КОРОБКА ПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ, ВКЛЮЧАЮЩАЯ В СВОЕМ СОСТАВЕ СРЕДСТВА РАСЦЕПЛЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК F02C7/32 F02C7/36 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится в целом к области газовых турбин и касается, в частности, коробки для приведения в действие агрегатов газовой турбины.

Областью применения изобретения является область газовых турбин для двигателей самолетов или вертолетов, а также для вспомогательных силовых установок (или APU - Auxiliary Power Unit).

Газотурбинные двигатели самолетов или вертолетов содержат, как правило, коробку для приведения в действие нескольких агрегатов турбины или вспомогательного оборудования, такого как, в частности, различные насосы для производства гидравлической энергии, подачи топлива, смазки, электрогенераторы, например, типа IDG (Integrated drive generator - генератор со встроенным приводом) и VFG (Variable frequency generator - генератор переменной частоты) для производства электрической мощности и т.д. Такая коробка приводов агрегатов обычно называется AGB (Accessory GearBox).

Как известно, коробка приводов агрегатов содержит один или несколько блоков шестерен, каждый из которых состоит из нескольких зубчатых колес и приводится во вращение посредством вала силовой передачи, причем последний сопряжен с валом турбины. Каждый агрегат, как правило, установлен против одной из боковых сторон коробки и содержит подающий вал, который крепится на одном из зубчатых колес блока или блоков шестерен. Кроме этой функции обеспечения опоры агрегатов, данные боковые стороны обеспечивают также функцию опоры подшипника, уплотнения или также смазки. Во время работы турбины часть произведенной механической силы отбирается на валу турбины и передается посредством вала силовой передачи и блоков шестерен на подающий вал различных агрегатов, установленных на коробке для приведения их в действие.

Габаритные размеры коробок приводов агрегатов меняются, в частности, в зависимости от количества и типа обеспечиваемых агрегатов, которые, кроме того, лежат в основе значительных выносных элементов.

Таким образом, во время разработки коробки приводов агрегатов важно максимально возможно уменьшить габаритные размеры и общий вес коробки. В заявке FR 09 50617 такое уменьшение стало возможным в результате размещения агрегатов относительно друг друга с учетом их индивидуального габаритного размера. Однако, все время существует необходимость еще большего уменьшения этого габаритного размера и увеличения в целом надежности такой коробки приводов.

ЗАДАЧА И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основной целью настоящего изобретения является предложить коробку приводов агрегатов газовой турбины, которая позволяет существенно уменьшить ее габаритные размеры и значительно повысить ее эксплуатационную надежность.

Данная цель достигается при помощи коробки приводов агрегатов газовой турбины, содержащей переднюю боковую сторону, заднюю боковую сторону, противоположную передней боковой стороне, периферийный выступающий край которой закрывает коробку, в которой установлены по меньшей мере один блок шестерен, состоящий из нескольких находящихся в совместном зацеплении зубчатых колес, причем каждое зубчатое колесо является несомым центральным валом, поддерживаемым на каждом из своих двух концов подшипником качения и предназначенным для сопряжения с подающим валом для приведения в действие агрегата, отличающейся тем, что она содержит, кроме того, установленные между упомянутым центральным валом и упомянутым подающим валом средства расцепления упомянутого агрегата, образованные кулачковой муфтой, осевые зубья которой взаимодействуют с дополнительным зубчатым краем упомянутого центрального вала; причем упомянутая кулачковая муфта содержит внутренние канавки, находящиеся в зацеплении с соответствующими внешними канавками упомянутого подающего вала, а также тем, что упомянутые средства расцепления управляются посредством электрического приводного механизма, действующего на перемещение плунжерного пальца, один конец которого взаимодействует с внешней винтовой выемкой упомянутой кулачковой муфты.

Включением функции расцепления агрегатов в коробку уменьшается длина и подвешиваемая масса этих агрегатов и таким образом их нависание, уменьшается общий габаритный размер узла коробка/агрегаты и, кроме того, увеличивается надежность функции расцепления.

Упомянутый агрегат относится преимущественно к типу IDG или VFG.

Предпочтительно, упомянутый подающий вал поддерживается в упомянутом центральном валу двумя подшипниками, причем предусматривается возвратная пружина, предпочтительно, плоская пружина, опирающаяся с одной стороны на внутренний паз упомянутой кулачковой муфты, а с другой стороны - на внешний продольный выступающий край упомянутого подающего вала для удержания кулачковой муфты в положении сцепления, когда упомянутый плунжерный палец извлечен из упомянутой внешней винтовой выемки.

Предпочтительно, упомянутый плунжерный палец может содержать конец, проходящий за пределы коробки, для того, чтобы позволить осуществлять ручное управление расцеплением/сцеплением упомянутого агрегата.

Предпочтительно, управление упомянутым электрическим приводным механизмом осуществляется пилотом или посредством модуля управления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Другие отличительные особенности и преимущества настоящего изобретения станут видны из нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображен пример, не имеющий какого-либо ограничительного характера, практической реализации, в том числе:

- фиг. 1А и 1В изображают включение в устройства расцепления типа VFG в коробку приводов согласно изобретению и

фиг. 2 представляет собой частичный вид в разрезе коробки для приведения в действие агрегатов на основе существующего уровня техники.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 2 изображает частичный разрез примера классической коробки приводов агрегатов 10 газовой турбины двигателя самолета. Безусловно, изобретение также применимо к газовым турбинам вертолетных двигателей, а также к вспомогательным силовым установкам.

В данной коробке, которая обычно имеет форму «банана» или «фасоли», по существу параллелепипеда, с передней боковой стороной 12, задней боковой стороной 14, противоположной передней стороне, и периферийный выступающий край 16 которой закрывает коробку, содержится один 18 или несколько блоков (или цепей) шестерен, проходящих параллельно этим двум боковым сторонам. Вал силовой трансмиссии (не изображен) осуществляет отбор механической мощности на валу турбины (также не изображен) для ее передачи на блок шестерен 18, который представлен в виде двух первых зубчатых колес 20 и 22.

Задачей блока шестерен, описание которого таким образом было приведено, является приведение во вращение совокупности различных агрегатов турбины 24, 2 6, 28, причем блок шестерен выступает из боковых сторон 12 и 14 коробки, по существу перпендикулярно им.

Данные агрегаты могут быть представлены электрическими генераторами для производства электрической мощности, например, типа VFG 24, включающими в себя свои средства расцепления 25; гидравлическими насосами 26, 28 для обеспечения подачи масла под давлением в двигатель и (или) в его оборудование или смазочного масла в маслопроводы двигателя и (или) его оборудования; топливным насосом; генератором переменного тока с постоянным магнитом для обеспечения подачи электрического тока в оборудование двигателя; стартером для запуска двигателя; центробежным маслосборником и т.д. Каждый агрегат содержит подающий вал 24а-28а, который установлен на зубчатом колесе блока шестерен для приведения в движение, если быть более точным, то конец с канавками подающего вала введен в канавку передачи момента вращения 20а, 22а, 22b центрального вала, удерживающего зубчатое колесо 20, 22. Каждый центральный вал поддерживается на каждом из своих двух концов, посредством подшипника качения 30а, 30b; 32а, 32b. Как это показано, два агрегата 26, 28, установленные против различных боковых сторон, могут содержать свой подающий вал, сопряженный во вращении с одним и тем же зубчатым колесом 22. Также можно будет отметить, что подшипники качения 30b, 32b одного из концов установлены на опоре 34 подшипников, отличной от передней боковой стороны 14 и прикрепленной к периферийному выступающему краю 16 средствами крепления 36.

Агрегаты 24-28, как правило, имеют отличающиеся друг от друга скорости вращения (в данном случае за исключением гидравлических насосов 26-28, которые имеют одинаковую скорость вращения, поскольку установлены на одном и том же зубчатом колесе 22) и различные объемы, которые также приводят к образованию различного нависания. Однако, это нависание приводят к разбалансированному распределению масс, удерживаемых коробкой.

Согласно изобретению и как это изображено на фиг. 1А и 1В, предлагается уменьшить нависание агрегата, например, типа VFG 24, включая непосредственно в состав коробки средства расцепления 25 данного агрегата, которые, как правило, представляют собой неотъемлемую часть данного агрегата. С этой целью подающий вал 24а генератора 24 более не находится в непосредственном зацеплении посредством своих внешних канавок с внутренними канавками 20а центрального вала зубчатого колеса 20, а с внутренними канавками 4 0а кулачковой муфты 40, осевые зубья 40b которого взаимодействуют с дополнительным зубчатым краем 20b центрального вала зубчатого колеса 20. Подающий вал 24а удерживается в центральном валу зубчатого колеса 20 посредством двух подшипников скольжения или качения 42а, 42b. Для автоматического удерживания кулачковой муфты в положении сцепления предусмотрена возвратная пружина 44, например плоская пружина, опирающаяся с одной стороны на внутренний паз 40с кулачковой муфты, а с другой стороны - на внешний продольный выступающий край 24b подающего вала.

Перемещение кулачковой муфты 40 осуществляется при помощи электрического приводного механизма 46, действующего на перемещение плунжерного пальца 46а, конец которого взаимодействует с винтовой внешней кольцевой выемкой 40d кулачковой муфты 40 (другой противоположный конец, предпочтительно, проходит за пределы коробки). Управление приводным механизмом осуществляется непосредственно под контролем пилота или посредством модуля управления 48, например, GCU (Generator Control Unit - блок управления генератором). Дополнительно, как это показано в представленном примере, данный приводной механизм также обеспечивает опору подшипника качения 30а.

Работа коробки приводов агрегатов согласно изобретению не отличается от работы классической коробки, когда кулачковая муфта 40 находится в зацеплении (фиг. 1А); причем, как это известно, агрегаты, в частности типа VFG 24, приводятся во вращение посредством блока шестерен 18 коробки с вала турбины двигателя через вал силовой передачи. Будет просто отмечено, что за счет уменьшения длины (выносной элемент) и подвешенного веса агрегата уменьшается масса, удерживаемая различными передаточными механизмами коробки. Работа агрегата отличается лишь только тогда, когда возникает необходимость осуществить расцепление агрегата. Действительно, в данном конструктивном исполнении (фиг. 1В) расцепление осуществляется не в самом агрегате, а производится непосредственно на уровне коробки; GCU или пилот (или в процессе автоматического контроля) воздействуют таким образом на приводной механизм 46 для перемещения плунжерного пальца 46а в винтовую кольцевую выемку кулачковой муфты 40, заставляя данную кулачковую муфту осуществлять поступательное перемещение, достаточное для потери контакта между осевыми зубьями и зубчатым краем центрального вала зубчатого колеса 20. Подающий вал 24а более не приводится в действие зубчатым колесом, работа агрегата естественно будет остановлена. Будет отмечено, что данное расцепление не требует остановки функционирования агрегата, а может быть осуществлено во время его функционирования. Для повторного приведения агрегата в действие достаточно извлечь плунжерный палец 46а из винтовой кольцевой выемки кулачковой муфты, управляя приводным механизмом 46, причем данное извлечение под воздействием возвратной пружины 44 сдвигает кулачковую муфту к центральному валу и позволяет таким образом задействовать их соответствующий зубчатый край.

Будет отмечено, что так как плунжерный палец 46а имеет конец, выступающий за пределы коробки, ручное управление расцеплением (путем надавливания) или сцеплением агрегата (путем извлечения) возможно путем простого воздействия на данный конец (стрелка MP).

Таким образом, вынося функцию расцепления агрегата за пределы данного агрегата, ограничивается влияние возможной поломки данного агрегата (например, разрушения подшипника, приводящего к эксцентрической нагрузке) на расцепление, в результате чего таким образом повышаются прочность и надежность. Далее, размещая расцепление, которое в основном является механическим, в кинематической цепи, которая в свою очередь также является механической и функционирует при умеренной температуре, данное расцепление отдаляется от иногда повышенной рабочей температуры агрегата. И, наконец, в случае поломки на уровне расцепления его техническое обслуживание становится более легким; в действительности достаточно просто снять боковую сторону коробки, на которой оно установлено, для его извлечения, а не заменять полностью агрегат, как это имело место на основе известного уровня техники.

Будет отмечено, что если в приведенном выше описании ссылка делается на агрегат типа VFG (можно было бы ссылаться и на агрегат типа IDG - Integrated drive generator (генератор со встроенным приводом), ясно, что данное изобретение может найти свое применение в любом другом агрегате LRU (быстросменный блок) без необходимости его какой-либо модификации.

Коробка приводов агрегатов газовой турбины содержит переднюю и заднюю боковые стороны, периферийный выступающий край, а также блок шестерен, состоящий из нескольких находящихся в зацеплении зубчатых колес. Каждое зубчатое колесо установлено на центральном валу, поддерживаемом подшипниками качения. Центральный вал выполнен с возможностью соединения с подающим валом для приведения в действие агрегата. Между центральным валом и подающим валом установлены средства расцепления агрегата, образованные кулачковой муфтой. Кулачковая муфта имеет осевые зубья, взаимодействующие с зубчатым краем центрального вала, и внутренние канавки, находящиеся в зацеплении с внешними канавками подающего вала. Средства расцепления управляются электрическим приводным механизмом, обеспечивающим перемещение плунжерного пальца, один конец которого взаимодействует с внешней винтовой выемкой кулачковой муфты. Изобретение позволяет снизить габариты коробки приводов агрегатов газовой турбины. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Коробка приводов агрегатов газовой турбины, содержащая переднюю боковую сторону (12), заднюю боковую сторону (14), противоположную передней боковой стороне, и периферийный выступающий край (16) которой закрывает коробку, и в которой установлен по меньшей мере один блок шестерен (18), состоящий из нескольких находящихся в совместном зацеплении зубчатых колес (20, 22), причем каждое зубчатое колесо является несомым центральным валом, поддерживаемым на каждом из своих двух концов подшипником качения (30а, 30b; 32а, 32b) и предназначенным для соединения с подающим валом (24а, 26а, 28а) для приведения в действие агрегата (24, 26, 28), отличающаяся тем, что она дополнительно содержит установленные между упомянутым центральным валом и упомянутым подающим валом средства (40, 42, 44, 46, 48) расцепления упомянутого агрегата, образованные кулачковой муфтой (40), осевые зубья (40b) которой взаимодействуют с дополнительным зубчатым краем (20b) упомянутого центрального вала, причем упомянутая кулачковая муфта содержит внутренние канавки (40а), находящиеся в зацеплении с соответствующими внешними канавками упомянутого подающего вала, а также тем, что упомянутые средства расцепления управляются посредством электрического приводного механизма (46), действующего на перемещение плунжерного пальца (46а), один конец которого взаимодействует с внешней винтовой выемкой (40d) упомянутой кулачковой муфты.

2. Коробка по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый агрегат является генератором со встроенным приводом или генератором переменной частоты.

3. Коробка по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый подающий вал поддерживается в упомянутом центральном валу двумя подшипниками (42а, 42b).

4. Коробка по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит возвратную пружину (44), опирающуюся с одной стороны о внутренний паз (40с) упомянутой кулачковой муфты, а с другой стороны на внешний продольный выступающий край (24b) упомянутого подающего вала для удерживания кулачковой муфты в положении сцепления, когда упомянутый плунжерный палец извлечен из упомянутой внешней винтовой выемки.

5. Коробка по п. 4, отличающаяся тем, что упомянутая возвратная пружина является плоской пружиной.

6. Коробка по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый плунжерный палец содержит конец, проходящий за пределы коробки, для того, чтобы позволить осуществлять ручное управление расцеплением/сцеплением упомянутого агрегата.

7. Коробка по п. 1, отличающаяся тем, что управление упомянутым электрическим приводным механизмом осуществляется пилотом или посредством модуля управления (48).