ТУРБОРЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СВЕРХВЫСОКОЙ СТЕПЕНИ ДВУХКОНТУРНОСТИ Российский патент 2008 года по МПК F02K3/04 

Изобретение относится к турбореактивным двигателям сверхвысокой степени двухконтурности авиационного применения.

Известен авиационный газотурбинный двигатель с размещенным в верхней части лобового картера стояночным тормозом, предназначенным для предотвращения проворачивания винта и всех вращающихся частей двигателя моментом, возникающим на лопастях винта от ветра при стоянке самолета (см. В.Н.Качайлов и др. «Авиационный турбовинтовой двигатель АИ-20 М». М.: Машиностроение, 1968, стр.136, 137).

Недостатком известной конструкции является низкий тормозной момент, развиваемый однодисковой фрикционной муфтой принудительного включения, что не позволяет включать тормозное устройство на режимах авторотации винта газотурбинного двигателя, что снижает надежность конструкции.

Наиболее близким к заявляемому является турбореактивный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности, вентилятор которого приводится во вращение от турбины через редуктор, а промежуточные сателлитные шестерни в котором установлены на подшипниках скольжения (см. US 6622473 BB от 05.12.2001).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является отсутствие тормозного устройства ротора вентилятора, что может привести к перегреву и к поломке подшипников скольжения редуктора в условиях сухого трения при авторотации ротора вентилятора от набегающего потока воздуха в случае полета самолета с неработающим двигателем.

Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности турбореактивного двигателя сверхвысокой степени двухконтурности путем предотвращения проворачивания с помощью тормозного устройства ротора вентилятора и его редуктора при неработающем насосе подачи масла в редуктор.

Сущность изобретения заключается в том, что в турбореактивном двигателе сверхвысокой степени двухконтурности с приводом вентилятора через редуктор согласно изобретению в наружном контуре за рабочим колесом вентилятора установлено тормозное устройство, состоящее из тормозного диска и суппорта, причем тормозной диск установлен на периферии диска вентилятора, а суппорт с тормозными колодками - на корпусе подшипника вентилятора, при этом тормозное устройство выполнено постоянно включенным с возможностью принудительного выключения в зависимости от оборотов ротора газогенератора турбореактивного двигателя.

Установка тормозного устройства в канале наружного контура за рабочим колесом вентилятора позволяет предотвратить проворачивание рабочих колес биротативного вентилятора, так как при простом редукторе с внутренним зацеплением при торможении одного из выходных валов тормозится и второй вал. Одновременно близость статорного корпуса заднего подшипника вентилятора к рабочему колесу вентилятора позволяет выполнить надежное тормозное устройство.

Установка тормозного диска на периферии диска вентилятора позволяет создать при торможении максимальный по величине тормозной момент, что предотвращает проворачивание рабочих колес вентилятора и редуктора при полете самолета с неработающим двигателем, исключая, таким образом, авторотацию вентилятора на неработающем двигателе, что повышает надежность конструкции. Одновременно снижается нагрузка от крутящего момента на редуктор неработающего двигателя, так как в этом случае через редуктор передается крутящий момент только от первого рабочего колеса вентилятора, а крутящий момент от заднего (последнего) рабочего колеса вентилятора воспринимается непосредственно суппортом тормозного устройства через тормозной диск.

Установка суппорта с тормозными колодками на корпусе подшипника вентилятора позволяет повысить надежность тормозного устройства и турбореактивного двигателя в целом из-за высокой прочности корпуса подшипника.

Выполнение тормозного устройства постоянно включенным с возможностью принудительного выключения в зависимости от оборотов ротора газогенератора турбореактивного двигателя позволяет исключить режимы сухого трения в подшипниках скольжения редуктора, так как тормозное устройство принудительно выключается, т.е. ротор вентилятора и редуктор растормаживаются в зависимости от оборотов ротора газогенератора, после вступления в работу насоса подачи масла в редуктор, который приводится во вращение от газогенератора.

На фиг.1 изображен продольный разрез турбореактивного двигателя сверхвысокой степени двухконтурности.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

На фиг.3 - элемент II на фиг.1 в увеличенном виде.

Турбореактивный двигатель 1 сверхвысокой степени двухконтурности состоит из биротативного вентилятора 2, компрессора низкого давления 3 и газогенератора 4, состоящего из компрессора высокого давления 5, камеры сгорания 6 и турбины высокого давления 7. Коробка приводов 8 с маслонасосом 9 приводится во вращение от ротора газогенератора 4.

Биротативный вентилятор 2 состоит из рабочих колес 11, 12 по потоку воздуха 13 в канале 14 наружного контура и приводится во вращение от турбины низкого давления 15 через простой соосный редуктор 16, в котором промежуточные шестерни 17 из-за повышенных окружных и динамических нагрузок установлены на переднем 18 и заднем 19 подшипниках скольжения. Шестерня 20 внутреннего зацепления редуктора 16 приводит во вращение рабочее колесо 12 вентилятора 2 и установлена в заднем радиально-упорном подшипнике 21 вентилятора 2. Подшипник 21 размещен в корпусе заднего подшипника 22, на внешней стороне которого установлен суппорт 23 с тормозными колодками 24 тормозного устройства 25. Тормозной диск 26 устройства 25 установлен на периферии диска 27 рабочего колеса 12 биротативного вентилятора 2.

Включение тормозного устройства 25, т.е. прижатие тормозных колодок 24 к рабочей поверхности 28 тормозного диска 26, осуществляется пружинами 29, а выключение тормозного устройства 25, т.е. отвод тормозных колодок 24 от тормозного диска на величину осевого зазора δ осуществляется с помощью исполнительного механизма 30, например гидроцилиндра, т.е. тормозное устройство 25 является постоянно включенным и выключается исполнительным механизмом 30.

При включенном тормозном устройстве 25 осевое усилие от пружин 29 через тормозной диск 26, диск 27 рабочего колеса 12 и вентилятора 2 передается на наиболее крупный в двигателе 1 радиально-упорный подшипник 21, что также способствует повышению надежности двигателя 1. Для предотвращения перегрева на нерабочей поверхности тормозного диска 26 выполнены радиальные отверстия 32, через которые циркулирует охлаждающий воздух 33, снижая таким образом температуру тормозного диска 26 в процессе торможения ротора биротативного вентилятора 2.

Работает данное устройство следующим образом.

При запуске двигателя 1 в начальный период времени обороты ротора 10 газогенератора 4 недостаточны для нормальной работы маслонасоса 9, масло в подшипники скольжения 18 и 19 редуктора 16 не поступает, и для исключения сухого трения с поломкой подшипников 18, 19 тормозное устройство 25 включено, тормозные колодки 24 контактируют с рабочей поверхностью 28 тормозного диска 26, биротативный вентилятор 2 с редуктором 16 и турбиной низкого давления 15 не вращается, и запуск осуществляется за счет раскрутки ротора 10 газогенератора 4.

При достижении ротором 10 газогенератора 4 оборотов, необходимых для нормальной работы маслонасоса 9, с помощью исполнительного механизма (гидроцилиндра) 30 колодки 24 отходят в осевом направлении от рабочей поверхности 28 тормозного диска 26 на величину осевого зазора δ и биротативный вентилятор 2 раскручивается турбиной 15.

При выключении двигателя 1 вследствие бóльшего момента инерции рабочие колеса 11 и 12 вентилятора 2 с редуктором 16 продолжают вращаться значительно дольше ротора 10 газогенератора 4, что также могло бы привести к сухому трению в подшипниках скольжения 18 и 19 редуктора 16 с дальнейшей их поломкой. Однако этого не происходит, так как при снижении оборотов ротора 10 газогенератора 4 ниже допустимых, т.е. при резком снижении расхода масла, подаваемого насосом 9, исполнительный механизм 30 выключается, и за счет усилия пружин 29 тормозные колодки 24 прижимаются к рабочей поверхности 28 тормозного диска 26, предотвращая дальнейшее вращение рабочих колес 11 и 12 вентилятора 2 с редуктором 16, что также повышает надежность двигателя.

В случае выключения двигателя в полете исполнительный механизм 30 не работает, тормозные колодки 24 пружинами 29 прижимаются к рабочей поверхности 28 тормозного диска 26, блокируя таким образом вращение рабочих колес 11 и 12 вентилятора 2 с редуктором, что также исключает сухое трение в подшипниках скольжения 18 и 19, повышая надежность двигателя.

При стоянке двигателя на земле рабочие колеса 11 и 12 вентилятора 2 могли бы вращаться под действием ветра, однако этого не происходит, так как тормозное устройство 25 выполнено постоянно включенным.

При транспортировке двигателя тормозное устройство 25 фиксирует в осевом направлении рабочее колесо 12 вентилятора 2, повышая таким образом надежность радиально-упорного подшипника 21 и двигателя в целом.

Турбореактивный двухконтурный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с приводом вентилятора через редуктор содержит установленное в наружном контуре за рабочим колесом вентилятора тормозное устройство. Тормозное устройство состоит из тормозного диска и суппорта. Тормозной диск установлен на периферии диска вентилятора, а суппорт с тормозными колодками - на корпусе подшипника вентилятора. Тормозное устройство выполнено постоянно включенным с возможностью принудительного выключения в зависимости от оборотов ротора газогенератора турбореактивного двигателя. Изобретение повышает надежность двигателя путем предотвращения проворачивания с помощью тормозного устройства ротора вентилятора и его редуктора при неработающем насосе подачи масла в редуктор. 3 ил.

Турбореактивный двухконтурный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с приводом вентилятора через редуктор, отличающийся тем, что в наружном контуре за рабочим колесом вентилятора установлено тормозное устройство, состоящее из тормозного диска и суппорта, причем тормозной диск установлен на периферии диска вентилятора, а суппорт с тормозными колодками - на корпусе подшипника вентилятора, при этом тормозное устройство выполнено постоянно включенным с возможностью принудительного выключения в зависимости от оборотов ротора газогенератора турбореактивного двигателя.