Способ работы откачивающего насоса маслоагрегата турбореактивного двигателя (ТРД) и откачивающий насос маслоагрегата ТРД, работающий по этому способу, рабочее колесо откачивающего насоса маслоагрегата ТРД Российский патент 2018 года по МПК F01D25/20 F04D13/12 F02C7/06 

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно к способу работы откачивающего насоса маслоагрегата системы смазки нагруженных узлов авиационного турбореактивного двигателя.

Из существующего уровня техники известен способ работы двухсекционного центробежно-шестеренного насоса маслосистемы авиационных двигателей, содержащий корпус с двумя парами разделителей полостей всасывания и нагнетания и шестерни с крыльчатками, расположенные на двух валах (см., напр., М.М. Бич, Е.В. Вейнберг, Д.Н. Сурнов. Смазка авиационных газотурбинных двигателей. М. Машиностроение. 1979, стр. 57, рис. 4.11).

Известен способ работы двухсекционного центробежно-шестеренного насоса маслосистемы авиационных двигателей, содержащий корпус с двумя парами шестерен с крыльчатками, расположенными на двух валах (RU 2250394 C2, опубл. 20.04.2005).

Известен способ работы комбинированного центробежно-шестеренного насоса маслосистемы авиационных двигателей для подачи и откачки масла, содержащий находящиеся в зацеплении шестерни с кольцевыми проточками и предвключенные центробежные крыльчатки (RU 2472041 C1, опубл. 20.01.2013).

Известен способ работы центробежно-шестеренного насоса маслосистемы авиационных двигателей для подачи и откачки масла, содержащий корпус, находящиеся в зацеплении шестерни и предвключенные центробежные крыльчатки. Разделители полостей всасывания и нагнетания выполнены в виде подпятников с буртами (RU 2291321 C2, опубл. 20.01.2007).

К недостаткам известных решений относятся недостаточная проработанность агрегатов системы смазки маслом нагруженных узлов двигателя, повышенные сложность конструкции, материалоемкость и относительно невысокая эффективность, надежность и долговечность работы маслоагрегата и обусловленные конструктивными решениями невысокие гидродинамические характеристики центробежно-шестеренного насоса, что приводит к повышенному износу трущихся деталей рабочих узлов и снижению надежности работы и КПД насоса в процессе эксплуатации.

Задача, решаемая группой изобретений, заключается в улучшении гидродинамических и энергетических характеристик откачивающего насоса маслоагрегата, повышении КПД, надежности и долговечности работы насоса при снижении материала- и трудоемкости изготовления и энергозатрат на работу маслоагрегата, связанную в откачкой отработанного масла из коробки двигательных агрегатов (КДА) и доставкой очищенного и охлажденного масла в узлы смазки нагруженных шестерен двигательных агрегатов КДА и выносной коробки самолетных агрегатов (ВКА).

Поставленная задача решается тем, что в способе работы откачивающего насоса маслоагрегата (МА) двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего валы ротора высокого давления (РВД) и ротора низкого давления (РНД) с опорами, КДА с насосом форсажным и ВКА, связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки, согласно изобретению, смонтированный в корпусе маслоагрегата откачивающий насос устанавливают на крышке КДА в нижней части последней в зоне стока отработанного масла, которое подают в шестеренно-центробежный рабочий орган насоса, содержащий два рабочих колеса, установленные на двух параллельных валах, один из которых ведущий сообщен по крутящему моменту через рессору редуктора привода с источником энергии - стартером и/или валом РВД двигателя, а второй выполнен ведомым и установленное на нем ведомое рабочее колесо получает энергию вращения от ведущего, для чего каждое из указанных колес выполнено включающим крыльчатку и шестерню с диском, имеющем односторонне развитую ступицу, полотно и обод с зубчатым венцом, установленным с зацеплением с зубчатым венцом ответного колеса, и выполняющим в насосе две функции: функцию получения и передачи крутящего момента на обе шестерни откачивающего насоса, а также передачи крутящего момента через ведомый вал маслоагрегата на ведущее рабочее колесо нагнетательного насоса и функцию шестеренного звена рабочего органа объемного вытеснения перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов ведущей и ведомой шестерен, при этом диск каждой шестерни насоса наделен посадочным местом, в котором фиксированно установлен диск крыльчатки, причем диск крыльчатки выполняют в виде соосного с валом насоса тела вращения с односторонним вогнутым сбегом и радиусом внешнего периметра, меньшим внутреннего радиуса ножки зуба зубчатого венца на ширину кольцевой проточки под буртик подпятника, незамкнуто окружающий в корпусе насоса диск крыльчатки, а осевую ширину зубьев шестеренного венца выполняют односторонне превышающей осевую толщину полотна диска шестерни под ножками зубьев венца на осевую высоту указанного буртика, кроме того ступица диска шестерни выполнена с центральным посадочным отверстием которым на части осевой длины конгруэнтно установлена на посадочное место вала, и на другой части дины отверстие ступицы наделено внутренними шлицами с параметрами, обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента на соответствующий вал насоса в маслоагрегате, при этом за одно целое с диском крыльчатки выполнены предвключенные лопатки, которые эквидистантно размещены на диске с угловой частотой γ_л.о.н., определенной в диапазоне значений γ_л.о.н.=(0,48÷1,12) [ед/рад], а пара рабочих колес работает как шестеренно-центробежный рабочий орган насоса, выполняющий центробежный подвод предвключенной крыльчаткой перекачиваемой среды, подаваемой из КДА по внутреннему подводящему каналу в корпусе насоса и объемное вытеснение указанной среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов шестерен, причем вытеснение перекачиваемой среды из межзубной впадины каждой из взаимодействующих шестерен производят в угловом секторе поворота зубчатых венцов, определяемом половиной угла, образованного радиусами шестерен от заходной точки взаимного пересечения условных цилиндрических поверхностей, описывающих вершины зубьев указанных зубчатых венцов до выходной точки пересечения указанных условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестерен, составляющем угловой сектор α_в.о.н., определенный в диапазоне значений α_в.о.н.=(0,416÷0,485) [рад], а угловой сектор последующего разряжения α_р.о.н. в освобождаемой от перекачиваемой среды впадине равен углу вытеснения α_р.о.н.=α_в.о.н..

При этом межзубные впадины зубчатых венцов шестерен рабочих колес насоса могут выполнять с угловой частотой γ_вп.о.н., определенной в диапазоне γ_вп.о.н.=(2,23÷3,18) [ед/рад].

Осевые фронтально ориентированные навстречу потоку всасываемой среды консольные приконцевые участки предвключенных лопаток крыльчатки могут выполнять отогнутыми в сторону вращения рабочего колеса с переменным радиусом закрутки, уменьшающимся по ширине лопатки к оси рабочего колеса с градиентом G_ΔR/Вл изменения радиуса приконцевого участка лопатки, считая от периферийного ребра последней до ребра, ближнего к оси рабочего колеса, составляющем

G_ΔR/Вл=ΔR_з.л./В_л.=(R_з.л.max-R_з.л.min)/В_л.=(0,19÷0,28) [м/м],

где R_з.л.max ^_ максимальный радиус закрутки приконцевого участка с периферийной стороны лопатки крыльчатки; R_з.л.min ^_ минимальный радиус закрутки приконцевого участка с внутренней стороны лопатки крыльчатки; В_л - радиальная ширина осевого фронтально ориентированного навстречу потоку участка лопатки крыльчатки.

Поставленная задача в части откачивающего насоса решается тем, что откачивающий насос маслоагрегата двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего валы РВД и РНД с опорами, КДА с насосом форсажным и ВКА, связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки, согласно изобретению, выполнен с возможностью откачивания отработанного масла из масляной полости КДА в маслобак описанным выше способом.

Поставленная задача в части рабочего колеса откачивающего насоса маслоагрегата двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего валы РВД и РНД с опорами, КДА с насосом форсажным и ВКА, связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки, при этом откачивающий насос содержит шестеренно-центробежный рабочий орган, включающий два рабочих колеса, уставленных на двух параллельных валах, решается тем, что каждое рабочее колесо ведущее и/или ведомое откачивающего насоса, согласно изобретению, выполнено содержащем шестерню с диском, имеющем односторонне развитую ступицу, полотно и обод с зубчатым венцом, выполняющем в насосе две функции: функцию получения и передачи крутящего момента на шестерню другого рабочего колеса насоса и через ведомый вал маслоагрегата на ведущее рабочее колесо нагнетательного насоса и функцию шестеренного звена рабочего органа объемного вытеснения перекачиваемой среды, подаваемой по внутреннему подводящему каналу в корпусе насоса, а для центробежного подвода масла к зубчатым венцам шестерни рабочее колесо содержит крыльчатку, имеющую диск и предвключенные лопатки, выполненные за одно целое с диском крыльчатки и эквидистантно размещенные на диске с угловой частотой γ_л.о.н., определенной в диапазоне значений γ_л.о.н.=(0,48÷1,12) [ед/рад], при этом оси рабочих колес расположены на расстоянии, обеспечивающем объемное вытеснение перекачиваемой среды из межзубных впадин зубчатого венца шестерни рабочего колеса, как ведущего, так и ведомого, причем диск шестерни рабочего колеса наделен посадочным местом, в котором фиксированно установлен диск крыльчатки с внешним радиусом, меньшим внутреннего радиуса ножки зуба зубчатого венца на ширину кольцевой проточки под буртик подпятника, незамкнуто окружающий в корпусе насоса диск крыльчатки, при этом осевая ширина зубьев шестеренного венца выполнена односторонне превышающей осевую толщину полотна диска шестерни под ножками зубьев венца на осевую высоту указанного буртика, а диск крыльчатки выполнен в виде соосного с валом насоса тела вращения с односторонним вогнутым сбегом к периферии диска, кроме того ступица диска шестерни рабочего колеса выполнена с центральным посадочным отверстием, на части осевой длины, конгруэнтным посадочному месту вала, а на другой части дины ступица наделена внутренними шлицами с параметрами, обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента на соответствующий вал маслоагрегата, причем частота и конфигурация зубьев и впадин в зубчатом венце рабочего колеса и упомянутое удаление оси от оси оппозитного рабочего колеса в шестеренно-центробежном органе выполнены с возможностью обеспечения вытеснения перекачиваемой среды из каждой межзубной впадины в угловом секторе поворота зубчатых венцов, определяемом половиной угла, образованного радиусами шестерен рассматриваемого и оппозитного ему рабочего колеса от заходной точки взаимного пересечения условных цилиндрических поверхностей, описывающих вершины зубьев указанных зубчатых венцов до выходной точки пересечения указанных условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестерен, составляющем угловой сектор α_в.о.н., определенный в диапазоне значений α_в.о.н.=(0,416÷0,485) [рад], а угловой сектор последующего разряжения α_р.о.н. в освобождаемой от перекачиваемой среды впадине равен углу вытеснения α_р.о.н.=α_в.о.н..

При этом межзубные впадины зубчатых венцов шестерен рабочих колес насоса могут быть выполнены с угловой частотой γ_вп.о.н., определенной в диапазоне γ_вп.о.н.=(2,23÷3,18) [ед/рад].

Диск крыльчатки может быть выполнен в виде тела вращения, соосного с валом насоса и односторонним вогнутым сбегом к периферийному контуру диска, описанным условной оболочкой замкнутого по кольцу тороидального сегмента радиусом R_т.п.д.=(11,9÷16,8)10^-3 [м], где R_т.п.д. - радиус образующей тороидальной поверхности диска, совпадающий с радиусом поперечного (осевого) сечения условного тора, и с геометрическим местом центров кривизны условной тороидальной оболочки, вынесенным в осевом направлении навстречу потоку за условную плоскость, нормальную к оси симметрии диска и в радиальном направлении, удаленном от оси диска крыльчатки на величину, превышающую максимальный радиус проекции периферийного торца диска крыльчатки.

Осевые фронтально ориентированные навстречу потоку всасываемой среды консольные приконцевые участки предвключенных лопаток крыльчатки могут быть выполнены отогнутыми в сторону вращения рабочего колеса с переменным радиусом закрутки, уменьшающимся по ширине лопатки к оси рабочего колеса с градиентом G_ΔR/Вл изменения радиуса приконцевого участка лопатки, считая от периферийного ребра последней до внутреннего ребра, ближнего к оси рабочего колеса, составляющем

G_ΔR/Вл=ΔR_з.л./В_л.=(R_з.л.max-R_з.л.min)/В_л.=(0,19÷0,28) [м/м],

где R_з.л.max - максимальный радиус закрутки приконцевого участка с периферийной стороны лопатки крыльчатки; R_з.л.min - минимальный радиус закрутки приконцевого участка с внутренней стороны лопатки крыльчатки; В_л - радиальная ширина осевого фронтально ориентированного навстречу потоку участка лопатки крыльчатки.

Технический результат, достигаемый группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в разработке способа работы откачивающего насоса маслоагрегата на всех режимах работы двигателя с улучшенными конструктивными и эксплуатационными характеристиками рабочего колеса с предвключенной крыльчаткой, обеспечивающими повышение КПД, ресурса и надежности работы насоса и маслоагрегата двигателя в целом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен маслоагрегат, продольный разрез;

на фиг. 2 - рабочее колесо откачивающего насоса маслоагрегата, ведущая шестерня, продольный разрез;

на фиг. 3 - взаимодействующие шестерни рабочих колес в откачивающем насосе, поперечный разрез;

на фиг. 4 - фрагмент лопатки крыльчатки рабочего колеса, вид на приконцевые участки с периферийной и внутренней сторон лопатки.

Двухвальный двухконтурный турбореактивный двигатель содержит валы РВД и РНД с опорами, КДА с насосом форсажным и ВКА, связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки. Смонтированный в корпусе маслоагрегата 1 (фиг. 1) откачивающий насос 2 устанавливают на крышке КДА в нижней части последней в зоне стока отработанного масла. Отработанное масло поступает в шестеренно-центробежный рабочий орган откачивающего насоса, который содержит два рабочих колеса 3 и 4. Рабочие колеса 3 и 4 установлены на двух параллельных валах 5 и 6 соответственно.

Рабочее колесо 3 (фиг. 2) выполнено содержащим шестерню 7 с диском 8 и крыльчатку 9. Диск 8 шестерни 7 рабочего колеса 3 выполнен с односторонне развитой ступицей 10, полотном 11 и ободом 12. Обод 12 диска снабжен шестеренным зубчатым венцом 13, который установлен с зацеплением с зубчатым венцом 14 ответного рабочего колеса 4, выполненного аналогично. Диск 8 шестерни 7 наделен посадочным местом, в котором фиксированно установлен диск 15 крыльчатки 8. Диск 15 крыльчатки выполняют в виде соосного с валом насоса тела вращения с односторонним вогнутым сбегом 16 и радиусом внешнего периметра, меньшим внутреннего радиуса ножки зуба 17 шестеренного зубчатого венца на ширину кольцевой проточки 18 под буртик подпятника 19, незамкнуто окружающий в корпусе насоса диск 15 крыльчатки. Осевую ширину зубьев 17 шестеренного венца 13 выполняют односторонне превышающей осевую толщину полотна 11 диска 8 шестерни под ножками зубьев 17 венца на осевую высоту буртика подпятника 19.

Ступица 10 диска 8 шестерни выполнена с центральным посадочным отверстием 20, которым на части осевой длины конгруэнтно установлена на посадочное место соответствующего вала 5, 6. На другой части длины отверстие 20 ступицы 10 наделено внутренними шлицами 21 с параметрами (частотой и формой), обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента на соответствующий вал насоса в маслоагрегате.

За одно целое с диском 15 крыльчатки 8 откачивающего насоса 2 выполнены предвключенные лопатки 22, которые эквидистантно размещены на диске 15 с угловой частотой γ_л.о.н., определенной в диапазоне значений γ_л.о.н.=N_л/2π=(0,48÷1,12) [ед/рад], где N_л - количество лопаток крыльчатки.

Диск 15 крыльчатки 8 выполнен в виде тела вращения, соосного с валом насоса и односторонним вогнутым сбегом 16 к периферийному контуру диска 15, описанным условной оболочкой замкнутого по кольцу тороидального сегмента радиусом R_т.п.д.=(11,9÷16,8)10^-3 [м], где R_т.п.д. - радиус образующей тороидальной поверхности диска, совпадающий с радиусом поперечного (осевого) сечения условного тора и с геометрическим местом центров кривизны условной тороидальной оболочки, вынесенным в осевом направлении навстречу потоку за условную плоскость, нормальную к оси симметрии диска и в радиальном направлении, удаленном от оси диска 15 крыльчатки на величину, превышающую максимальный радиус проекции периферийного торца диска крыльчатки.

Осевые фронтально ориентированные навстречу потоку всасываемой среды консольные приконцевые участки предвключенных лопаток 22 крыльчатки 8 выполнены отогнутыми в сторону вращения рабочего колеса с переменным радиусом закрутки, уменьшающимся по ширине лопатки 22 к оси рабочего колеса с градиентом G_ΔR/Вл изменения радиуса приконцевого участка лопатки, считая от периферийного ребра 23 последней до внутреннего ребра 24, ближнего к оси 25 рабочего колеса, составляющем

G_ΔR/Вл=ΔR_з.л./В_л.=(R_з.л.max-R_з.л.min)/В_л.=(0,19÷0,28) [м/м],

где R_з.л.max - максимальный радиус закрутки приконцевого участка с периферийной стороны лопатки крыльчатки; R_з.л.min - минимальный радиус закрутки приконцевого участка с внутренней стороны лопатки крыльчатки; В_л - радиальная ширина осевого фронтально ориентированного навстречу потоку участка лопатки крыльчатки.

В способе работы откачивающего насоса 1 маслоагрегата двигателя вал 5, выполненный ведущим, сообщают по крутящему моменту через рессору редуктора привода с источником энергии - стартером и/или с валом РВД двигателя. Второй вал 6 выполнен ведомым. Установленное на ведомое валу 6 рабочее колесо 4 получает энергию вращения от ведущего рабочего колеса 3.

Каждое рабочее колесо 3, 4 откачивающего насоса 2 выполняет две функции:

- функцию получения и передачи крутящего момента на шестерню другого оппозитного рабочего колеса в откачивающем насосе 2 и через ведомый вал 6 маслоагрегата на ведущее рабочее колесо 26 нагнетательного насоса 27;

- функцию шестеренного звена рабочего органа объемного вытеснения перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов 13 и 14 шестерен рабочих колес 3 и 4 откачивающего насоса 1.

Пара рабочих колес 3, 4 работает как шестеренно-центробежный рабочий орган насоса, выполняющий центробежный подвод предвключенной крыльчаткой перекачиваемой среды, подаваемой из КДА по внутреннему подводящему каналу 28 в корпусе насоса 2, и объемное вытеснение перекачиваемой среды из межзубных впадин 29 взаимодействующих зубчатых венцов 13 и 14 ведущей и ведомой шестерен рабочих колес 3, 4.

Межзубные впадины 29 зубчатых венцов 13 и 14 шестерен рабочих колес 3, 4 насоса выполнены с угловой частотой γ_вп.о.н., определенной в диапазоне γ_вп.о.н.=N_вп/2π=(2,23÷3,18) [ед/рад], где N_вп - количество межзубных впадин.

Частота и конфигурация зубьев 17 и впадин 29 в зубчатом венце 13 и 14 соответственно рабочего колеса 3 и 4 и удаление оси от оси оппозитного рабочего колеса в шестеренно-центробежном органе насоса выполнены с возможностью обеспечения вытеснения перекачиваемой среды из каждой межзубной впадины 29 каждой из взаимодействующих шестерен в насосе 2. Вытеснение перекачиваемой среды из каждой межзубной впадины 29 шестерен производят в угловом секторе поворота зубчатых венцов 13 и 14, определяемом половиной угла, образованного радиусами шестерен от заходной точки взаимного пересечения условных цилиндрических поверхностей, описывающих вершины зубьев 17 указанных зубчатых венцов до выходной точки пересечения указанных условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестерен, составляющем угловой сектор α_в.о.н., определенный в диапазоне значений α_в.о.н.=(0,416÷0,485) [рад]. Угловой сектор последующего разряжения α_р.о.н. в освобождаемой от перекачиваемой среды впадине равен углу вытеснения α_р.о.н.=α_в.о.н..

При этом откачивающий насос 2 маслоагрегата 1 двигателя выполнен с возможностью откачивания отработанного масла из КДА описанным выше способом.

Работает откачивающий насос маслоагрегата ТРД следующим образом.

Откачивающий насос предназначен для возврата отработанного масла из масляной полости КДА в маслобак. При работе откачивающего насоса 2 крутящий момент от ведущего вала 5 через внутренние шлицы 21 ступицы 10 диска 8 рабочего колеса 3 поступает на ведущую шестерню 7 и далее на ответную ведомую шестерню 30 рабочего колеса 4, которая находится в постоянном зацеплении с ней. Получив таким образом крутящий момент от ведущего вала 5, ведомый вал 6 маслоагрегата передает крутящий момент на фиксированно посаженное на валу ведущее рабочее колесо 26 нагнетательного насоса 27.

Пара рабочих колес 3, 4 откачивающего насоса 2 работает как шестеренно-центробежный рабочий орган насоса, который осуществляет центробежный подвод предвключенной крыльчаткой перекачиваемой среды. При вращении крыльчаток рабочих колес 3, 4 подаваемая из масляной полости КДА по внутреннему подводящему каналу 28 насоса 2 перекачиваемая среда под действием развиваемого ими напора через межлопаточные каналы крыльчаток поступает в полость 31 разряжения насоса с последующим перемещением в полость 32 всасывания. После чего перекачиваемая среда поступает в межзубовые впадины 29 в шестернях 7 и 30, где происходит объемное вытеснение перекачиваемой среды из межзубных впадин 29 взаимодействующих зубчатых венцов 13 и 14 ведущей и ведомой шестерен рабочих колес 3, 4 и далее по масляной магистрали в маслобак. Вытеснение перекачиваемой среды из каждой межзубной впадины 29 шестерен производят в угловом секторе поворота зубчатых венцов 13 и 14, составляющем α_в.о.н.=0,44 [рад]. Угловой сектор последующего разряжения α_р.о.н. в освобождаемой от перекачиваемой среды впадине равен углу вытеснения α_р.о.н.=α_в.о.н..

Технический результат изобретения достигают совокупностью разработанных в группе изобретении конструктивных решений и геометрических параметров основных элементов откачивающего насоса, а именно радиальных параметров и геометрической конфигурации дисков шестерни с массивной ступицей и крыльчатки с односторонне вогнутым сбегом и конфигурацией лопаток, что приводит к снижению материалоемкости и повышению максимальных допустимых усилий в элементах рабочего колеса. Технический результат группы изобретений обеспечивают при насыщении крыльчатки каждого насоса количеством лопаток, располагаемых с угловой частотой, принимаемой из диапазона, найденного в изобретении. При уменьшении числа лопаток ниже нижнего предела заявленного диапазона резко снижается производительность насоса за счет уменьшения подачи перекачиваемой среды в шестеренный рабочий орган насоса. Увеличение числа лопаток в крыльчатке с превышением верхнего предела в указанном в формулу диапазоне приводит к неоправданному ухудшению КПД из-за избыточной турбулизации перекачиваемой среды и снижению эффективной производительности насоса. Предлагаемая в изобретении частота и конфигурация зубьев и впадин в зубчатом венце рабочих колес шестеренно-центробежного рабочего органа насоса маслоагрегата при минимальном взаимном удалении оси рабочего колеса от оси оппозитного в шестеренно-центробежном органе насоса, достаточном для максимального радиального вхождения зуба по впадину в положении совмещения радиусов вершины зуба и надира впадины с нормалью к линии центров рабочих колес, проведенной через среднюю точку указанной линии, обеспечивает оптимальное вытеснение перекачиваемой среды из каждой межзубной впадины каждой из взаимодействующих шестерен в насосе и повышает плавность работы и повышение ресурса насоса при одновременном снижении материалоемкости на единицу объема перекачиваемой среды и габаритов узлов маслоагрегата в целом.

Таким образом, за счет улучшенных гидродинамических характеристик откачивающего насоса достигают повышение КПД и надежность работы насоса и работы маслоагрегата в целом при одновременном снижении материалоемкости и энергозатрат.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Смонтированный в корпусе маслоагрегата откачивающий насос устанавливают на крышке КДА в зоне стока отработанного масла. Откачивающий насос содержит шестеренно-центробежный рабочий орган, который включает установленные на параллельных валах два рабочих колеса. Каждое рабочее колесо содержит шестерню, в диске которой фиксированно установлен диск крыльчатки. При работе маслоагрегата крутящий момент от стартера и/или вала РВД двигателя передают на ведущий вал откачивающего насоса. Установленное на валу рабочее колесо передает энергию вращения на находящееся в шестеренном зацеплении с ним ведомое рабочее колесо, установленное на втором ведомом валу откачивающего насоса, и далее через ведомый вал маслоагрегата на ведущее рабочее колесо нагнетательного насоса. Отработанное масло поступает в шестеренно-центробежный рабочий орган откачивающего насоса с центробежным подводом масла предвключенной крыльчаткой к зубчатым венцам шестерен и объемным вытеснением перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов шестерен рабочих колес. Вытеснение перекачиваемой среды из межзубной впадины каждой из взаимодействующих шестерен производят в угловом секторе поворота зубчатых венцов, определяемом половиной угла, образованного радиусами шестерен от заходной точки взаимного пересечения условных цилиндрических поверхностей, описывающих вершины зубьев зубчатых венцов, до выходной точки пересечения условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестерен, составляющем угловой сектор α_в.о.н.. Угловой сектор последующего разряжения α_р.о.н. в освобождаемой от перекачиваемой среды впадине равен углу вытеснения. Группа изобретений позволяет повысить кпд, ресурс и надежность работы откачивающего насоса маслоагрегата. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ работы откачивающего насоса маслоагрегата (МА) двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРД), имеющего валы ротора высокого давления (РВД) и ротора низкого давления (РНД) с опорами, коробку двигательных агрегатов (КДА) с насосом форсажным и выносную коробку самолетных агрегатов (ВКА), связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки, характеризующийся тем, что смонтированный в корпусе маслоагрегата откачивающий насос устанавливают на крышке КДА в нижней части последней в зоне стока отработанного масла, которое подают в шестеренно-центробежный рабочий орган насоса, содержащий два рабочих колеса, установленных на двух параллельных валах, один из которых, ведущий, сообщен по крутящему моменту через рессору редуктора привода с источником энергии - стартером и/или валом РВД двигателя, а второй выполнен ведомым и установленное на нем ведомое рабочее колесо получает энергию вращения от ведущего, для чего каждое из указанных колес выполнено включающим крыльчатку и шестерню с диском, имеющим односторонне развитую ступицу, полотно и обод с зубчатым венцом, установленным с зацеплением с зубчатым венцом ответного колеса и выполняющим в насосе две функции: функцию получения и передачи крутящего момента на обе шестерни откачивающего насоса, а также передачи крутящего момента через ведомый вал маслоагрегата на ведущее рабочее колесо нагнетательного насоса и функцию шестеренного звена рабочего органа объемного вытеснения перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов ведущей и ведомой шестерен, при этом диск каждой шестерни насоса наделен посадочным местом, в котором фиксированно установлен диск крыльчатки, причем диск крыльчатки выполняют в виде соосного с валом насоса тела вращения с односторонним вогнутым сбегом и радиусом внешнего периметра, меньшим внутреннего радиуса ножки зуба зубчатого венца на ширину кольцевой проточки под буртик подпятника, незамкнуто окружающий в корпусе насоса диск крыльчатки, а осевую ширину зубьев шестеренного венца выполняют односторонне превышающей осевую толщину полотна диска шестерни под ножками зубьев венца на осевую высоту указанного буртика, кроме того, ступица диска шестерни выполнена с центральным посадочным отверстием, которым на части осевой длины конгруэнтно установлена на посадочное место вала, и на другой части длины отверстие ступицы наделено внутренними шлицами с параметрами, обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента на соответствующий вал насоса в маслоагрегате, при этом за одно целое с диском крыльчатки выполнены предвключенные лопатки, которые эквидистантно размещены на диске с угловой частотой γ_л.о.н., определенной в диапазоне значений γ_л.о.н.=0,48÷1,12 [ед/рад], а пара рабочих колес работает как шестеренно-центробежный рабочий орган насоса, выполняющий центробежный подвод предвключенной крыльчаткой перекачиваемой среды, подаваемой из КДА по внутреннему подводящему каналу в корпусе насоса и объемное вытеснение указанной среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов шестерен, причем вытеснение перекачиваемой среды из межзубной впадины каждой из взаимодействующих шестерен производят в угловом секторе поворота зубчатых венцов, определяемом половиной угла, образованного радиусами шестерен от заходной точки взаимного пересечения условных цилиндрических поверхностей, описывающих вершины зубьев указанных зубчатых венцов, до выходной точки пересечения указанных условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестерен, составляющем угловой сектор α_в.о.н., определенный в диапазоне значений α_в.о.н.=0,416÷0,485 [рад], а угловой сектор последующего разряжения α_р.о.н. в освобождаемой от перекачиваемой среды впадине равен углу вытеснения α_р.о.н.=α_в.о.н..

2. Способ работы откачивающего насоса по п. 1, отличающийся тем, что межзубные впадины зубчатых венцов шестерен рабочих колес насоса выполняют с угловой частотой γ_вп.о.н., определенной в диапазоне γ_вп.о.н.=2,23÷3,18 [ед/рад].

3. Способ работы откачивающего насоса по п. 1, отличающийся тем, что осевые фронтально ориентированные навстречу потоку всасываемой среды консольные приконцевые участки предвключенных лопаток крыльчатки выполняют отогнутыми в сторону вращения рабочего колеса с переменным радиусом закрутки, уменьшающимся по ширине лопатки к оси рабочего колеса с градиентом G_ΔR/Вл изменения радиуса приконцевого участка лопатки, считая от периферийного ребра последней до ребра, ближнего к оси рабочего колеса, составляющим

G_ΔR/Вл=ΔR_з.л./В_л.=(R_з.л.max-R_з.л.min)/В_л.=0,19÷0,28 [м/м],

где R_з.л.max ^_ максимальный радиус закрутки приконцевого участка с периферийной стороны лопатки крыльчатки; R_з.л.min - минимальный радиус закрутки приконцевого участка с внутренней стороны лопатки крыльчатки; В_л. - радиальная ширина осевого фронтально ориентированного навстречу потоку участка лопатки крыльчатки.

4. Откачивающий насос маслоагрегата двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего валы РВД и РНД с опорами, КДА с насосом форсажным и ВКА, связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью откачивания отработанного масла из масляной полости КДА в маслобак способом по любому из пп. 1-3.

5. Рабочее колесо откачивающего насоса маслоагрегата двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя, имеющего валы РВД и РНД с опорами, КДА с насосом форсажным и ВКА, связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки, при этом откачивающий насос содержит шестеренно-центробежный рабочий орган, включающий два рабочих колеса, установленных на двух параллельных валах, характеризующееся тем, что каждое рабочее колесо ведущее и/или ведомое выполнено содержащим шестерню с диском, имеющим односторонне развитую ступицу, полотно и обод с зубчатым венцом, выполняющим в насосе две функции: функцию получения и передачи крутящего момента на шестерню другого рабочего колеса насоса и через ведомый вал маслоагрегата - на ведущее рабочее колесо нагнетательного насоса и функцию шестеренного звена рабочего органа объемного вытеснения перекачиваемой среды, подаваемой по внутреннему подводящему каналу в корпусе насоса, а для центробежного подвода масла к зубчатым венцам шестерни рабочее колесо содержит крыльчатку, имеющую диск и предвключенные лопатки, выполненные за одно целое с диском крыльчатки и эквидистантно размещенные на диске с угловой частотой γ_л.о.н., определенной в диапазоне значений γ_л.о.н.=0,48÷1,12 [ед/рад], при этом оси рабочих колес расположены на расстоянии, обеспечивающем объемное вытеснение перекачиваемой среды из межзубных впадин зубчатого венца шестерни рабочего колеса как ведущего, так и ведомого, причем диск шестерни рабочего колеса наделен посадочным местом, в котором фиксированно установлен диск крыльчатки с внешним радиусом, меньшим внутреннего радиуса ножки зуба зубчатого венца на ширину кольцевой проточки под буртик подпятника, незамкнуто окружающий в корпусе насоса диск крыльчатки, при этом осевая ширина зубьев шестеренного венца выполнена односторонне превышающей осевую толщину полотна диска шестерни под ножками зубьев венца на осевую высоту указанного буртика, а диск крыльчатки выполнен в виде соосного с валом насоса тела вращения с односторонним вогнутым сбегом к периферии диска, кроме того, ступица диска шестерни рабочего колеса выполнена с центральным посадочным отверстием на части осевой длины, конгруэнтным посадочному месту вала, а на другой части длины ступица наделена внутренними шлицами с параметрами, обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента на соответствующий вал маслоагрегата, причем частота и конфигурация зубьев и впадин в зубчатом венце рабочего колеса и упомянутое удаление оси от оси оппозитного рабочего колеса в шестеренно-центробежном органе выполнены с возможностью обеспечения вытеснения перекачиваемой среды из каждой межзубной впадины в угловом секторе поворота зубчатых венцов, определяемом половиной угла, образованного радиусами шестерен рассматриваемого и оппозитного ему рабочего колеса от заходной точки взаимного пересечения условных цилиндрических поверхностей, описывающих вершины зубьев указанных зубчатых венцов, до выходной точки пересечения указанных условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестерен, составляющем угловой сектор α_в.о.н., определенный в диапазоне значений α_в.о.н.=0,416÷0,485 [рад], а угловой сектор последующего разряжения α_р.о.н. в освобождаемой от перекачиваемой среды впадине равен углу вытеснения α_р.о.н.=α_в.о.н..

6. Рабочее колесо откачивающего насоса по п. 5, отличающееся тем, что межзубные впадины зубчатых венцов шестерен рабочих колес насоса выполнены с угловой частотой γ_вп.о.н., определенной в диапазоне γ_вп.о.н.=2,23÷3,18 [ед/рад].

7. Рабочее колесо откачивающего насоса по п. 5, отличающееся тем, что диск крыльчатки выполнен в виде тела вращения, соосного с валом насоса и односторонним вогнутым сбегом к периферийному контуру диска, описанным условной оболочкой замкнутого по кольцу тороидального сегмента радиусом R_т.п.д.=(11,9÷16,8)10^-3 [м], где R_т.п.д. - радиус образующей тороидальной поверхности диска, совпадающий с радиусом поперечного (осевого) сечения условного тора, и с геометрическим местом центров кривизны условной тороидальной оболочки, вынесенным в осевом направлении навстречу потоку за условную плоскость, нормальную к оси симметрии диска, и в радиальном направлении, удаленном от оси диска крыльчатки на величину, превышающую максимальный радиус проекции периферийного торца диска крыльчатки.

8. Рабочее колесо откачивающего насоса по п. 5, отличающееся тем, что осевые фронтально ориентированные навстречу потоку всасываемой среды консольные приконцевые участки предвключенных лопаток крыльчатки выполнены отогнутыми в сторону вращения рабочего колеса с переменным радиусом закрутки, уменьшающимся по ширине лопатки к оси рабочего колеса с градиентом G_ΔR/Вл изменения радиуса приконцевого участка лопатки, считая от периферийного ребра последней до внутреннего ребра, ближнего к оси рабочего колеса, составляющим

G_ΔR/Вл=ΔR_з.л./В_л.=(R_з.л.max-R_з.л.min)/В_л.=0,19÷0,28 [м/м],

где R_з.л.max - максимальный радиус закрутки приконцевого участка с периферийной стороны лопатки крыльчатки; R_з.л.min - минимальный радиус закрутки приконцевого участка с внутренней стороны лопатки крыльчатки; В_л. - радиальная ширина осевого фронтально ориентированного навстречу потоку участка лопатки крыльчатки.