СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВЫРАВНИВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ В КАМЕРЕ ДЛЯ ПОДШИПНИКОВ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2013 года по МПК F02C9/00 

Изобретение относится к способу и устройству для выравнивания давления в по меньшей мере одной камере для подшипников турбореактивного двигателя.

В турбореактивных двигателях используются камеры, каждая из которых содержит подшипник качения между частью, установленной с возможностью вращения, и неподвижной частью, причем в камере циркулирует масло для смазки и охлаждения компонентов.

Чтобы гарантировать, что масло будет оставаться в камере до тех пор, пока оно не будет заменено и опять подано в контур циркуляции, и чтобы предотвратить загрязнение маслом других полостей тракта течения двигателя, воздух внутри указанной камеры находится под повышенным давлением.

К сожалению, так как воздух уже прошел через ступени двигателя выше по потоку, он уже был сжат, и затем вводится в камеру под давлением, близким к атмосферному давлению, так что он мало участвует, или вообще не участвует в создании тяги, создаваемой двигателем. Результатом этого становится удар, который является нежелательным с точки зрения рабочих характеристик, и в частности с точки зрения уровня потребления топлива для требуемого уровня тяги.

Обычно для уменьшения расхода воздуха, входящего в камеры, и тем самым для уменьшения потребления топлива и масла, пытаются обеспечить на границах камер уплотнения, являющиеся максимально герметичными. Поэтому уплотнения лабиринтного типа, которые являются не очень герметичными, могут быть заменены современными системами уплотнения, которые обеспечивают более высокие рабочие характеристики, но являются более сложными и более дорогими, такими как, например, щеточные уплотнения или графитовые кольца.

Кроме того, при использовании таких современных систем уплотнения сталкиваются и с другими недостатками, так как, в дополнение к их большей стоимости, они подвержены большому риску поломки из-за увеличенной технической сложности в сравнении с лабиринтными уплотнениями: непрочность сборки, загрязнение смазочной камеры частицами продуктов износа, и более короткий срок службы, чем у лабиринтных уплотнений.

Также было обнаружено, что, так как давление воздуха изменяется при изменении скорости двигателя, в результате создаются ситуации, которые значительно различаются, в зависимости от скорости двигателя. Минимальное количество воздуха подается в камеру при низких скоростях двигателя (холостой ход), чтобы обеспечить достаточную герметизацию камеры, и чтобы исключить утечки масла. Результатом этого являются большие перепады давлений на границах уплотнений при высоких скоростях двигателя (крейсерская скорость или скорость на полном газу), потому что в этом случае расход подаваемого воздуха будет особенно высоким, так как воздух при высокой скорости сжат в значительной степени, при этом противодавление в камере остается на уровне, почти не превышающем атмосферное давление.

Так как уплотнения подвергаются воздействию больших перепадов давлений, и кроме того, для большинства вариантов указанных перепадов давлений, они будут склонны к более быстрому износу, и поэтому подвержены увеличенному риску поломки.

Задачей настоящего изобретения является создание решения, позволяющего преодолеть недостатки известного уровня техники, и, в частности, позволяющего обеспечить систему герметизации камер двигателя, с которой перепады давлений на границах уплотнений изменяются в меньшей степени, в зависимости от скорости двигателя.

Для этого в настоящем изобретении предлагается устройство выравнивания давления в по меньшей мере одной камере для подшипников турбореактивного двигателя, образованной между ротором, установленным с возможностью вращения вокруг оси, и статором по существу образованным группой неподвижных стенок и включающим опору подшипника, на которой установлен подшипник, опирающийся на ротор, при этом камера включает себя средства для подачи жидкой смазки к подшипнику, средства для впуска воздуха, вводящие в камеру сжатый воздух, поступающий из контура наддува (сформированного путем ответвления от потока приводного газа), по меньшей мере одну систему уплотнения, расположенную между статором и ротором спереди и/или сзади подшипника, средства восстановления для восстановления жидкой смазки (через один или более контуров восстановления для повторного использования жидкой смазки) и средства удаления для удаления воздуха, после того, как он был отделен от жидкой смазки и поэтому содержит только остатки жидкой смазки, к контуру вентиляции.

Более конкретно, ниже по потоку относительно камеры для подшипников и в контуре вентиляции, устройство выравнивания давления содержит систему регулирования для регулирования расхода удаляемого воздуха в зависимости от скорости двигателя, тем самым позволяя изменять расход в зависимости от скорости двигателя, чтобы он оставался ненулевым, а, при высоких скоростях, был ниже, чем при отсутствии системы регулирования.

Понятно, что таким образом, путем регулирования потери напора ниже по потоку камеры, которая является переменной, в зависимости от скорости двигателя, можно поддерживать минимальный перепад давлений независимо от скорости двигателя, и, предпочтительно, перепад давлений, который по существу постоянен на уплотняющих границах камеры.

С помощью системы регулирования, получаемое значение расхода удаляемого воздуха, всегда является низким, и, самое главное, значение расхода удаляемого воздуха является низким при высоких скоростях двигателя, так что при высоких скоростях расход удаляемого воздуха будет ниже, чем в случае отсутствия системы регулирования.

Когда система регулирования отсутствует (как в решениях по предшествующему уровню техники, которые не предусматривают систему, имеющую переменное проходное сечение, в зависимости от скорости двигателя, т.е. в зависимости от скорости вращения ротора), чем больше разность между давлением питания, подаваемым компрессором, и противодавлением ниже по потоку контура вентиляции (по существу равным давлению окружающей среды), причем перепад давлений увеличивается с увеличением скорости двигателя, тем выше массовый расход воздуха, удаляемого путем вентиляции. Следует отметить, что когда система регулирования отсутствует, отношение массового расхода вентиляции воздуха к расходу основного потока газа (по существу обозначенным W25) будет иметь тенденцию оставаться относительно постоянным, в зависимости от скорости двигателя, так как и массовая расход вентиляции воздуха и расход основного потока газа увеличиваются с увеличением скорости двигателя.

Согласно изобретению:

для низких скоростей двигателя, расход воздуха остается ненулевым, и является таким низким, насколько это возможно, по сравнению с ситуацией, когда система регулирования отсутствует; обычно, такие низкие скорости находятся в диапазоне от остановки до холостого хода, причем давление воздуха, подаваемого компрессором, подающего сжатый воздух для камер двигателя, является низким, тем самым требуя, чтобы проход для вентиляции имел такое малое сопротивление потоку, насколько это возможно, для уменьшения потери напора до такого низкого уровня, насколько это возможно, в контуре вентиляции, и тем самым обеспечения достаточной герметизации камер для подшипников;

для высоких скоростей двигателя, расход воздуха является предпочтительно более низким, чем в ситуации, когда система регулирования расхода воздуха отсутствует; обычно такие высокие скорости двигателя являются скоростями вращения, превышающими скорость «холостого хода на земле», и, в частности, скоростями вращения в ситуациях, когда двигатель работает на полном газу, для подъема или для полета на крейсерской скорости, и в этих ситуациях камеры двигателя герметизированы в значительной степени за счет высокого давления воздуха, подаваемого компрессором для герметизации камер для подшипников.

Таким образом, с помощью простого решения, во-первых, системы уплотнения подвергаются воздействию меньшей нагрузки, и во-вторых, путем регулируемого уменьшения потери напора, давление воздуха в камерах увеличивается, тем самым делая возможным уменьшение расхода воздуха, входящего в указанные смазочные камеры, результатом чего является экономия количества воздуха, отводимого от потока приводного газа.

Дополнительно к уменьшению количества воздуха, служащего для герметизации смазочных камер, это решение также предлагает дополнительное преимущество, делая возможным уменьшение потребления масла, которое уносится потоком воздуха в контур вентиляции.

Кроме того, путем увеличения давлений в камерах, давление на входе насосов восстановления масла контура вентиляции также увеличивается, и поэтому можно уменьшить мощность и тем самым размер и вес насосов.

В общем, с помощью решения согласно настоящему изобретению становится возможным устранить необходимость использования современных систем уплотнения, причем решение согласно изобретению является простым для осуществления и не создает какого-либо риска серьезных поломок, так как ненулевой минимальный расход воздух гарантирует удаление по меньшей мере минимального количества нагнетаемого воздуха.

Предпочтительно, указанная система регулирования обеспечивает регулирование расхода удаляемого воздуха, в зависимости от скорости двигателя. Система регулирования обеспечивает, что величина расхода удаляемого воздуха будет всегда низкой, и, самое главное, величина расхода удаляемого воздуха будет низкой при высоких скоростях двигателя, так что при высоких скоростях двигателя расход удаляемого воздуха будет ниже, чем в случае отсутствия системы регулирования.

В предпочтительной конфигурации система регулирования размещается в канале контура вентиляции, и она изменяет, в зависимости от скорости двигателя, проходное сечение канала между минимальным проходным сечением и максимальным проходным сечением.

Следовательно, можно адаптировать уже имеющийся контур вентиляции, чтобы добавить к нему систему регулирования согласно изобретению. Кроме того, можно разместить систему регулирования ниже по потоку одного или более подшипников, или ниже по потоку всех подшипников.

Предпочтительно, в другой конфигурации, система регулирования имеет перекрывающий элемент, установленный с возможностью перемещения между закрытым положением, когда перекрывающий элемент занимает большую часть сечения канала, который в результате имеет минимальное проходное сечение, и открытым положением, когда перекрывающий элемент занимает малую часть сечения канала, который тем самым имеет максимальное проходное сечение, причем возможно, чтобы перекрывающий элемент принимал любое промежуточное положение между закрытым положением и открытым положением.

Таким образом будет просто изменять проходное сечение и тем самым изменять потерю напора в канале контура вентиляции.

Предпочтительно, указанное минимальное проходное сечения не равно нулю.

Настоящее изобретение также предлагает способ выравнивания давления в по меньшей мере одной камере для подшипников турбореактивного двигателя, образованной между ротором, установленным с возможностью вращения вокруг оси, и статором по существу образованным группой неподвижных стенок, и содержащим опору подшипника, на которой установлен подшипник, опирающийся на ротор, при этом камера включает средства для подачи жидкой смазки к подшипнику, средства для впуска воздуха, вводящие в камеру сжатый воздух, поступающий из контура наддува (сформированного путем ответвления потока приводного газа), по меньшей мере одну систему уплотнения, расположенную между статором и ротором спереди и/или сзади подшипника, средства восстановления для восстановления жидкой смазки (через один или более контуров восстановления для повторного использования жидкой смазки) и средства удаления для удаления воздуха, после того, как он был отделен от жидкой смазки и поэтому содержит только остатки жидкой смазки, через контур вентиляции.

Более конкретно, способ включает в себя регулирование, в зависимости скорости двигателя, расхода удаляемого воздуха ниже по потоку камеры для подшипников в контуре вентиляции, причем расход воздуха можно менять в зависимости от скорости двигателя, чтобы он был ненулевым, а, при высоких скоростях, был ниже, чем при отсутствии регулирования расхода воздуха.

Предпочтительно, расход воздуха, удаляемого через контур вентиляции является изменяемым в зависимости от скорости двигателя.

В частности, предполагается, что расход удаляемого воздуха должен иметь минимальную ненулевую величину для низкой скорости двигателя, и быть изменяемым, увеличиваясь при увеличении скорости двигателя до максимального расхода удаляемого воздуха.

На практике, массовый расход удаляемого воздуха не обязательно увеличивается непрерывно при увеличении скорости двигателя во всем диапазоне скоростей двигателя: предпочтительно расход воздуха увеличивается постепенно, в зависимости от скорости двигателя, во всем диапазоне низких скоростей двигателя (или низких скоростей вращения ротора), и затем, для более высоких скоростей двигателя, расход воздуха продолжает увеличиваться от некоторой точки, но более медленно, или остается постоянным и/или, при необходимости, расход воздуха немного уменьшается, тем самым всегда ведя к максимальному расходу удаляемого воздуха для данной высокой скорости двигателя.

Таким образом расход удаляемого воздуха имеет отличную от нуля минимальную величину для низких скоростей двигателя, и является изменяемым, увеличиваясь при увеличении скорости двигателя до тех пор, пока не будут достигнуты самые высокие скорости двигателя (полный газ, подъем или крейсерский полет), и способ и устройство для выравнивания давления предпочтительно обеспечивают возможность ограничения увеличения расхода при увеличении скорости двигателя.

Другие преимущества и характеристики изобретения станут очевидны при прочтении последующего описания, приведенного в качестве примера, вместе с прилагаемыми чертежами.

Фиг.1 - вид в продольном сечении передней камеры по известному уровню техники.

Фиг.2 - вид в продольном сечении задней камеры по известному уровню техники.

Фиг.3 - вид в продольном сечении в увеличенном масштабе участка на фиг.2, показывающий первый вариант осуществления устройства выравнивания, причем система регулирования находится в открытом положении.

Фиг.4 - вид сверху участка IV на фиг.3.

Фиг.5 - вид, подобный фиг.3, на котором система регулирования устройства выравнивания находится в закрытом положении.

Фиг.6 - вид в сечении в увеличенном масштабе участка на фиг.2, показывающий первую модификацию второго варианта осуществления устройства выравнивания, причем система регулирования находится в открытом положении.

Фиг.7 - вид, подобный фиг.6, на котором система регулирования устройства выравнивания находится в закрытом положении.

Фиг.8 - вид, подобный фиг.6, показывающий вторую модификацию второго варианта осуществления устройства выравнивания, причем система регулирования находится в открытом положении.

Фиг.9 - вид, подобный фиг.8, на котором система регулирования устройства выравнивания находится в закрытом положении.

Фиг.10 - местный вид, если смотреть в направлении Х на фиг.9, показывающий систему регулирования устройства выравнивания в закрытом положении.

Фиг.11 - вид, подобный фиг.6, показывающий третью модификацию второго варианта осуществления устройства выравнивания, причем система регулирования находится в открытом положении.

Фиг.12 - вид, подобный фиг.11, на котором система регулирования устройства выравнивания находится в закрытом положении.

Фиг.13 - местный вид, если смотреть в направлении ХIII на фиг.12, показывающий систему регулирования устройства выравнивания в закрытом положении.

Фиг.14 - половинчатое продольное сечение турбореактивного двигателя, имеющего три камеры, и опорной конструкции для оборудования, причем устройство выравнивания согласно изобретению в данном двигателе размещено на опорной конструкции для оборудования.

На фиг.1 и фиг. 2, соответственно, показаны первая камера 20, содержащая передние подшипники 21, 22 и 23, и задняя камера 30, содержащая задние подшипники 32 и 33, турбореактивного двигателя. Для камер ротор 40 низкого давления содержит канал 41, который удаляет как воздух, так и часть смазочного масла, увлекаемую воздухом и не задержанную маслоотделителем, причем эта смесь прошла через переднюю камеру 20 и заднюю камеру 30.

Местоположение передней и задней камер 20 и 30 в турбореактивном двигателе видно на фиг.14.

Более конкретно, как показано на фиг.1, контур наддува подает в переднюю камеру 20 три потока (стрелки 51, 52 и 53, изображенные сплошными линиями) сжатого воздуха, поступающие от потока приводного газа, а передняя камера 20 принимает смазочное масло через распылительные сопла.

Это масло в основном удаляется через контур для восстановления жидкой смазки (стрелка 29) из передней камеры 20.

Воздух (смешанный с остатками масла) удаляется (стрелка 62, изображенная штриховыми линиями) с помощью вытяжного маслоотделителя 24 к центральной вентиляционной трубе, образующей канал 41, который прикреплен к ротору 40 или выполнен за одно целое с ним, и который располагается соосно (ось Х-Х') внутри указанного ротора. Системы уплотнения, образованные лабиринтными уплотнениями, размещаются в местах 28а, 28b, 28с и 28d передней камеры 20, которые соответствуют впускам для сжатого воздуха.

Воздух, присутствующий в передней камере 20, и воздух, удаляемый с помощью ротора 40, находятся по существу под атмосферным давлением, без учета потери напора в контуре вентиляции, образованной центральной вентиляционной трубой, расположенной ниже по потоку маслоотделителя 24. Чем выше скорость двигателя, тем больше сжатый воздух Р1, доставленный потоками 51-53 нагнетаемого воздуха, сжимается. Таким образом, для скоростей «крейсерского полета» и «полного газа», давление сжатого воздуха Р1 увеличивается в значительной степени относительно атмосферного давления, тем самым создавая значительные перепады давлений на границах систем 28а, 28b, 28с и 28d уплотнения (приблизительно в диапазоне 0,5-1 бар в большинстве двигателей), и таким образом значительные расходы воздуха, который не участвуют в создании тяги, развиваемой двигателем.

Задняя камера 30 работает аналогичным образом с помощью потоков (сплошные стрелки 54 и 55) сжатого воздуха и с помощью впуска для масла (стрелка 36) на входе. Это масло в основном удаляется через контур для восстановления жидкой смазки (стрелка 39) из задней камеры 30. Воздух (смешанный с остатками масла) удаляется с помощью вытяжного маслоотделителя 34 к ротору 40 (штриховая стрелка 62), причем системы уплотнения, образованные лабиринтными уплотнениями, размещаются в местах 38а, 38b, 38с и 38d задней камеры 30, которые соответствуют впускам для сжатого воздуха.

Со ссылкой на фиг.3-5 показан первый вариант осуществления устройства согласно изобретению, которое предназначено для установки в конструкции на фиг.1 и фиг.2, так что ниже будут описаны только отличия от фиг.1 и фиг.2.

В первом варианте осуществления канал 42, в котором размещен перекрывающий элемент системы 100 регулирования, является неподвижным, и перекрывающий элемент 110 соединен со средствами управления, являющимися внешними относительно канала 42, которые выполнены с возможностью управления положением перекрывающего элемента 110 в канале 42, в зависимости от скорости двигателя.

Неподвижный канал 42 продолжается в линию ниже по потоку вращающегося канала 41, который вращается вместе с ротором 40.

Как видно на фиг.3-5, перекрывающий элемент 110 представляет собой пластину, установленную с возможностью поворота вокруг оси Z-Z', которая перпендикулярна основному направлению Х-Х' канала 42, причем главная плоскость пластины располагается перпендикулярно каналу 42 в закрытом положении (см. фиг.5), в котором ненулевое минимальное проходное сечение 112 остается между пластиной и стенкой канала 42 для прохождения минимального расхода воздуха, и главная плоскость указанной пластины располагается параллельно основному направлению Х-Х' канала 42 в открытом положении (см. фиг.3 и фиг.4).

Таким образом, когда перекрывающий элемент 110 находится в открытом положении (см. фиг.3 и фиг.4), он представляет собой край диска, образующего перекрывающий элемент 110, взаимодействующий с потоком воздуха, который разделяется, чтобы проходить с обеих сторон перекрывающего элемента 110 (стрелки 71 и 72 на фиг.4).

В данном примере перекрывающий элемент 110 представляет собой круглую пластину (диск), в центре которой выполнено сквозное отверстие, и которая имеет наружный диаметр по существу равный внутреннему диаметру канала 42, в котором размещен перекрывающий элемент 100.

Сквозное отверстие в диске может быть выполнено в другом месте, или диск может иметь наружный диаметр меньше, чем внутренний диаметр канала 42. Также возможно использование пластины, форма которой не является круглой.

Целесообразно, чтобы когда перекрывающий элемент 110 находился в закрытом положении (фиг. 5), он не заполнял все поперечное сечение канала 42, в котором он размещен, так, чтобы оставить минимальное проходное сечение 112, обеспечивающее возможность удаления воздуха (стрелка 73 на фиг.5).

Средства управления для управления угловым положением перекрывающего элемента 110 вокруг оси Z-Z' не показаны: они являются внешними относительно канала и соединены с перекрывающим элементом, например посредством вала, установленного по оси Z-Z'.

В первом варианте скорость двигателя одного из каскадов (каскад низкого давления, каскад промежуточного давления или каскад высокого давления для современных обычных двигателей) является параметром регулирования, выбираемым вследствие того, что она увеличивается одновременно с давлением воздуха, поступающего для питания передней камеры 20 и задней камеры 30. В другом варианте, включающем в себя режим более точного регулирования, давления также используются в качестве параметра (параметров) регулирования (например, давление окружающей среды, то есть напорное давление удаляемого воздуха и/или внутренние приводные давления, соответствующие давлению сжатого воздуха).

Таким образом, в первом варианте осуществления перекрывающий элемент 110 размещается в неподвижной части двигателя в проходе, по которому нагнетаемый воздух удаляется из камер. Угловое положение перекрывающего элемента 110 вокруг оси Z-Z' таким образом может изменяться, в зависимости от выбранных параметров двигателя для регулирования (скорости или давления (давлений). Изменение углового положения приводит к изменению проходного сечения для воздуха (расхода воздуха) и тем самым приводит к потерям напора в системе (потери напора соответствуют функции расхода во второй степени).

Ниже описан второй вариант осуществления устройства согласно изобретению. В этом варианте осуществления используется пассивная и независимая система регулирования, которая учитывает вращение ротора 40, скорость которого изменяется при изменении скорости двигателя, чтобы изменять положение перекрывающего элемента, и тем самым изменять проходное сечение для воздуха в канале, и таким образом изменять непосредственно расход воздуха.

Для этого канал 41 устанавливается с возможностью вращения за счет того, что он прикреплен к ротору 40 низкого давления или выполнен за одно целое с ним, и перекрывающий элемент соединен со средствами управления, которые встроены и соединены с подвижным каналом 41 и которые изменяют положение перекрывающего элемента, в зависимости от скорости вращения ротора 40. Используемый выше термин «встроенный» означает, что средства управления для управления перекрывающим элементом прикреплены к подвижному каналу 41 или выполнены за одно целое с ним.

Ниже в качестве неограничивающих примеров описаны три модификации конструкции согласно второму варианту осуществления.

В первой модификации второго варианта осуществления, показанной на фиг.6 и фиг.7, используется система 20 регулирования, включающая в себя перекрывающий элемент 210 того же типа, что и в первом варианте осуществления, который размещен в подвижном канале 41. На фиг.6 и фиг.7, перекрывающий элемент также образован пластиной 210, имеющей форму диска, в центре которой выполнено сквозное отверстие (образующее минимальное сквозное проходное сечение 212), причем перекрывающий элемент 210 установлен с возможностью перемещения вокруг оси Z-Z', перпендикулярной оси вращения X-X' ротора 40.

В этой модификации средства 214 управления расположены в подвижном канале 41 и содержат управляющий стержень 215, один из концов (215а) которого соединен с помощью шарнира 216а с пластиной 210, противовес 217, соединенный с помощью шарнира 216b с другим из концов (215b) управляющего стержня 215, и имеющий сквозное отверстие, и приводной стержень 218, прикрепленный к каналу 41 таким образом, что он продолжается в направлении под углом к плоскости, перпендикулярной каналу 41, причем противовес 217 установлен с возможностью скольжения через его сквозное отверстие вокруг приводного стержня 218. Например, два конца приводного стержня 218 заделаны в стенки канала 41.

Таким образом, противовес 217 может перемещаться вдоль приводного стержня 218. Шарнир 216а между пластиной 210 и управляющим стержнем 215 расположен вблизи края пластины 210, и вблизи диаметра, перпендикулярного оси Z-Z'.

Дополнительно используется упор 219, который расположен по существу в середине длины приводного стержня 218, и который ограничивает положение противовеса 217, и тем самым угловое положение пластины 210, когда ротор 40 находится в состоянии покоя. Средства возврата, показанные в качестве примера в виде пружины 250 на фиг.6 и фиг.7, действуют между упором 219 и противовесом 217. Когда ротор прекращает вращаться, средства возврата прилагают возвратное усилие, которое возвращает противовес 217 к упору 219.

Когда ротор 40 и подвижный канал 41 вращаются, центробежная сила, которая прилагается к противовесу 217, позволяет преодолеть возвратное усилие, создаваемое пружиной 250, тем самым позволяя противовесу 217 перемещаться вдоль приводного стержня 218, и чем выше скорость, тем дальше противовес перемещается вдоль приводного стержня.

Так как противовес 217 перемещается также по оси X-X', он заставляет, через управляющий стержень 215, поворачиваться пластину 210 вокруг оси Z-Z', и чем выше скорость двигателя, тем дальше поворачивается пластина. При максимальной скорости пластина 210 оказывается в закрытом положении, перпендикулярном продольной оси X-X' ротора 40, как показано на фиг.7.

Изменение положения пластины 210 изменяет проходное сечение для воздуха в канале 41, и тем самым изменяет потери напора.

Преимуществом этого решения с перекрывающим элементом в виде пластины 210, образующим клапанный элемент, является то, что оно обеспечивает очень низкие потери напора в открытом положении, которые определяются всего лишь препятствием, образованным краем пластины 210 и затем ниже по потоку приводным стержнем и противовесом 217.

Во второй модификации второго варианта осуществления, как видно на фиг.8-10, используется система 200 регулирования, имеющая перекрывающий элемент 220 другого типа, но также расположенный внутри подвижного канала 41.

Как показано на фиг.8-10, перекрывающий элемент 220 имеет две створки 220а, 220b, установленных с возможностью шарнирного поворота вокруг общей шарнирной оси 221 перекрывающего элемента, расположенной перпендикулярно основному направлению (ось X-X') канала 41, вдоль оси Y-Y' (см. фиг. 10). Например, два конца оси 221 перекрывающего элемента заделаны в стенки канала 41.

В этом примере две створки 220а, 220b имеют полукруглую форму, причем диаметр указанных полуокружностей располагается вдоль оси 221 перекрывающего элемента и меньше диаметра канала 41. Следовательно, когда обе створки 220а, 220b развернуты, тем самым приводя перекрывающий элемент 220 в его закрытое положение (фиг.9 и фиг.10), между двумя створками 220а, 220b и внутренней поверхностью стенки канала 41 остается кольцевой проход для потока воздуха. Этот проход образует минимальное сквозное проходное сечение 222, обеспечивая удаление достаточного количества воздуха для всех рабочих конфигураций, даже в случае поломки (две створки 220а, 220b заклиниваются в закрытом положении).

Можно предложить створки 220а, 220b, имеющие диаметр, равный внутреннему диаметру канала 41, но тогда целесообразно, чтобы в одной из них или в обеих было выполнено сквозное отверстие или сквозные отверстия таким образом, чтобы оставить минимальное проходное сечение, через которое может проходить воздух. В качестве альтернативы, створки 220а, 220b могут иметь форму, отличную от полукруглой.

В этой модификации, для каждой створки 220а (220b) средства 224 управления содержат пружину 225а (225b), установленную между створкой 220а (220b0 и опорой 226. Таким образом, створки 220а, 220b открываются под действием центробежной силы, когда ротор 40 и канал 41 вращаются, и пружины 225а, 225b заставляют створки 220а, 220b перемещаться обратно в закрытое положение.

В этом примере опора 226 представляет собой пластину, параллельную плоскости, содержащей оси X-X' и Y-Y', и установленную в канале 41 в месте одного из его диаметров, в направлении, параллельном основному направлению (ось X-X') канала 41, таким образом, что только край пластины, образующей указанную опору 226, создает препятствие (и тем самым потерю напора) для потока воздуха через канал 41. В показанном примере ось 221 перекрывающего элемента установлена на опоре 226, но также возможно просто расположить их в линию в основном направлении (ось X-X') канала 41.

Пружина 225а (225b) соединяет край створки 220а (220b), дальний от шарнирной оси 221 перекрывающего элемента, с опорой 226, ниже по потоку (сзади) оси 221 перекрывающего элемента (справа на фиг.8 и фиг.9) на расстоянии, и приблизительно равном половине диаметра каждой створки 220а (220b).

Таким образом, в открытом положении, показанном на фиг.8, две створки 220а, 220b сложены, и уменьшают проходное сечение для воздуха в канале 41 настолько мало, насколько это возможно. Это используется в частности при низких скоростях двигателя, таких как холостой ход, когда низкая герметизация камер 20, 30 требует, чтобы потери напора в воздушном контуре были настолько небольшими, насколько это возможно.

Две створки 220а, 220b затем закрывают снова путем их разведения под действием центробежной силы (см. фиг.9), тем самым уменьшая проходное сечение для воздуха до кольцевого минимального проходного сечения 222, и увеличивая потери напора.

Две створки 220а, 220b могут при необходимости иметь противовесы 227а, 227b (см. фиг.8 и фиг.9), вес и место расположения которых выбираются (например, с помощью предварительного подбора) таким образом, чтобы оптимизировать потерю напора, создаваемую системой 200 регулирования для различных рабочих конфигураций.

Следует понимать, что пружины 225а, 225b образуют средства возврата, которые тянут две створки 220а, 220b обратно к опоре 226, чтобы скомпенсировать действие центробежных сил (см. фиг.9).

В третьей модификации второго варианта осуществления, показанной на фиг.11-13, используется система 200 регулирования, имеющая перекрывающий элемент 230 типа, немного отличающегося от описанного выше перекрывающего элемента во второй модификации второго варианта осуществления. Эта система 200 регулирования также располагается в подвижном канале 41.

Как показано на фиг. 11-13, перекрывающий элемент 230 имеет две ветви 230а, 230b, установленные на общей оси 231 перекрывающего элемента, расположенной перпендикулярно основному направлению (ось X-X') канала 41, причем ветви 230а, 230b выполнены из упругого материала, так что ветви 230а, 230b открываются под действием центробежной силы, когда ротор 40 вращается, и возвращаются в открытое положение, когда скорость вращения ротора 40 уменьшается.

В этом примере перекрывающий элемент 230 не имеет двух отдельных створок, каждая из которых установлена с возможностью шарнирного поворота вокруг шарнирной оси 231, а наоборот, перекрывающий элемент 230 представляет собой одинарную упругую деталь, имеющую две ветви 230а, 230b, которая встраивается в подвижный канал 41 ротора 40. Ось 231 перекрывающего элемента может быть выполнена за одно целое с перекрывающим элементом 230 или же представлять собой отдельный от перекрывающего элемента 230 элемент, прикрепленной к нему.

Два конца шарнирной оси 231 перекрывающего элемента, например, заделаны в стенки канала 41.

С каждой стороны оси 231 перекрывающего элемента имеются две ветви 230а, 230b (подобно половинчатым клапанным элементам), которые имеют полукруглую форму в показанном примере (см. фиг.13).

Когда перекрывающий элемент 230 находится в покое или в открытом положении, две ветви 230а, 230b сложены друг к другу вокруг оси 231 перекрывающего элемента.

В целом, в покое, две ветви 230а, 230b находятся в конфигурации, которая уменьшает проходное сечение для воздуха в канале 41 настолько мало, насколько это возможно, при низких скоростях (например, когда двигатель работает на холостом ходу, когда низкая герметизация камер 20, 30 требует, чтобы потеря напора в воздушном контуре была настолько низкой, насколько это возможно).

При более высоких скоростях двигателя, две ветви 230а, 230b упруго деформируются под действием центробежной силы, и перекрывают в значительной степени проход для воздуха до тех пор, пока они не достигнут закрытого положения, показанного на фиг.12 и фиг.13, и в котором имеется минимальное проходное сечение.

Две ветви 230а, 230b возвращаются в их начальное положение (в покое) в конце цикла замедления, так что они остаются эффективными в течение большого числа циклов работы двигателя. Для этого, между открытым положением (фиг.11) и закрытым положением (фиг.12 и фиг.13) перекрывающего элемента 230, не превышается усталостный предел упругости двух ветвей 230а, 230b.

Как и во второй модификации второго варианта осуществления, в третьей модификации, при необходимости, система 200 регулирования дополнительно включает в себя противовес 237а, 237b, установленный на каждой ветви 230а, 230b в точке ветви 230а, 230b, дальней от оси 231 перекрывающего элемента.

В описанных выше примерах второго варианта осуществления, устройство выравнивания согласно изобретению установлено в турбореактивном двигателе, имеющем по меньшей мере переднюю камеру 20 и/или заднюю камеру 30, которые имеют контур вентиляции, содержащий ниже по потоку маслоотделителя 24 или 34 канал 41 внутри ротора 40 низкого давления, причем турбореактивный двигатель имеет устройство выравнивания давления, для которого в роторе низкого давления установлена система 200 регулирования.

В описанном выше примере первого варианта осуществления устройство выравнивания согласно изобретению установлено в турбореактивном двигателе, имеющем по меньшей мере переднюю камеру 20 и/или заднюю камеру 30, и контур вентиляции, содержащий ниже по потоку ротора 40 низкого давления неподвижный канал 42, причем турбореактивный двигатель имеет устройство выравнивания давления, для которого в неподвижном канале 42 установлена система 100 регулирования.

В другой конфигурации, показанной на фиг.14, турбореактивный двигатель имеет по меньшей мере передний подшипник в передней камере 20 и задний подшипник в задней камере 30, и, в этом примере, два промежуточных подшипника, расположенных в промежуточной камере 80. Ниже по потоку всех камер 20, 30 и 80 и ниже по потоку маслоотделителя 64, контур 60 вентиляции содержит канал 41, установленный с возможностью вращения, и неподвижный канал 42. Согласно изобретению, и более конкретно, турбореактивный двигатель имеет устройство выравнивания давления, для которого установлена система 100 или 200 регулирования ниже по потоку маслоотделителя 64, или в месте А (неподвижный канал 42) на фиг.14, для первого варианта осуществления устройства, или в месте В на фиг.14 (подвижный канал 41) для второго варианта осуществления устройства.

В этом случае непосредственно маслоотделитель 64, ниже по потоку которого установлена система 100 или 200 регулирования, предпочтительно установлен в камере 66 коробки привода агрегатов (КПА) или в некоторой другой опорной конструкции для оборудования.

Как показано на фиг.1 и фиг.2, очевидно, что описанные выше решения размещаются в месте А на фиг.2, когда решение представляет собой первый вариант осуществления (неподвижный канал 42), или в месте В на фиг.2, когда решение представляет собой второй вариант осуществления (подвижный канал 41).

Выбор этих мест установки не является ограничивающим, и также можно предложить установку устройства выравнивания давления согласно второму варианту осуществления изобретению дальше выше по потоку ротора 40, в частности в области С на фиг.1 и фиг.2, т.е. после маслоотделителя 24 передней камеры 20. Однако, в этом случае устройство согласно изобретению воздействует только на поток воздуха, входящий в переднюю камеру 20.

Также можно предусмотреть установку устройств выравнивания давления согласно изобретению в двух местах: оба расположены ниже по потоку маслоотделителя 34 задней камеры 30, как описано в отношении фиг.3-13 (в месте А на фиг.2, когда устанавливается первый вариант осуществления, или в месте В на фиг.2, когда устанавливается второй вариант осуществления), и также ниже по потоку маслоотделителя 24 передней камеры 20 (область С на фиг.1 и фиг.2) путем размещения здесь устройства выравнивания давления согласно второму варианту осуществления изобретению или же, более просто, диафрагмы с постоянным небольшим проходным сечением.

Следует понимать, что устройство выравнивания давления согласно изобретению применимо для камер, использующих уплотнения лабиринтного типа в качестве систем уплотнения, тем самым улучшая их уплотняющую способность путем уменьшения перепада давлений между камерой и областью снаружи камеры, но устройство согласно изобретению также применимо для современных систем уплотнения, тем самым улучшая рабочие характеристики таких систем.

Изобретение относится к устройству выравнивания давления в по меньшей мере одной камере для подшипников турбореактивного двигателя, содержащей средства для подачи жидкой смазки к подшипнику, средства для впуска воздуха, по меньшей мере одну систему уплотнения, расположенную между статором и ротором спереди и/или сзади подшипника, средства восстановления для восстановления жидкой смазки и средства удаления для удаления смеси воздуха и остатков жидкой смазки в направлении контура вентиляции. Ниже по потоку камеры для подшипников и в контуре вентиляции устройство выравнивания содержит систему регулирования для регулирования расхода удаляемого воздуха, тем самым позволяя изменять расход в зависимости от скорости двигателя, чтобы он оставался ненулевым, а при высоких скоростях был ниже, чем при отсутствии системы регулирования. Технический результат изобретения - обеспечение системы герметизации камер двигателя, с которой перепады давлений на границах уплотнений изменяются в меньшей степени в зависимости от скорости двигателя. 5 н. и 13 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство выравнивания давления в по меньшей мере одной камере (20, 30, 80) для подшипников турбореактивного двигателя, образованной между ротором (40), установленным с возможностью вращения вокруг оси (Х-Х'), и статором, содержащим опору подшипника, на которой установлен подшипник (22, 32), опирающийся на ротор (40), причем камера (20, 30, 80) включает средства для подачи жидкой смазки к подшипнику (22, 32), средства для впуска воздуха, вводящие в камеру (20, 30, 80) сжатый воздух, поступающий из контура наддува, по меньшей мере одну систему (28) уплотнения, расположенную между статором и ротором (40) спереди и/или сзади подшипника (22, 32), средства восстановления для восстановления жидкой смазки и средства (24, 34, 64) удаления для удаления воздуха в направлении контура (60) вентиляции, отличающееся тем, что ниже по потоку камеры (20, 30, 80) для подшипников и в канале (41; 42) контура вентиляции указанное устройство содержит систему (100, 200) регулирования для регулирования расхода удаляемого воздуха, которая, в зависимости от скорости двигателя, изменяет проходное сечение канала (41; 42) между ненулевым минимальным проходным сечением (112; 212; 222; 232) и максимальным проходным сечением, тем самым позволяя изменять расход в зависимости от скорости двигателя, чтобы он оставался ненулевым, а при высоких скоростях был ниже, чем при отсутствии системы регулирования, при этом система (100; 200) регулирования имеет перекрывающий элемент (110; 210; 220; 230), установленный с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором перекрывающий элемент занимает большую часть сечения канала (41; 42), имеющего в результате минимальное проходное сечение (112; 212; 222; 232), и открытым положением, в котором перекрывающий элемент (110; 210; 220; 230) занимает небольшую часть сечения канала (41; 42), имеющего в результате максимальное проходное сечение, причем перекрывающий элемент (110; 210; 220; 230) может принимать любое промежуточное положение между закрытым положением и открытым положением.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расход удаляемого воздуха имеет ненулевое минимальное значение при низкой скорости двигателя и может изменяться, увеличиваясь при увеличении скорости двигателя до максимального расхода удаляемого воздуха.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал (42) является неподвижным, а перекрывающий элемент (11) соединен со средствами управления, внешними относительно канала (42), выполненными с возможностью управления положением перекрывающего элемента (110) в канале (42) в зависимости от скорости двигателя.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что канал (41) установлен с возможностью вращения за счет того, что он прикреплен к ротору (40) и тем самым приводится во вращение ротором, при этом перекрывающий элемент (210; 220; 230) соединен со средствами (214; 224) управления, встроенными в канал (41) и изменяющими положение перекрывающего элемента (210; 220; 230) в зависимости от скорости вращения ротора (40), которая изменяется при изменении скорости двигателя.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что перекрывающий элемент представляет собой пластину (110; 210), установленную с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной основному направлению (Х-Х') канала (41; 42), причем основная плоскость пластины (110; 210) расположена перпендикулярно в канале (41; 42) в закрытом положении, в котором остается минимальное ненулевое проходное сечение (112; 212) между пластиной (110; 210) и стенкой канала (41; 42) для пропускания минимального расхода воздуха, и основная плоскость пластины (110; 210) расположена параллельно основному направлению канала в открытом положении.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что перекрывающий элемент представляет собой пластину (110; 210), установленную с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной основному направлению (Х-Х') канала (41; 42), причем основная плоскость пластины (110; 210) расположена перпендикулярно в канале (41; 42) в закрытом положении, в котором остается минимальное ненулевое проходное сечение (112; 212) между пластиной (110; 210) и стенкой канала (41; 42) для пропускания минимального расхода воздуха, и основная плоскость пластины (110; 210) расположена параллельно основному направлению канала в открытом положении.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что перекрывающий элемент представляет собой круглую пластину (110; 210), в которой выполнено сквозное отверстие и которая имеет наружный диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру канала (41; 42).

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что перекрывающий элемент представляет собой круглую пластину (110; 210), в которой выполнено сквозное отверстие и которая имеет наружный диаметр, по существу, равный внутреннему диаметру канала (41; 42).

9. Устройство по любому из пп.5-8, отличающееся тем, что средства (214) управления содержат управляющий стержень (215), один из концов (215а) которого соединен с помощью шарнира (216а) с пластиной (210), противовес (217), соединенный с помощью шарнира (216b) с другим концом (215b) управляющего стержня (215) и имеющий сквозное отверстие, и приводной стержень (218), прикрепленный к каналу (42) и расположенный в направлении под углом относительно плоскости, перпендикулярной каналу (42), причем противовес (217) установлен с возможностью скольжения по приводному стержню (218).

10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что перекрывающий элемент (220) имеет две створки (220а, 220b), установленные с возможностью поворота вокруг общей оси (221) перекрывающего элемента, расположенной перпендикулярно основному направлению (Х-Х') канала (41), при этом для каждой створки (220а, 220b) средства (224) управления содержат пружину (225а, 225b), установленную между створкой (220а, 220b) и опорой (226) так, что створки (220а, 220b) открываются под действием центробежной силы, когда ротор (40) вращается, и пружины (225а, 225b) поджимают створки (220а, 220b) обратно в закрытое положение.

11. Устройство по п.4, отличающееся тем, что перекрывающий элемент имеет две ветви (230а, 230b), установленные вокруг общей оси (231) перекрывающего элемента, расположенной перпендикулярно основному направлению канала (41), причем ветви (230а, 230b) выполнены из упругого материала, так что ветви (230а, 230b) открываются под действием центробежной силы, когда ротор (40) вращается, и возвращаются в закрытое положение, когда частота вращения ротора (40) уменьшается.

12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что дополнительно содержит противовес (227а, 227b; 237a, 237b), установленный на каждой створке (220а, 220b) или ветви (230а, 230b) перекрывающего элемента (220, 230).

13. Турбореактивный двигатель, имеющий по меньшей мере переднюю камеру (20) и/или заднюю камеру (30), ниже по потоку которых и выше по потоку маслоотделителя (64) контур (60) вентиляции содержит канал (41), установленный с возможностью вращения, и неподвижный канал (42), отличающийся тем, что он содержит устройство по любому из пп.1-12, для которого система регулирования установлена ниже по потоку маслоотделителя (64).

14. Двигатель по п.13, отличающийся тем, что маслоотделитель (64) установлен в опорной конструкции (66) для оборудования.

15. Турбореактивный двигатель, содержащий по меньшей мере переднюю камеру (20) и/или заднюю камеру (30), имеющий контур вентиляции, который ниже по потоку маслоотделителя (24, 34) содержит канал (41) внутри ротора (40) низкого давления, отличающийся тем, что он содержит устройство по п.1 или по любому из пп.4-12, для которого система (200) регулирования установлена в роторе (40) низкого давления.

16. Турбореактивный двигатель, содержащий по меньшей мере переднюю камеру (20) и/или заднюю камеру (30), имеющий контур (60) вентиляции, который ниже по потоку ротора (40) низкого давления содержит неподвижный канал (42), отличающийся тем, что он содержит устройство по пп.1, 5-7 или п.8, для которого система (100) регулирования установлена в неподвижном канале (42).

17. Способ выравнивания давления в по меньшей мере одной камере (20, 30, 80) для подшипников турбореактивного двигателя, образованной между ротором (40), установленным с возможностью вращения вокруг оси (Х-Х'), и статором, содержащим опору подшипника, на которой установлен подшипник (22, 32), опирающийся на ротор (40), причем камера (20, 30, 80) включает средства для подачи жидкой смазки к подшипнику (22, 32), средства для впуска воздуха, вводящие в камеру (20, 30, 80) сжатый воздух, поступающий от контура наддува, по меньшей мере одну систему (28) уплотнения, расположенную между статором и ротором (40) спереди и/или сзади подшипника (22, 32), средства восстановления для восстановления жидкой смазки и средства (24, 34, 64) удаления для удаления воздуха в направлении контура (60) вентиляции, отличающийся тем, что он включает регулирование, в зависимости от скорости двигателя, расхода удаляемого воздуха ниже по потоку камеры для подшипников в канале (41; 42) контура (60) вентиляции и изменение, в зависимости от скорости двигателя, проходного сечения канала (41; 42) между минимальным ненулевым проходным сечением (112; 212; 222; 232) и максимальным проходным сечением, при этом расход воздуха может изменяться в зависимости от скорости двигателя, чтобы он был ненулевым, а при высоких скоростях был ниже, чем при отсутствии регулирования расхода воздуха, причем расход регулируют перекрывающим элементом (110; 210; 220; 230), установленным с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором перекрывающий элемент занимает большую часть сечения канала (41; 42), имеющего в результате минимальное проходное сечение (112; 212; 222; 232), и открытым положением, в котором перекрывающий элемент (110; 210; 220; 230) занимает небольшую часть сечения канала (41; 42), имеющего в результате максимальное проходное сечение, причем перекрывающий элемент (110; 210; 220; 230) может принимать любое промежуточное положение между закрытым положением и открытым положением.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что расход удаляемого воздуха имеет ненулевое минимальное значение для низкой скорости двигателя и может изменяться, увеличиваясь при увеличении скорости двигателя до максимального расхода удаляемого воздуха.