ЛОМКАЯ СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВАЛА ВЕНТИЛЯТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК F01D21/04 

Изобретение относится к опоре вала, которая ломается при возникновении неуравновешенности.

Точнее, изобретение относится к устройству с вращательным валом, несущему оборудование на одном конце и проходящему в заднем направлении от оборудования, при этом вал опирается на первый (передний) подшипник позади оборудования и на второй (задний) подшипник, находящийся позади первого подшипника, причем первый подшипник удерживается кожухом, окружающим вал и проходящим в заднем направлении от первого подшипника к конструкции статора, к которой кожух крепят посредством винтов, проходящих параллельно валу и разрываемых при тяговом усилии.

Такое устройство описано в патенте Франции FR 2752024. Оборудование представляет собой, например, вентилятор турбореактивного двигателя, приводимый в действие и удерживаемый валом турбины низкого давления.

Если ломается вентилятор, то на опорном валу вентилятора происходит значительное нарушение равновесия, вследствие чего возникают циклические нагрузки и вибрация, при этом первый подшипник опоры вала сообщается со стационарными частями машины, что вызывает серьезную опасность возникновения повреждений. Разрушение винтов, которые могут быть разорваны при тяговом усилии, приводит к тому, что кожух отсоединяется после некоторого небольшого числа оборотов вала при возникновении значительной неуравновешенности, например, вследствие поломки лопасти вентилятора.

Как только кожух отсоединен, первый подшипник более не удерживает вентилятор и вал вентилятора удерживается только вторым подшипником, который, в свою очередь, начинает передавать циклические нагрузки и вибрацию конструкции статора через ее опору.

В патенте Франции FR 2752024 создан вариант конструкции, в котором кольцевая опора второго подшипника подсоединена к опорному кожуху первого подшипника. В случае разрушения винтов, которые могут быть разорваны при тяговом усилии, передний конец вала трансмиссии низкого давления становится плавающим и может довольно сильно колебаться в радиальном направлении, при этом он может тереться о вал трансмиссии высокого давления, который соосен с ним и вращается со значительно более высокой скоростью, что может привести к повреждению обеих трансмиссий.

В патенте Франции FR 2752024 также обеспечено ограничение перемещения вала трансмиссии низкого давления после разрушения винтов, которые могут быть разорваны при тяговом усилии, посредством установки ребра на статор вокруг кожуха, так чтобы оно охватывало его перемещение, либо другое ребро крепят к статору и заканчивают его башмаками, расположенными позади второго подшипника и окружающими вал трансмиссии низкого давления на небольшом расстоянии от него. Когда перемещение вала трансмиссии низкого давления ограничено посредством башмаков другого обода, расположенного на небольшом расстоянии от вала, естественно, будет происходить трение между валом низкого давления и башмаками, что может повредить вал низкого давления.

Задача изобретения заключается в создании устройства с валом, определенного во вводной части, которое позволяет уменьшить вышеупомянутые недостатки.

В изобретении эта задача решена за счет того, что второй подшипник расположен с радиальным зазором в отверстии кольцевой опоры, прикрепленной к конструкции статора, и прикреплен к кольцевой опоре посредством винтов, которые параллельны валу и могут быть разорваны при усилии среза, в связи с чем второй подшипник может опираться на упомянутую опору в случае разрушения винтов.

Наиболее предпочтительно, чтобы радиальный зазор был выполнен с таким размером, который позволил бы избежать трения между валом и другими неподвижными или подвижными элементами.

Предпочтительно, чтобы второй подшипник включал в себя наружное кольцо, которое представляет собой направленный наружу в радиальном направлении кольцеобразный фланец, который прижат к боковой поверхности кольцевой опоры посредством разрываемых винтов.

Согласно второму предпочтительному отличительному признаку изобретения наружное кольцо удерживается сцентрированным в отверстии кольцевой опоры посредством множества коротких выступов, проходящих параллельно валу, при этом короткие выступы выполнены с таким размером, чтобы в случае отсоединения второго подшипника они были срезаны.

Предпочтительно, чтобы короткие выступы были обеспечены на кольцевой опоре и проходили от периферии фланца.

Согласно еще одному предпочтительному отличительному признаку изобретения созданы средства, препятствующие вращению наружного кольца в случае отсоединения второго подшипника.

Предпочтительно, чтобы средства, препятствующие вращению наружного кольца в случае отсоединения, содержали, по меньшей мере, один палец, закрепленный в кольцевой опоре, проходящий с зазором через отверстие, образованное во фланце.

Наиболее предпочтительно, чтобы палец включал в себя головку, опирающуюся о наружную поверхность фланца, так чтобы предотвращать перемещение второго подшипника в осевом направлении в случае отсоединения второго подшипника.

Таким образом в случае отсоединения наружное кольцо будет опираться на периферию отверстия и его вращение будет предотвращено посредством пальцев, которые также предотвращают перемещение наружного кольца второго подшипника в осевом направлении.

Устройство согласно изобретению предпочтительно имеет три пальца, которые распределены через равные интервалы вокруг оси отверстия.

Другие преимущества и отличительные признаки изобретения будут очевидны при прочтении приведенного далее описания, представленного в виде не налагающего ограничений примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 представлен общий вид изобретения;

на фиг.2 в большем масштабе показано, как установлен второй (задний) подшипник вала;

на фиг.3 представлен вид спереди наружного кольца в предпочтительном варианте осуществления изобретения;

на фиг.4 подобным же образом в большем масштабе показано, как установлен второй подшипник вала, причем эта фигура показана в сечении по линии IV-IV на фиг.3.

На фиг.1 представлен передний конец вала 1 турбины низкого давления двухконтурного турбореактивного двигателя по оси X, причем этот вал опирается на первый (передний) подшипник 2 и на второй (задний) подшипник 3. Вал 1 удерживает консольно выходящий вперед по оси Х от первого подшипника 2 вентилятор (на чертежах не показан), при этом он у заднего конца опирается на третий подшипник, который на чертежах не показан.

Первый подшипник 2 удерживается кожухом 4, который окружает вал 1 и проходит в заднем направлении от первого подшипника 2 к конструкции 5 статора, с которой он объединен посредством множества винтов 6, расположенных параллельно оси X, которые могут быть разорваны при тяговом усилии. Каждый из этих винтов 6 имеет среднюю часть с небольшим сечением, которая разрушается, когда первый подшипник 2 подвергается циклическим нагрузкам в случае возникновения неуравновешенности вследствие разрушения или значительной деформации лопасти вентилятора.

Второй подшипник 3 расположен в отверстии 7 по оси Х в жесткой опоре 8, которая прикреплена к конструкции 5 статора или которая выполнена заодно с конструкцией 5 статора, и прикреплен к опоре 8 посредством винтов 9 по оси X, которые пригодны для поломки под действием усилия среза, когда второй подшипник 3 подвергается значительным циклическим нагрузкам.

Как показано на фиг.2, отверстие 7 опоры 8 имеет диаметр, больший наружного диаметра наружного кольца 10 второго подшипника 3, причем это периферийное наружное кольцо 10 представляет собой направленный наружу радиальный кольцевой фланец 11, прижатый к боковой поверхности опоры 8 посредством винтов 9.

Таким образом имеется радиальный зазор J между периферийной наружной стенкой наружного кольца 10 и радиальной внутренней стенкой 12 опоры 8, которая образует отверстие 7.

В случае разрушения винтов 9 под действием усилия среза перемещение второго подшипника 3 в радиальном направлении определяется радиальным зазором J, при этом периферийная наружная стенка кольца 10 второго подшипника 3 будет опираться на радиальную внутреннюю стенку 12 опоры 8.

Когда вентилятор создает значительную неуравновешенность, первый подшипник 2 подвергается воздействию циклических нагрузок, компенсируемых осевыми силами на винты 6, которые могут быть разорваны при тяговом усилии и ломаются один за другим после весьма малого числа оборотов вала 1. Первый подшипник 2 более не несет на себе вентилятор и второй подшипник 3, в свою очередь, подвергается воздействию циклических нагрузок, которые могут вызвать разрушение винтов 9, разрываемых при усилии среза. Однако второй подшипник 3 остается прижатым в радиальном направлении к радиальной внутренней стенке 12 опоры 8.

Обеспечивают такой размер зазора J, чтобы вал 1 турбины низкого давления не терся о какие-либо из стационарных или подвижных элементов турбореактивного двигателя, в частности о вал высокого давления, который соединяет турбину высокого давления с компрессором высокого давления, соосен с валом 1 низкого давления и вращается со значительно более высокой скоростью.

Зазор J может быть ограничен, например, 4 мм, а предпочтительно 3 мм, чтобы в весьма значительной степени уменьшить опасность соприкосновения между валами, когда турбореактивный двигатель действует на высокой скорости, и чтобы уменьшить силы, когда он действует на низкой скорости.

Таким образом, как показано на фиг.3, радиальный кольцевой фланец 11 периферийного элемента 10, который фактически образует наружное кольцо второго подшипника 3, имеет большое количество отверстий 20, например 12 отверстий, для прохождения разрываемых винтов 9. Фланец 11 также имеет три сквозных отверстия 21, которые предпочтительно имеют круглую форму и распределены через равные интервалы вокруг оси Х вала. Эти отверстия 21 предназначены для захождения в них с соответствующим зазором пальцев 22, которые крепят в кольцевой опоре 8, как показано на фиг.4, чтобы предотвратить вращение наружного кольца 10 в случае отсоединения второго подшипника 3, все же обеспечивая при этом опирание наружного кольца 10 на радиальную внутреннюю стенку 12 опоры 8. Каждый палец 22 имеет головку 23 на его свободном конце, которую слегка прижимают к наружной передней поверхности кольцевого фланца 11, чтобы предотвратить перемещение второго подшипника 3 в осевом направлении, оставляя при этом возможность для радиального перемещения второго подшипника 3 на некоторую величину.

Позицией 25 обозначен короткий выступ, прикрепленный к кольцевой опоре 8 и выступающий от периферии фланца 11. Кольцевая опора 8 предпочтительно имеет три выступа 25, распределенных через равные интервалы вокруг периферии фланца, при этом выступы служат для центрирования наружного кольца 10 в отверстии 7 в течение сборки. Этим выступам 25 приданы такие размеры, чтобы они были срезаны после того, как срезаны разрываемые винты 9, как только появляется неуравновешенность.

Турбореактивный двигатель включает вал, вентилятор на одном конце вала, а также первый и второй подшипники. Вал опирается на первый подшипник позади вентилятора и на второй подшипник позади первого подшипника. Первый подшипник удерживается кожухом, окружающим вал и проходящим в заднем направлении от первого подшипника к конструкции статора. Кожух к конструкции статора крепят посредством винтов, которые проходят параллельно валу и которые могут быть разорваны при тяговом усилии. Второй подшипник содержит наружное кольцо, расположен с радиальным зазором в отверстии кольцевой опоры, прикрепленной к конструкции статора, и прикреплен к кольцевой опоре посредством винтов. Указанные винты параллельны валу и могут быть разорваны при усилии среза, посредством чего второй подшипник может опираться на опору в случае разрушения винтов, при этом предусмотрены средства, препятствующие вращению наружного кольца в случае отсоединения второго подшипника. Изобретение позволяет снизить опасность повреждения элементов конструкции в результате вибраций, возникающих в случае выхода из строя вентилятора. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство с вращательным валом, несущее оборудование на одном конце и проходящее от оборудования в заднем направлении, при этом вал (1) опирается на первый подшипник (2) позади оборудования и на второй подшипник (3) позади первого подшипника (2), причем первый подшипник (2) удерживается кожухом (4), окружающим вал (1) и проходящим в заднем направлении от первого подшипника (2) к конструкции (5) статора, к которой кожух (4) крепят посредством винтов (6), которые проходят параллельно валу (1) и которые могут быть разорваны при тяговом усилии, отличающееся тем, что второй подшипник (3) содержит наружное кольцо (10) и расположен с радиальным зазором (J) в отверстии (7) кольцевой опоры (8), прикрепленной к конструкции (5) статора, и прикреплен к кольцевой опоре (8) посредством винтов (9), которые параллельны валу (1) и могут быть разорваны при усилии среза, посредством чего второй подшипник (3) может опираться на опору (8) в случае разрушения винтов (9), при этом предусмотрены средства, препятствующие вращению наружного кольца (10) в случае отсоединения второго подшипника (3).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиальному зазору (J) придан такой размер, чтобы избежать трения между валом (1) и другими стационарными или подвижными элементами.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что радиальный зазор (J) составляет не более 3 мм.4. Устройство по любому одному из пп.1-3, отличающееся тем, что оборудование представляет собой входной вентилятор турбореактивного двигателя.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружное кольцо (10) представляет собой направленный наружу фланец (11), который прижат к боковой поверхности кольцевой опоры (8) посредством разрываемых винтов (9).6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что наружное кольцо (10) удерживается сцентрированным относительно оси Х в отверстии (7) кольцевой опоры (8) посредством множества коротких выступов (25), проходящих параллельно валу (1), при этом коротким выступам приданы такие размеры, чтобы в случае отсоединения второго подшипника происходил их срез.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что короткие выступы предусмотрены на кольцевой опоре (8) и проходят по периферии фланца (11).8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что кольцевая опора (8) имеет три коротких выступа, которые распределены через равные интервалы вокруг оси отверстия.9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства, препятствующие вращению наружного кольца (10) в случае отсоединения, содержат, по меньшей мере, один палец (22), закрепленный в кольцевой опоре (8) и проходящий с зазором через отверстие (21), образованное во фланце (11).10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что палец (22) включает в себя головку (23), опирающуюся на наружную поверхность фланца (11) так, чтобы предотвратить перемещение второго подшипника (3) в осевом направлении в случае отсоединения второго подшипника.11. Устройство по п.1 или 11, отличающееся тем, что оно имеет три пальца (22), которые распределены через равные интервалы вокруг оси отверстия (7).