ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СВЕРХВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ДВУХКОНТУРНОСТИ С РЕДУКТОРНЫМ ПРИВОДОМ ДВУХРЯДНОГО ВЕНТИЛЯТОРА ПРОТИВОПОЛОЖНОГО ВРАЩЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F02K3/72 F16C21/00 

Изобретение относится к авиационным турбореактивным двигателям сверхвысокой степени двухконтурности.

Известен турбореактивный двигатель, состоящий из газогенератора, компрессора низкого давления и однорядного вентилятора, привод которого осуществляется от турбины низкого давления через редуктор [С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1981, стр.548, рис.13.3].

Недостатками такой конструкции являются низкая экономичность двигателя и повышенный уровень шума турбореактивного двигателя из-за низкого КПД и повышенных окружных скоростей однорядного вентилятора.

Наиболее близким к заявляемому по конструкции является турбореактивный двигатель с противоточной схемой газовоздушного тракта, привод двухрядного вентилятора противоположного вращения в котором производится от биротативной турбины, установленной за вентилятором [патент РФ №2075658, F 16 C 21/00, 1980].

Недостатками известной конструкции являются низкая экономичность двигателя из-за гидравлических потерь воздуха и газа в петлевом газовоздушном тракте двигателя, большая масса двигателя, а также его низкая надежность из-за повышенных напряжений во внешнем роторе биротативной турбины.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и экономичности, а также в снижении массы двигателя путем осуществления привода двухрядного вентилятора противоположного вращения от осевой турбины через редуктор с фиксированным передаточным соотношением для каждого ряда лопастей вентилятора.

Сущность технического решения заключается в том, что в турбореактивном двигателе сверхвысокой степени двухконтурности с двухрядным вентилятором противоположного вращения, роторы которого через редуктор связаны с турбиной низкого давления, согласно изобретению, ведущее центральное колесо редуктора через промежуточные шестерни соединено с установленной на первом роторе вентилятора ведомой шестерней внешнего зацепления и с установленной на втором роторе вентилятора ведомой шестерней внутреннего зацепления, промежуточные шестерни установлены на комбинированном подшипниковом узле, состоящем из двух подшипников скольжения с размещенным между ними подшипником качения, причем внутреннее кольцо подшипника качения установлено на оси промежуточных шестерен с помощью упругого элемента и D_ш/D_к=2÷5, где:

D_ш - диаметр начальной окружности ведомой шестерни внутреннего зацепления;

D_к - диаметр начальной окружности ведущего центрального колеса.

Соединение ведущего центрального колеса через промежуточные шестерни с установленной на первом роторе вентилятора ведомой шестерней внешнего зацепления и с установленной на втором роторе вентилятора ведомой шестерней внутреннего зацепления позволяет выполнить турбореактивный двигатель с фиксированным передаточным отношением от турбины низкого давления к первому и второму роторам двухрядного вентилятора, что позволяет выполнить лопатки вентилятора неповоротными, т.е. с фиксированным их положением относительно первого и второго дисков вентилятора с соответствующим снижением веса и повышением надежности двухрядного вентилятора.

Установка промежуточных шестерен на комбинированном подшипниковом узле, состоящем из двух подшипников качения с размещенным между ними подшипником качения, внутреннее кольцо которого установлено на оси промежуточных шестерен через упругий элемент, позволяет обеспечить надежную работу редуктора на режимах запуска и авторотации турбореактивного двигателя, т.е. в условиях масляного голодания или ограниченной подачи масла на подшипниках качения.

С повышением режима работы турбореактивного двигателя, увеличением нагрузки на промежуточные шестерни и подачи масла на смазку подшипников упругий элемент деформируется, что приводит к образованию масляного клина в подшипниках скольжения, которые обладают повышенной несущей способностью по сравнению с подшипниками качения. Применение комбинированного подшипникового узла позволяет обеспечить надежную работу редуктора при малых нагрузках, на условиях масляного голодания, а также при полной подаче масла при повышенных нагрузках.

При D_ш/D_к<2 - увеличивается количество ступеней турбины низкого давления с соответствующим увеличением веса турбореактивного двигателя сверхвысокой степени двухконтурности, а при D_ш/D_к>5 - снижается надежность турбореактивного двигателя из-за повышенных нагрузок на подшипники промежуточных шестерен.

Изобретение проиллюстрировано следующим образом.

На фиг.1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя сверхвысокой степени двухконтурности, на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде, а на фиг.3 - элемент II на фиг.2 в увеличенном виде. Фиг.4 представляет собой вариант конструкции комбинированного подшипникового узла заявляемой конструкции, а фиг.5 - сечение А-А на фиг.3.

Турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности 1 состоит из двухрядного вентилятора 2 с первым 3 и вторым 4 роторами противоположного вращения, а также компрессора низкого давления 5, компрессора высокого давления 6, камеры сгорания 7, турбины высокого давления 8 и турбины низкого давления 9, которая через редуктор 10 соединена с роторами 3 и 4 вентилятора 2.

Редуктор 10 состоит из ведущего центрального колеса 11, которое через промежуточные шестерни 12 и 13 соединено с ведомой шестерней 14 внешнего зацепления, установленной на первом роторе 3 вентилятора 2, и через промежуточную шестерню 12 соединено с ведомой шестерней 15 внутреннего зацепления, установленной на втором роторе 4 вентилятора 2.

Промежуточные шестерни 12 и 13 установлены на неподвижных в окружном направлении осях 16, которые, в свою очередь, установлены на подшипниках 17 и 18 в корпусе 19 редуктора 10.

Каждый из подшипников 17, 18 состоит из переднего 20 и заднего 21 подшипников скольжения, между которыми установлен подшипник качения 22, внутреннее кольцо 23 которого через упругий элемент 24 установлено на оси 16. С внутренней стороны оси 16 выполнены канавки 25 с отверстиями 26 для подачи масла в упругий элемент 24 с целью демпфирования колебаний осей 16 редуктора 10.

Передний 20 и задний 21 подшипники скольжения состоят из наружных втулок 27 и 28, соответственно, установленных в корпусе 19 редуктора 10, а также внутренних втулок 29 и 30, соответственно, установленных на оси 16 и своими боковыми поверхностями 31 и 32 ограничивающих осевые перемещения внутреннего кольца 23 подшипника качения 22 и упругого элемента 24.

Пакет деталей из внутренних втулок 29, 30 и упругого элемента 24 закреплен на оси 16 гайкой 33.

Внешняя беговая дорожка 34 для тел качения 35 подшипника качения 22 может совпадать или не совпадать с рабочими поверхностями 36 и 37 подшипников скольжения 20 и 21; сами «тела качения» 35 располагаются в пазах 38 внутренней втулки 29 подшипника скольжения 20 или в пазах 39 сепаратора 40.

Полезная мощность от турбины низкого давления 9 через редуктор 10 с фиксированным передаточным отношением на роторах 3 и 4 поступает на вентилятор 2, лопатки 41 и 42 которого установлены неподвижно относительно дисков 43 и 44 первого 3 и второго 4 роторов противоположного вращения.

Работает устройство следующим образом.

При работе турбореактивного двигателя 1 сверхвысокой степени двухконтурности соотношение оборотов роторов 3 и 4 первого и второго рядов вентилятора 2 сохраняется постоянным, что позволяет лопатки 41 и 42 вентилятора выполнить неподвижными (неповоротными) относительно дисков 43 и 44, что повышает надежность двигателя 1 и снижает его массу. Низкие окружные скорости роторов 3, 4 двухрядного вентилятора 2 способствуют снижению уровня шума двигателя 1 и повышению его экономичности.

При запуске двигателя 1 или при его работе в режиме авторотации масло на смазку подшипников 17, 18 не поступает или поступает в ограниченном количестве, что могло бы привести к поломке этих подшипников. Однако этого не происходит, так как на запуске или при работе в режиме авторотации в условиях масляного голодания надежно работает подшипник качения 22. По рабочим поверхностям 36 и 37 подшипников скольжения 20, 21 при этом сохраняется гарантированный зазор, что исключает повреждение подшипников 20, 21 и повышает надежность двигателя 1.

При переходе на большие режимы работы двигателя 1 расход масла через подшипники 17, 18 увеличивается до необходимого. Под действием нагрузки упругий элемент 24 деформируется в радиальном направлении, что приводит к образованию масляного клина по подшипникам скольжения 20, 21 с устойчивой работой этих подшипников, обладающих повышенной несущей способностью, что также повышает надежность двигателя 1.

Поступающее через отверстия 26 в упругий элемент 24 масло способствует демпфированию возможных колебаний осей 16 редуктора 10.

Турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности выполнен с двухрядным вентилятором противоположного вращения, роторы которого через редуктор связаны с турбиной низкого давления. Ведущее центральное колесо редуктора через промежуточные шестерни соединено с установленной на первом роторе вентилятора ведомой шестерней внешнего зацепления и с установленной на втором роторе вентилятора ведомой шестерней внутреннего зацепления. Промежуточные шестерни установлены на комбинированном подшипниковом узле, состоящем из двух подшипников скольжения с размещенным между ними подшипником качения. Внутреннее кольцо подшипника качения установлено на оси промежуточных шестерен с помощью упругого элемента. Отношение диаметра начальной окружности ведомой шестерни внутреннего зацепления к диаметру начальной окружности ведущего центрального колеса равно 2÷5. Изобретение повышает надежность и экономичность, а также снижает массу двигателя. 5 ил.

Турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с двухрядным вентилятором противоположного вращения, роторы которого через редуктор связаны с турбиной низкого давления, отличающийся тем, что ведущее центральное колесо редуктора через промежуточные шестерни соединено с установленной на первом роторе вентилятора ведомой шестерней внешнего зацепления и с установленной на втором роторе вентилятора ведомой шестерней внутреннего зацепления, промежуточные шестерни установлены на комбинированном подшипниковом узле, состоящем из двух подшипников скольжения с размещенным между ними подшипником качения, причем внутреннее кольцо подшипника качения установлено на оси промежуточных шестерен с помощью упругого элемента и D_ш/D_к=2÷5, где D_ш - диаметр начальной окружности ведомой шестерни внутреннего зацепления; d_k - диаметр начальной окружности ведущего центрального колеса.