ДВУХКОНТУРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F02K3/04 F02C7/36 

Изобретение относится к двухконтурным газотурбинным двигателям авиационного применения.

Известен двухконтурный газотурбинный двигатель с приводом рабочего колеса вентилятора через редуктор, в котором каждая из промежуточных (сателитных) шестерен установлена на подшипнике скольжения [патент США №6622473, F02k 3/12, 2001 г.]

Недостатком известной конструкции является низкая надежность двухконтурного двигателя из-за возможности катастрофического износа подшипников скольжения на режимах запуска и на режимах авторотации газотурбинного двигателя из-за отсутствия на этих режимах масляной пленки между рабочими поверхностями скольжения подшипников.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому является двухконтурный газотурбинный двигатель с приводом рабочего колеса вентилятора через редуктор, в котором каждая из промежуточных шестерен установлена на подшипнике качения [патент РФ №2238418, F02K 3/04, 2004 г.].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных радиальных нагрузок на подшипники качения промежуточных шестерен на взлетных режимах работы газотурбинного двигателя, что приводит к выкрашиванию беговых дорожек и тел качения подшипников с последующей поломкой редуктора.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности двухконтурного газотурбинного двигателя с приводом рабочего колеса вентилятора через редуктор путем снижения радиальной нагрузки на подшипники качения промежуточных шестерен редуктора на режимах взлета и на крейсерских режимах.

Сущность изобретения заключается в том, что в двухконтурном газотурбинном двигателе с приводом рабочего колеса вентилятора через редуктор, согласно изобретению, между подшипниками качения каждой из промежуточных шестерен установлен подшипник скольжения, причем одно из колец каждого подшипника качения установлено на оси шестерни через упругий элемент, а сепаратор подшипника качения размещен на внутреннем кольце подшипника, при этом δ_с/δ_к=1,5-100,0, где

δ_с - радиальный зазор по рабочей поверхности подшипника скольжения;

δ_к - радиальный зазор по рабочей поверхности подшипника качения.

Привод рабочего колеса вентилятора через редуктор позволяет существенно снижать окружные скорости вращения рабочих лопаток вентилятора и повышать КПД вентилятора и двигателя в целом, а также снижать уровень шума, генерируемый вентилятором. Однако повышенные мощности, передаваемые через редуктор на привод вентилятора, вызывают появление увеличенных радиальных нагрузок на подшипники качения промежуточных шестерен редуктора, что приводит к их поломке, особенно на взлетных режимах и режимах максимальной длительности полета (крейсерских режимах).

Существенным преимуществом подшипников качения является надежность их работы в условиях масляного голодания, т.е. на режимах запуска и авторотации двигателя, когда насос подачи масла не работает. Подшипники скольжения способны воспринимать значительную радиальную нагрузку в течение длительного времени, но они чрезвычайно чувствительны к масляному голоданию, так как при отсутствии масляной пленки происходят задиры и катастрофический износ рабочих поверхностей скольжения.

Установка между подшипниками качения подшипников скольжения с установкой одного из колец подшипника качения на оси шестерни через упругий элемент позволяет производить запуск газотурбинного двигателя, когда передаваемая на рабочее колесо вентилятора мощность незначительна, на подшипниках качения, хорошо переносящих условия масляного голодания. Рабочие поверхности подшипника скольжения при этом расположены концентрично и не соприкасаются друг с другом.

При переходе на взлетный или крейсерский режим работы, когда передаваемая через редуктор мощность и радиальные нагрузки на подшипники увеличиваются, упругие элементы прогибаются, в подшипнике скольжения образуется масляный клин и подшипник скольжения вступает в работу.

Установка сепаратора на внутреннем кольце подшипника качения позволяет минимизировать барботаж и подогрев масла, протекающего из подшипника скольжения через подшипник качения.

При δ_с/δ_к<1,5 снижается надежность газотурбинного двигателя из-за возможного повреждения и износа рабочих поверхностей подшипника скольжения в условиях масляного голодания.

При δ_с/δ_к>100 снижается надежность газотурбинного двигателя из-за возможности поломки упругого элемента вследствие значительной его деформации.

На фиг.1 изображен продольный разрез двухконтурного газотурбинного двигателя, на фиг.2 представлен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, на фиг.3 - элемент II на фиг.2 в увеличенном виде.

Двухконтурный газотурбинный двигатель 1 состоит из газогенератора 2, компрессора низкого давления 3 и вентилятора 4, рабочее колесо 5 которого приводится во вращение через редуктор 6 с внутренним зацеплением.

Редуктор 6 состоит из ведущего колеса 7, промежуточных шестерен 8, а также ведомой шестерни с внутренним зацеплением 9, установленной на подшипнике 10.

Каждая из промежуточных шестерен 8 установлена на переднем 11 и заднем 12 подшипниках качения, внутренние кольца 13 и 14 которых через упругие элементы 15 и 16 установлены на переднем 17 и заднем 18 хвостовиках неподвижной оси 19, которая, в свою очередь, втулками 20 и 21 закреплена в корпусе 22 редуктора 6.

Сепараторы 23 и 24 подшипников качения 11 и 12 установлены на внутренних кольцах 13 и 14 соответственно.

Между подшипниками качения 11 и 12 размещен подшипник скольжения 25, образованный внешней поверхностью 26 неподвижной оси 19 и внутренней поверхностью 27 промежуточной шестерни 8.

Масло на смазку подшипника скольжения 25 и подшипников качения 11, 12 поступает по трубам 28 и каналам 29.

При сборке редуктора 6 по подшипнику скольжения 25 устанавливается монтажный зазор δ_с между рабочими поверхностями 26 и 27, а по подшипникам качения 11 и 12 - монтажный зазор δ_к между поверхностью беговой дорожки 30 и телами качения 31.

Работает данное устройство следующим образом.

При запуске двухконтурного газотурбинного двигателя 1 или при его работе на авторотации мощность, передаваемая через редуктор 6, минимальна, а насос подачи масла (не показан) или еще не работает, или работает с недостающей производительностью, и масло по трубам 28 и каналам 29 на смазку подшипника скольжения 25 и подшипников качения 11 и 12 не поступает. Однако это не приводит к поломке редуктора, так как подшипники качения 11 и 12 могут кратковременно работать в условиях масляного голодания. При этом между поверхностями 26 и 27 подшипника скольжения 25 существует радиальный зазор δ_с, что предохраняет подшипник 25 от износа и поломки.

При повышении режима работы двигателя 1 масло начинает поступать по трубам 28 и каналам 29; передаваемая через редуктор 6 мощность существенно увеличивается, что могло бы привести к поломке подшипников 11 и 12 из-за увеличенной радиальной нагрузки на них. Однако этого не происходит, так как при увеличении радиальной нагрузки происходит деформация упругого элемента 16 (например, балочек типа "беличье колесо"), в подшипнике скольжения 25 возникает за счет смещения оси вращения шестерни 8 масляный клин и подшипник скольжения 25 вступает в работу, разгружая таким образом подшипники качения 11 и 12, что повышает надежность двигателя 1.

Двухконтурный газотурбинный двигатель выполнен с приводом рабочего колеса вентилятора через редуктор. Между подшипниками качения каждой из промежуточных шестерен редуктора установлен подшипник скольжения. Одно из колец каждого подшипника качения установлено на оси шестерни через упругий элемент. Сепаратор подшипника качения размещен на внутреннем кольце подшипника. Отношение радиального зазора по рабочей поверхности подшипника скольжения к радиальному зазору по рабочей поверхности качения равно 1,5-100,0. Изобретение повышает надежность двухконтурного газотурбинного двигателя путем снижения радиальной нагрузки на подшипники качения промежуточных шестерен редуктора на режимах взлета и на крейсерских режимах. 3 ил.

Двухконтурный газотурбинный двигатель с приводом рабочего колеса вентилятора через редуктор, отличающийся тем, что между подшипниками качения каждой из промежуточных шестерен редуктора установлен подшипник скольжения, причем одно из колец каждого подшипника качения установлено на оси шестерни через упругий элемент, а сепаратор подшипника качения размещен на внутреннем кольце подшипника, при этом δ_с/δ_к=1,5-100,0, где

δ_с - радиальный зазор по рабочей поверхности подшипника скольжения;

δ_к - радиальный зазор по рабочей поверхности качения.