РЕДУКТОР ПРИВОДА ОДНОРЯДНОГО ВЕНТИЛЯТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК F02K3/04 

Изобретение относится к редукторам газотурбинных двигателей сверхвысокой степени двухконтурности. Редуктор для привода однорядного вентилятора газотурбинного двигателя предназначен для передачи от турбины (на фиг. не показано) значительной мощности, что в сочетании с повышенными оборотами вала на входе в редуктор приводит к повышенным удельным нагрузкам на рабочую поверхность подшипников скольжения сателлитных шестерен в сочетании с повышенной окружной скоростью по рабочей поверхности этих подшипников, что, в свою очередь, приводит к повышенному тепловыделению в гидродинамическом подшипнике скольжения за счет работы сил трения. При этом того расхода масла, которое прокачивается через гидродинамический подшипник скольжения, оказывается недостаточно для отвода выделяющегося тепла, что может привести к перегреву и к поломке подшипника скольжения и редуктора в целом.

Известен редуктор газотурбинного турбовентиляторного двигателя с установленными на подшипниках качения сателлитными шестернями (С.А.Вьюнов. «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», стр.502, рис.11.9д).

Недостатком известной конструкции является низкая надежность подшипников качения, на которых установлены сателлитные шестерни редуктора, а также высокие окружные усилия и нагрузки от центробежных сил, действующих на сателлитные шестерни, приводят к снижению надежности подшипников качения и редуктора в целом.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является редуктор для привода однорядного вентилятора газотурбинного двигателя, в котором сателлитные шестерни установлены на гидродинамических подшипниках скольжения, расположенных на неподвижных цапфах (патент US №6622473 ВВ).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность подшипников скольжения при повышенных усилиях, действующих на сателлитные шестерни в сочетании с повышенной окружной скоростью на подшипнике скольжения, что приводит к повышенному тепловыделению в подшипниках скольжения, к повреждению из-за повышенной температуры антифрикционного покрытия в подшипнике и к его поломке.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности редуктора путем снижения температуры рабочей поверхности подшипника скольжения с антифрикционным покрытием.

Сущность изобретения заключается в том, что в редукторе привода однорядного вентилятора газотурбинного двигателя с сателлитными шестернями, установленными на гидродинамических подшипниках скольжения, расположенных на неподвижных цапфах, согласно изобретению в цапфах параллельно рабочей поверхности подшипника скольжения выполнены осевые охлаждающие каналы, соединенные на входе с каналом подвода масла на гидродинамический подшипник скольжения, а на выходе - с жиклерами подвода масла на смазку и охлаждение зубьев шестерен и подшипников качения редуктора, причем охлаждающие каналы выполнены со стороны рабочей поверхности подшипника на дуге α=90...150°, а внутренняя поверхность каналов выполнена с микро- и макрорельефом.

Выполнение в неподвижных цапфах параллельно рабочей поверхности подшипника скольжения осевых охлаждающих каналов, соединенных на входе с каналами подвода масла, позволяет осуществить за счет прокачки масла по этим каналам эффективное и равномерное по длине подшипника охлаждение рабочей поверхности цапфы с нанесенным на нее антифрикционным покрытием, что повышает надежность гидродинамического подшипника скольжения.

Соединение охлаждающих каналов на выходе с жиклерами подвода масла на смазку и охлаждение зубьев шестерен и подшипников качения редуктора позволяет более полно использовать хладоресурс масла, снизить его общий расход через редуктор с одновременным снижением температуры шестерен, что повышает надежность редуктора.

Выполнение охлаждающих каналов со стороны рабочей поверхности подшипника скольжения позволяет осуществить отвод тепла непосредственно из рабочей зоны с максимальным тепловыделением, что способствует снижению общей температуры цапфы и повышению ее надежности.

Выполнение внутренней поверхности с микро- и макрорельефом позволяет интенсифицировать процесс теплоотдачи от поверхности канала в масло, что снижает температуру цапфы и антифрикционного покрытия, повышая надежность подшипника скольжения.

При α<90° - повышается температура цапфы и снижается надежность подшипника скольжения из-за уменьшения поверхности теплоотдачи.

При α>150° - снижается надежность из-за повышения температуры цапфы вследствие уменьшения скорости течения масла в каналах.

На фиг.1 изображен продольный разрез редуктора для привода однорядного вентилятора газотурбинного двигателя.

На фиг.2 изображен продольный разрез А-А на фиг.1 (подшипник скольжения с охлаждающими каналами).

На фиг.3 - элемент I на фиг.2 в увеличенном виде (микрорельеф поверхности охлаждающего канала).

На фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3 (макрорельеф поверхности охлаждающего канала).

Редуктор 1 состоит из входного вала 2, ведущей шестерни 3 и находящейся с ней в зацеплении сателлитной шестерни 4, установленной на неподвижной цапфе 5, которая, в свою очередь, закреплена в корпусе 6 редуктора 1. На неподвижной цапфе 5 и сателлитной шестерне 4 выполнен гидродинамический подшипник скольжения 7, включающий в себя внешнюю поверхность 8 цапфы 5 с нанесенным на ней антифрикционным покрытием 9, смазочную канавку 10, отверстия 11 подвода смазки в канавку 10 и во внутреннюю поверхность 12 сателлитной шестерни 4. Сателлитная шестерня 4, в свою очередь, находится в зацеплении с ведомой шестерней 13 внутреннего зацепления, которая совместно с выходным валом 14 установлена в подшипнике качения 15. В неподвижной цапфе 5 параллельно образующей 16 рабочей поверхности 17 подшипника скольжения 7 выполнены охлаждающие каналы 18, на входе соединенные каналом 19 подвода масла на гидродинамический подшипник, а на выходе - с жиклерами 20 и 21 смазки зубьев 22, 23, 24 шестерен 3, 4, 13 соответственно, а также с жиклером 25 смазки подшипника качения 15. Внутренняя поверхность 26 охлаждающих каналов 18 для повышения коэффициентов теплоотдачи в охлаждающее масло выполнена с макрорельефом 27 и микрорельефом 28. Каналы 18 размещены в рабочей зоне 29 гидродинамического подшипника скольжения 7, т.е. в зоне максимального тепловыделения от работы сил трения, возникающих под действием усилия Р от зацепления шестерен 3, 4 и 13.

Работает устройство следующим образом.

При работе редуктора 1 на максимальном режиме высокая окружная скорость на рабочей поверхности в гидродинамическом подшипнике скольжения 7, а также повышенное удельное давление на эту поверхность от усилий Р в зацеплении шестерен 3, 4 и 13 приводят к значительному выделению тепла в подшипнике 7, существенно превышающему хладоресурс масла, идущего на смазку подшипника 7, а также рассеивание тепла в окружающее пространство, что могло бы привести к недопустимому увеличению температуры гидродинамического подшипника скольжения 7 с потерей механических свойств покрытия 9 (например, баббита, бронзы и т.д.) и дальнейшей поломкой подшипника 7. Однако, этого не происходит, так как избыточное тепло, выделяемое в подшипнике 7, снимается с помощью масла, протекающего в охлаждающих каналах 18, что повышает надежность подшипника 7 и редуктора в целом. Эффективности такой системы охлаждения способствует размещение охлаждающих каналов 18 в рабочей зоне 29 с максимальным тепловыделением. Макрорельеф 27 и микрорельеф 28 на внутренней поверхности 26 каналов 18 способствует повышению коэффициентов теплоотдачи в масло и снижению температуры подшипника 7 с соответствующим повышением надежности.

Редуктор привода однорядного вентилятора газотурбинного двигателя содержит сателлитные шестерни, установленные на гидродинамических подшипниках скольжения, расположенных на неподвижных цапфах. В цапфах параллельно рабочей поверхности подшипника скольжения выполнены осевые охлаждающие каналы, соединенные на входе с каналом подвода масла на гидродинамический подшипник скольжения, а на выходе - с жиклерами подвода масла на смазку и охлаждение зубьев шестерен и подшипников качения редуктора. Охлаждающие каналы выполнены со стороны рабочей поверхности подшипника на дуге α=90...150°. Внутренняя поверхность каналов выполнена с микро- и макрорельефом. Изобретение повышает надежность редуктора путем снижения температуры рабочей поверхности подшипника скольжения с антифрикционным покрытием. 4 ил.

Редуктор привода однорядного вентилятора газотурбинного двигателя с сателлитными шестернями, установленными на гидродинамических подшипниках скольжения, расположенных на неподвижных цапфах, отличающийся тем, что в цапфах параллельно рабочей поверхности подшипника скольжения выполнены осевые охлаждающие каналы, соединенные на входе с каналом подвода масла на гидродинамический подшипник скольжения, а на выходе - с жиклерами подвода масла на смазку и охлаждение зубьев шестерен и подшипников качения редуктора, причем охлаждающие каналы выполнены со стороны рабочей поверхности подшипника на дуге α=90...150°, а внутренняя поверхность каналов выполнена с микро- и макрорельефом.