ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ СТАРТЕР, УСТАНОВЛЕННЫЙ НА КОРОБКЕ ПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ Российский патент 2012 года по МПК F02C7/06 

Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей и, в частности, турбореактивных двигателей. В частности, оно касается смазки пневматического стартера, установленного на трансмиссионной коробке приводов агрегатов.

Турбореактивный двигатель содержит коробку, закрепленную на наружном картере, в которой размещены шестерни, механически соединенные с валом двигателя для их приведения во вращение. В свою очередь, шестерни соединены с машинами или с вспомогательными агрегатами, такими как насосы или электрические генераторы, обслуживающие двигатель. В частности, на этой коробке установлен стартер, который, в частности, в момент запуска на земле механически приводит во вращение приводной вал ротора высокого давления в многоконтурном двигателе. Обычно коробку обозначают аббревиатурой AGB, которая является сокращением термина «Auxiliary Gear Box». Как правило, смазка вращающихся деталей внутри картера стартера обеспечивается маслом, отбираемым из коробки AGB. На фиг.1 схематично показан вариант смазки стартера, который применяют в некоторых турбореактивных двигателях. Стартер 1 установлен на коробке AGB 2. Между стенкой 4 картера и стенкой коробки AGB 2 находится полость, образующая промежуточное пространство 3. Вал 5 стартера с его комплектом шестерен установлен в картере стартера на опорном подшипнике 6. С левой стороны фиг.1 вал 5 соединен с не показанной на чертеже воздушной турбиной для ее приведения во вращение во время запуска двигателя. Прокладки 5А турбины обеспечивает герметичность вала 5, который в этом месте проходит через картер.

Масло для смазки вращающихся деталей стартера поступает от коробки 2 в приемник 7, находящийся в промежуточном пространстве 3 между стартером и коробкой AGB и неподвижно соединенный со стартером. Через отверстие 8, выполненное в стенке 4 картера стартера, этот приемник 7 сообщается с камерой стартера. Отверстие защищено сеткой, чтобы избежать попадания твердых частиц в полость стартера. Масло, поступающее в нижнюю часть масляной камеры стартера, циркулирует между вращающимися деталями стартера за счет разбрызгивания, нагнетания или при помощи другого непоказанного средства. Между камерой стартера и камерой коробки 2 масло не циркулирует. Уровень определяется переливным ограничителем 7′ приемника 7 промежуточного пространства 3. Уравновешивание давления между двумя камерами - камерой стартера и камерой AGB - обеспечивается отверстием 8′, выполненным в верхней части стенки 4. Используя этот принцип сообщающихся сосудов, контроль за уровнем масла в стартере связывают с контролем за системой смазки контуром двигателя в режиме реального времени. Таким образом, одновременно избегают переполнения стартера и опасности попадания в двигатель масла из стартера.

По разным причинам может произойти случайная утечка наружу масла, содержащегося в камере стартера. Например, может быть повреждена прокладка 5а между валом воздушной турбины и картером стартера, может произойти разгерметизация масляной пробки или появиться трещина в картере. При возникновении вышеуказанных неисправностей утечка не влияет на смазку стартера за счет поступления масла из коробки AGB через сетку. Однако поскольку давление в камерах превышает атмосферное давление, воздух, содержащий масляный туман, поступающий из коробки AGB, выталкивается наружу. Это явление обнаруживается как утечка масла в системе смазки двигателя, и соответствующий сигнал поступает в кабину. Утечка может привести к удалению масла из системы смазки двигателя и, следовательно, к остановке двигателя во время полета (IFSD).

Решение, известное из патента US 6681579, состоит в управлении потоком текучей среды между коробкой AGB и камерой стартера. Со стороны зоны, образующей границу раздела между стартером и коробкой, устанавливают герметичную пластину, чтобы изолировать камеру стартера, когда давление в ней падает. При нормальной работе клапан остается открытым, обеспечивая равновесие давлений. Этот клапан закрывается автоматически в случае падения давления.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение противостояния силовой установки утечке масла при помощи средства, отличающегося от решения, известного из уровня техники.

Согласно изобретению, газотурбинный двигатель, содержащий коробку приводов агрегатов, механически соединенную с валом двигателя для приведения во вращение вспомогательных агрегатов, и стартер воздушной турбины, установленный на коробке, при этом камеры стартера и коробки сообщаются друг с другом таким образом, чтобы масло для смазки стартера поступало из коробки AGB, отличается тем, что давление в масляной камере стартера создается при помощи источника воздуха, не зависимого от коробки AGB.

Благодаря решению в соответствии с настоящим изобретением, утечка масла или воздуха, содержащего масляный туман, на уровне стартера не компенсируется воздухом, содержащим масло, из коробки приводов агрегатов. Таким образом, снижается опасность опорожнения системы смазки двигателя.

Кроме того, силовая установка становится более устойчивой к утечке масла через стартер за счет отклонения циркуляции содержащего масло воздуха, поступающего из AGB, в обратный канал под давлением окружающей среды. Создание давления при помощи воздуха, не содержащего масло, преследует цель создания барьера для любой утечки масла из камеры стартера.

Предпочтительно, чтобы воздух для создания давления поступал в промежуточную зону между картером стартера и картером коробки. Таким образом, нагнетаемый воздух образует барьер для воздуха, который может поступать из коробки приводов агрегатов. Поскольку этот нагнетаемый воздух не содержит масляного тумана, то утечка будет в основном являться утечкой воздуха, и масло не будет увлекаться этим воздухом утечки.

Предпочтительно также, поскольку со стороны воздушной турбины на стартере установлена двойная уплотнительная прокладка из внутренней прокладки и наружной прокладки, чтобы нагнетаемый воздух поступал между этими двумя уплотнительными прокладками. Согласно этому варианту выполнения воздух под давлением проходит со стороны внутренней прокладки внутрь камеры стартера, которую он обдувает и, в случае необходимости, поступает в промежуточную зону между стартером и картером коробки.

Предпочтительно, чтобы между стартером и коробкой был выполнен канал обратного потока воздуха, находящийся под давлением, меньшим давления нагнетаемого воздуха. Такая конструкция предпочтительно обеспечивает соединение с маслоотделителем, который позволяет улавливать масло, образующее масляный туман, увлекаемый воздушным потоком.

Предпочтительно также, чтобы нагнетаемый воздух отбирался из наружной камеры герметизации одного из опорных подшипников. Поскольку коробка приводов агрегатов находится ближе к входу двигателя, желательно, чтобы это были первый или второй опорный подшипник вала турбореактивного двигателя. В этом случае обратный воздушный поток предпочтительно направляется во внутреннюю камеру опорного подшипника турбореактивного двигателя.

Далее следует описание двух не ограничительных вариантов осуществления настоящего изобретения, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, в числе которых:

Фиг.1 изображает схематичный вид варианта системы смазки пневматического стартера турбореактивного двигателя, установленного на коробке AGB этого двигателя.

Фиг.2 - вид контура создания давления масляной камеры пневматического стартера, установленного на коробке AGB, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 - вариант выполнения контура создания давления.

На фиг.2 схематично показан пример конструкции, соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Стартер 10 содержит картер 11, образующий масляную камеру для смазки вращающихся деталей стартера 10, которые показаны в виде вращающегося узла или вала 15, установленного с возможностью вращения в картере 11 при помощи опорного подшипника 16. Следует отметить, что с этим вращающимся узлом связаны шестерни, редукторы, предохранители и другие детали, образующие стартер. Поскольку изобретение не касается конструкции стартера, то нет необходимости в ее описании. Этот вращающийся узел 15 с одной стороны соединен с не показанной на фигуре воздушной турбиной. Турбина приводит во вращение узел 15 в момент запуска турбореактивного двигателя. Прокладка 15а турбины обеспечивает герметичность между вращающимся узлом 15 и картером 11. С другой стороны вращающийся узел, проходящий через стенку 14 картера и уплотнительное средство 15b, соединен с шестерней 121, входящей в состав зубчатых передач коробки 12 приводов агрегатов. Как было указано выше, коробка 12 приводов агрегатов AGB механически соединена соответствующими трансмиссионными валами с ведущим валом турбореактивного двигателя. Если турбореактивный двигатель содержит двойной или тройной вал или корпус, чаще всего речь идет о вале высокого давления двигателя. Как правило, коробку устанавливают на так называемом промежуточном картере турбореактивного двигателя, и трансмиссионные валы являются радиальными и проходят через воздушный поток в стойке промежуточного картера. Сама по себе коробка AGB известна, и ее подробное описание опускается.

Между картером 11 стартера 10 и коробкой 12 AGB находится промежуточная полость 13. Таким образом, эта полость ограничена между стенкой 14 картера стартера и стенкой или соединяемой деталью 122, охватывающей конец шестерни 121. Имеется, по меньшей мере, одна полость 123 между стенкой 122 и стенкой 124, через которые проходит вращающийся элемент, образующий шестерню 121. Между шестерней 121 и стенками 122 и 124 имеются прокладки или сужения 12а и 12b.

Как было указано выше, масло для смазки камеры стартера поступает из камеры коробки AGB 12. Это масло собирается на дне картера 11, откуда оно нагнетается насосом или направляется при помощи другого средства в камеру и поступает в приемник 17 в промежуточной зоне 13 через отверстие 18 или другое отверстие в стенке 14. Масло переливается в промежуточную зону 13 через переливной ограничитель 17′, откуда оно циркулирует через коробку AGB. Между камерой стартера и промежуточной зоной 13 существует также другое сообщение 18′.

Система в соответствии с настоящим изобретением использует давление камеры 20 опорного подшипника. В турбореактивном двигателе валы установлены в конструкции статора в опорных подшипниках. Эти опорные подшипники смазываются и заключены в двойную камеру под давлением, чтобы направлять циркуляцию масла в зону, в которой оно собирается; кроме того, воздух, содержащий масло, очищается от масла соответствующим образом. Такие средства сами по себе известны и используются в изобретении для создания давления в камере стартера, а также для сбора масла утечки.

На фигуре схематично показана камера 20. Вал 30 двигателя установлен в системе 32 подшипника, в которую масло поступает через патрубок 33. Вал и подшипник заключены в двойную камеру 20, состоящую из внутренней камеры 20int и наружной камеры 20ext. Герметизацию кожуха 22 внутренней камеры 20int относительно вала 30 осуществляют при помощи лабиринтных уплотнительных прокладок 22а и 22b, установленных по обе стороны от опорного подшипника 32. Кожух 21 наружной камеры 20ext охватывает внутреннюю камеру 20int и тоже герметизируется при помощи лабиринтных уплотнительных прокладок 21а и 21b соответственно.

Чтобы не допустить утечки масла из внутренней камеры 20int, в наружную камеру 20ext нагнетают воздух под давлением Р1, несколько превышающим давление Р2 внутренней камеры 20int. За счет этого создается циркуляция воздуха от камеры 20ext к камере 20int через прокладки 22а и 22b. Смазочное масло собирается в зоне маслосборника 22с. Воздух, содержащий масло внутренней камеры 20int, обрабатывается в маслоотделителе, не показанном на чертеже, и удаляется под давлением через вал 30 при помощи вентиляционного канала 31 в сторону выхода двигателя.

Изобретение использует этот источник воздуха под давлением Р1 для создания давления в камере стартера. В примере выполнения, показанном на фиг.2, наружная камера 20ext соединена с камерой стартера 10 при помощи канала 40; в данном случае канал сообщается с промежуточной полостью 13 и камерой стартера, которая по существу находится под давлением Р′1 полости 13. Давление Р′1 определено калиброванным отверстием 41, которым оборудован канал 40.

Предусмотрен канал 43 обратного потока воздуха во внутреннюю камеру 20int двойной камеры 20. Обратный канал 43 соединен со стенкой 124 коробки AGB 12 в внутреннем объеме относительно стенки 122, который образует промежуточное пространство 13.

При нормальной работе давление в камере стартера 10 создается воздухом, поступающим из наружной камеры 20ext независимо от камеры коробки AGB 12, которая тоже питается воздухом под давлением. Давление в стартере может также превышать давление в коробке 12.

Воздух проходит через полость промежуточного пространства между двумя стенками 121 и 124, затем направляется во внутреннюю камеру 20int. Если в камере стартера возникает утечка, давление в ней падает, и воздух проходит от промежуточной полости 13 в камеру стартера. Этот воздух содержит меньше масляного тумана, чем воздух в AGB. Таким образом, утечка масла является менее значительной, чем, если бы давление создавалось через камеру AGB 12. Это решение позволяет также собирать масло, которое увлекается по каналу 43, с использованием маслоотделителя, которым оборудована система смазки опорных подшипников валов.

Источником воздуха под давлением может быть камера герметизации любого из опорных подшипников вала. Как правило, создание давления обеспечивается любым источником воздуха или даже газа, если он может обеспечить необходимый уровень давления.

На фиг.3 показан вариант выполнения, в котором воздух под давлением заходит не в полость, образующую промежуточное пространство между стартером и коробкой приводов агрегатов, а в камеру герметизации на противоположном конце вращающегося узла.

Идентичные части стартера обозначены одинаковыми цифровыми позициями со значком прим. Стартер 10′ содержит двойную герметичную камеру 15а′ между двумя уплотнительными прокладками 15а1 и 15а2. Обе прокладки выполнены таким образом, чтобы воздух под давлением из камеры 15а′ проходил в камеру стартера 10′. Предпочтительно в качестве прокладок использовать графитовую прокладку для наружной прокладки 15а1 и лабиринтную прокладку для внутренней прокладки 15а2. Эта камера 15а′ сообщается с наружной камерой 21 двойной камеры герметизации опорного подшипника через канал 41′. Обратный поток воздуха во внутреннюю камеру 22 обеспечивается через канал 43′, который соединен с промежуточной полостью 13.

Изобретение предназначено для газотурбинного двигателя, содержащего коробку приводов агрегатов AGB, механически соединенную с валом двигателя для приведения во вращение вспомогательных агрегатов, и пневматический стартер, установленный на коробке, при этом камеры стартера и коробки сообщаются друг с другом таким образом, чтобы масло для смазки стартера поступало из коробки AGB. Давление в масляной камере стартера создается при помощи источника воздуха, независимого от коробки AGB. Предпочтительно воздух под давлением отбирается из камеры герметизации опорного подшипника двигателя. Такое выполнение газотурбинного двигателя позволит предотвратить утечку масла в нем. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Газотурбинный двигатель, содержащий коробку (12) приводов агрегатов, механически соединенную с валом двигателя для приведения во вращение вспомогательных агрегатов, и пневматический стартер (10, 10′), установленный на коробке, при этом камеры стартера и коробки сообщаются друг с другом таким образом, чтобы масло для смазки стартера поступало из коробки AGB, отличающийся тем, что давление в масляной камере стартера (10, 10′) создается при помощи источника воздуха, независимого от коробки AGB.

2. Двигатель по п.1, в котором воздух для создания давления поступает в промежуточную зону (13, 13′) между картером (11, 11′) стартера (10, 10′) и картером коробки (12).

3. Двигатель по п.1, в котором установленная со стороны воздушной турбины на стартере двойная уплотнительная прокладка (15а′) вращающегося узла (15′) стартера (10′), обеспечивает поступление нагнетаемого воздуха между этими двумя уплотнительными прокладками (15а1, 15а2), образующими двойную прокладку (15а′).

4. Двигатель по п.2, в котором между стартером и коробкой выполнен канал (43, 43′) обратного потока воздуха, который находится под давлением, меньшим давления нагнетаемого воздуха.

5. Двигатель по п.3, в котором между стартером и коробкой выполнен канал (43, 43′) обратного потока воздуха, который находится под давлением, меньшим давления нагнетаемого воздуха.

6. Двигатель по п.4, в котором обратный поток воздуха направляется в маслоотделитель.

7. Двигатель по п.5, в котором обратный поток воздуха направляется в маслоотделитель.

8. Двигатель по одному из пп.1-7, в котором воздух под давлением отбирается из наружной камеры (20ext) герметизации одного из опорных подшипников турбореактивного двигателя.

9. Двигатель по п.6, содержащий канал обратного потока воздуха во внутреннюю камеру (20int) одного из опорных подшипников турбореактивного двигателя.

10. Двигатель по п.7, содержащий канал обратного потока воздуха во внутреннюю камеру (20int) одного из опорных подшипников турбореактивного двигателя.