотнительная поверхность 41 и муфта 38 охватывают монтажную гайку 19 вместо того, чтобы закрывать ее спереди, и что эта гайка становится доступной с задней стороны при помощи не показанного здесь инструмента с захватами, который можно вставить в кольцевой интервал 43 между линиями валов 15 и 16, и что эта гайка 19 располагается на переднем конце линии валов 16, причем кромка 14, которая ее окружала, заменена на опорную уплотнительную поверхность 41. Позицией 44 обозначена деталь стопорения монтажной гайки 19, содержащая зубцы кулачкового соединения, входящие в гайку 19 и во внешнюю линию валов 16 для того, чтобы предотвратить всякую возможность относительного поворота после установки этой детали стопорения; данная деталь стопорения имеет форму разрезанного кольца и изготовлена из упругого материала, который позволяет раскрыть ее для установки на место.

Некоторые приспособления могут быть предложены со стороны шестерни 20 для того, чтобы адаптировать конструкцию к модификации формы удерживающей уплотнительные прокладки муфты 38: здесь используются два опорных подшипника 28 и 29 втулки 27 шестерни 20, корпус 30, закрепленный на расширении 31 удерживающей уплотнительные прокладки муфты 38 и на корпусе 32, однако обечайка 33 заменена здесь на другую по конструкции обечайку 45, которая проходит вокруг двух подшипников 28 и 29 и содержит еще ободок 35 упора и фиксации на корпусе 30.

В данном случае монтаж отличается от монтажа, проиллюстрированного на фиг.2. При этом монтаж осуществляется путем закрепления корпуса 30, после чего этот монтаж состоит во введении шестерни 20, снабженной ближайшим к ней подшипником (здесь он обозначен позицией 29), в корпус 30, в его установке на опорную поверхность в донной части этого корпуса 30, в продвижении со скольжением удерживающей уплотнительные прокладки муфты 38 поверх шестерни 20 и в закреплении этой муфты на корпусе 30. Обечайка 45, снабженная подшипником, удаленным от шестерни 20 (в данном случае это шариковый подшипник 28), после этого вводится в расточку корпуса 30 вокруг втулки 27 и подшипника 29. На подшипник 28 опирается распорное кольцо, которое в конечном итоге входит в соприкосновение с другим подшипником 29 в процессе этого движения, его проталкивает и приподнимает таким образом шестерню 20. Когда ободок 35 войдет в упорный контакт с корпусом 30, шестерня 20 входит в зубчатое зацепление с венцом 21. И, наконец, устанавливается передаточный вал 25.

На фиг.4 схематически представлен другой вариант реализации этой идеи, в соответствии с которым подшипники 28 и 29 занимают те же самые места, что и в предшествующей конструкции, и присутствует обечайка 33; однако ободок 34 упора подшипника 28, размещенный на выступе корпуса 30, заменен здесь на ободок 46, размещенный под ним, как и ободок 35 обечайки 33, с которым он находится в контакте. Монтаж системы осуществляется практически так же, как и в предыдущем случае, за исключением того, что оба подшипника 28 и 29 должны быть установлены после того, как шестерня 20 будет размещена в корпусе 30.

Оригинальность монтажа в соответствии с предлагаемым изобретением может быть пояснена следующим образом. Единственно возможный раньше доступ к гайке 19 с передней стороны может быть обеспечен только при наличии возможности продвижения со скольжением удерживающей уплотнительные прокладки муфты 22 в направлении вперед, отрывая ее от корпуса 30. Это движение снятия удерживающей уплотнительные прокладки муфты в направлении вперед становится ненужным в предлагаемом изобретении и даже невозможным, поскольку расширенная задняя часть этой удерживающей уплотнительные прокладки муфты 38 будет упираться в зубья шестерни 20. Монтаж корпуса 30 также будет проблематичным, если эта муфта 38 была высвобождена в направлении вперед, поскольку его возвышенная передняя кромка будет упираться в ее расширенную заднюю часть. Таким образом, была принята сборка, в которой удерживающая уплотнительные прокладки муфта 38 высвобождается в направлении назад с монтажом корпуса 30 и шестерни 20; фланец 48 крепления этой муфты упирается в корпус 30 своей задней частью в отличие от прежней конструкции. Такой монтаж не вызывает трудностей, поскольку шестерня 20 может быть опущена до донной части корпуса 30 для того, чтобы не задевать фланец 48 крепления или другие части удерживающей уплотнительные прокладки муфты 38 перед тем, как она окажется в своем окончательном положении, что в полной мере возможно, если подшипник 28, который представляет собой шариковый подшипник, предназначенный для удержания шестерни 20 в вертикальном направлении (или в радиальном направлении в газовой турбине), закрепляют позже на корпусе 30 после того, как он был введен ниже этого корпуса, поднимая при этом шестерню 20.

Конструкция, схематически представленная на фиг.3 и содержащая единственную обечайку 45 для подшипника 28 вертикального удержания шестерни 20 и другого подшипника 29, установленного с возможностью скольжения в вертикальном направлении, является более простой и, вероятно, более жесткой, но требует поменять местами классические положения упомянутых выше подшипников, и более существенные габаритные размеры обечайки 45 могут усложнить монтаж. Именно поэтому не следует пренебрегать более традиционным устройством, показанным на фиг.4, где способ монтажа подшипников 28 и 29 различается в основном положением ободка 46.

Устройство предназначено для двух линий коаксиальных валов, одна из которых выступает из другой. Удерживающая уплотнительные прокладки муфта, установленная между ними, является конической и опирается на поперечную связь внешней линии валов для того, чтобы монтажная гайка переднего конца была доступна с задней стороны через пространство между двумя линиями валов, что позволяет отвинчивать эту гайку и демонтировать внешнюю линию валов. Изобретение может применяться к передним подшипникам линий валов ротора каскада высокого давления газотурбинных двигателей и позволяет демонтировать корпус каскада высокого давления с задней стороны без необходимости демонтировать дополнительно такое оборудование, как вентилятор в передней части двигателя. При этом монтаж приводной шестерни не затрагивается. Такое выполнение устройства позволит упростить его монтаж. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство, содержащее внутреннюю линию валов (15) и внешнюю линию валов (16), которые выполнены коаксиальными, причем передняя часть (5) внутренней линии валов (15) выступает из переднего конца внешней линии валов, муфту (38), охватывающую обе линии валов и несущую на себе две уплотнительные прокладки (23, 39), связанные соответственно с этими линиями валов, подшипник (18), удерживающий внешнюю линию валов вблизи ее переднего конца, и гайку (19) стопорения этого подшипника, навинченную вокруг переднего конца этой линии валов, отличающееся тем, что устройство содержит поперечную механическую связь (40), имеющую регулировочную часть (42), скользящую вокруг внешней линии валов и зажатую между упомянутой гайкой и упомянутым подшипником, и уплотнительную часть (41), располагающуюся вокруг гайки, причем с этой частью входит в механический контакт трения уплотнительная прокладка (39), связанная с внешней линией валов.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит приводную шестерню (20), установленную под гайкой (19), поперечной механической связью (40) и муфтой (38).3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит корпус (30) для удерживания шестерни, охватывающий эту шестерню и втулку (27) шестерни и предназначенный для удержания шестерни (20) в вертикальном положении, отличающееся тем, что подшипник (28) смонтирован, проходя снизу от корпуса (30), а удерживающая уплотнительные прокладки муфта (38) содержит фланец крепления (48) к этому корпусу, упирающийся в корпус (30) сзади.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство содержит единственную обечайку (45), прикрепленную к корпусу (30), в которой смонтированы подшипник (28) и второй подшипник (29), скользящий в вертикальном направлении.