Способ работы нагнетающего насоса маслоагрегата газотурбинного двигателя (ГТД) и нагнетающий насос маслоагрегата ГТД, работающий этим способом, шестерённое колесо нагнетающего насоса маслоагрегата ГТД, блок подпятников нагнетающего насоса маслоагрегата ГТД Российский патент 2018 года по МПК B01J3/00 F04D13/12 

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения, а именно, к конструкциям и способам работы нагнетающих насосов в составе маслоагрегата системы смазки нагруженных узлов газотурбинных двигателей авиационного типа, используемых в нефтегазовой и энергетической промышленности.

Из существующего уровня техники известен способ работы шестеренного насоса, содержащего несколько совместно установленных в едином корпусе маслоагрегата параллельно работающих секций, состоящих из пары находящихся в зацеплении шестерен, установленных на двух общих валах, один из которых ведущий (М.М. Бич, Е.В. Вейнберг, Д.Н. Сурнов. Смазка авиационных газотурбинных двигателей. Москва, Машиностроение, 1979 г., с. 97, рис. 4.51).

Известен способ работы шестеренного насоса, включающий блок подпятников, прижатых к торцевых поверхностям шестерен. Подпятники выполнены каждый в виде в виде дисков, наделенных входными и выходными каналами (М.Т. Башта. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. Москва, Машиностроение, 1974 г., рис. 128).

Известен способ работы шестеренного насоса с торцовым входом, содержащий корпус, размещенные в нем шестерни, одна из которых соединена с соосным ей приводным валом, индивидуальные каналы подвода рабочей жидкости к шестерням и магистрали для соединения этих каналов с межзубовыми впадинами шестерен. Магистрали для соединения каналов подвода рабочей жидкости с межзубовыми впадинами шестерен выполнены внутри подпятников, установленных по обеим сторонам шестерен. Одна из пар подпятников подпружинена в сторону шестерен (RU 2456476 С1, опубл. 20.07.2012).

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

Задача, решаемая группой изобретений, заключается в улучшении гидродинамических и энергетических характеристик нагнетающего насоса маслоагрегата стационарного газотурбинного двигателя авиационного типа в составе газоперекачивающих агрегатов для транспортировки газа или газотурбинной электростанции, повышении КПД, надежности и долговечности работы насоса при снижении материала- и трудоемкости изготовления и энергозатрат на работу маслоагрегата, связанную доставкой очищенного и охлажденного масла в узлы смазки нагруженных узлов двигателя и шестерен КПА.

Поставленная задача решается тем, что в способе работы нагнетающего насоса маслоагрегата двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя (ГТД) газотурбинной установки (ГТУ) газоперекачивающего агрегата (ГПА), имеющего валы ротора высокого давления (РВД) и ротора низкого давления (РНД) с опорами, коробку приводов агрегатов (КПА), маслоагрегат, связанный магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки маслосистемы двигателя, согласно изобретению, нагнетающий насос монтируют в корпусе МА, который устанавливают на крышке КПА и соединяют с маслобаком подводящей магистралью, по которой под минимальным давлением подают через фильтр грубой очистки масло в НН, откуда под рабочим давлением через фильтр тонкой очистки по подающей магистрали направляют к нагруженным узлам двигателя для смазки и охлаждения, при этом масло с повышением давления до требуемого уровня пропускают через рабочий орган НН, который выполнен содержащим два шестеренных рабочих колеса, которые устанавливают на двух параллельных валах, наделяя каждое с торцов фронтальным и тыльным съемными подпятниками, формирующих совместно с соответствующими шестеренными колесами последовательные участки масляного тракта рабочего органа НН, причем один из указанных валов выполняют ведущим и сообщают по крутящему моменту через рессору редуктора привода с источником энергии - стартером и/или валом РВД двигателя, а второй выполняют ведомым, на котором устанавливают ведомое рабочее колесо НН, причем каждое из шестеренных колес выполняют имеющим зубчатый венец и диск с ободом, полотном и ступицей, а оба подпятника каждого из шестеренных колес выполняют в виде дисков, зеркально симметричных относительно условной плоскости симметрии, нормальной к плоскости, соединяющей оси указанных валов, и наделяют входными и выходными каналами масляного тракта нагнетающего насоса, причем ступицу каждого шестеренных колес наделяют центральным осевым посадочным отверстием, снабженным на части осевой длины внутренними шлицами, обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента от соответствующего вала насоса и выполненными с угловой частотой γ_шл., определенной в диапазоне значений γ_шл.=(3,50÷4,14) [ед/рад], при этом расстояние между валами НН принимают необходимым и достаточным для обеспечения возможности максимального взаимного зацепления зубьев зубчатых венцов ведущего и ведомого шестеренных колес, выполненных с угловой частотой зубьев γ_з, определенной в диапазоне значений γ_з=(1,27÷2,23) [ед/рад], причем вытеснение перекачиваемой среды из межзубной впадины каждой из взаимодействующих шестеренных колес производят в угловом секторе поворота зубчатых венцов колес, определяемом половиной центрального угла, образованного точками пересечения условных цилиндрических поверхностей, соосных с осями соответствующих колес, описывающих вершины зубьев зубчатых венцов от заходной до выходной точки пересечения указанных условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестеренных колес, составляющего α_в.о.н., определенный в диапазоне значений α_в.о.н.=(0,42÷0,58) [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 шестеренные колеса НН могут выполнять в насосе две функции: функцию передачи от источника энергии - стартера или РВД крутящего момента на шестеренные колеса откачивающего насоса, и функцию шестеренного звена объемного вытеснения перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов ведущего и ведомого колес нагнетающего насоса, причем пара колес работает как шестеренный рабочий орган НН, снабжаемый перекачиваемой средой, поступающей через входное отверстие в верхнем корпусе маслоагрегата и далее по внутренним каналам с последующим объемным вытеснением перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов шестеренных колес через выходной канал в верхнем корпусе маслоагрегата в систему подачи масла.

Входной канал масляного тракта в подпятниках ведущего и ведомого колес НН могут выполнять в виде сквозного радиально-дугового проема, ограниченного в угловом секторе β_вх, определенном в диапазоне значений β_вх=(2,27÷3,19) [рад], а выходной канал масляного тракта в указанных подпятниках образован несквозным в осевом направлении проемом, ограниченным в угловом секторе β_вых, определенном в диапазоне значений β_вых=(1,01÷1,43) [рад], при этом фронтальные и тыльные подпятники ведущего и ведомого колес НН в зоне примыкания к ответным подпятникам наделяют лыской в виде сегментного среза с радиальной высотой на половину высоты взаимодействующих зубьев зубчатых венцов шестеренных рабочих колес.

Осевую ширину зубьев зубчатых венцов могут принимать одинаковой для каждого венца шестеренных колес рабочего органа НН, составляющей не менее ширины обода указанных шестеренных рабочих колес.

Центральное отверстие ступицы шестеренного колеса на части осевой длины, свободной от шлицов, могут выполнять с диаметром, превышающем диаметр шлицевого участка в свету на величину, достаточную для образования посадочного места для конгруэнтной посадки на соответствующий вал насоса.

Фронтальные подпятники шестеренных колес могут устанавливать в среднем корпусе маслоагрегата и фиксировать от проворота не менее чем одним общим штифтом.

Тыльные подпятники шестеренных колес могут устанавливать в верхнем корпусе маслоагрегата и фиксировать от проворота не менее чем одним общим штифтом.

Поставленная задача в части нагнетающего насоса решается тем, что нагнетающего насоса маслоагрегата двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя ГТУ ГПА, имеющего валы РВД и РНД с опорами и КПА, связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки, согласно изобретению, выполнен с возможностью нагнетания очищенного и охлажденного масла к опорам РВД и РНД, нагруженным шестерням КПА описанным выше способом.

Поставленная задача шестеренного рабочего колеса нагнетающего насоса маслоагрегата двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя ГТУ ГПА решается тем, что, согласно изобретению, рабочее колесо выполняет в насосе функцию шестеренного звена рабочего органа и содержит зубчатый венец с диском, имеющем обод, полотно и ступицу, совмещенную с полотном диска, при этом зубчатый венец выполнен с прямыми зубьями с эвольвентной конфигурацией боковых стенок и размещенными на ободе диска колеса с угловой частотой зубьев γ_з, определенной в диапазоне значений γ_з=(1,27÷2,23) [ед/рад], причем осевая ширина зубьев принята практически совпадающей с осевой шириной обода, при этом ступицу шестеренного колеса наделяют центральными осевыми посадочным отверстием, снабженным на части осевой длины внутренними шлицами, обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента от соответствующего вала насоса и выполненными с угловой частотой γ_шл., определенной в диапазоне значений γ_шл.=(3,50÷4,14) [ед/рад], а другую часть осевой длины ступицы выполняют свободной от шлицов, необходимой и достаточной для конгруэнтного заведения на посадочное место вала маслоагрегата в зоне расположения шестеренного рабочего органа насоса в проставке между средним и верхним корпусами маслоагрегата, а также с возможностью устойчивого рабочего вращения с фиксацией подпятниками от осевых смещений, причем объем ΔV_вп.нн вытеснения перекачиваемой среды из межзубной впадины, ограниченной в зубчатом венце шестеренного колеса смежными боковыми стенками смежных зубьев, дном межзубной впадины и с внешней стороны условной цилиндрической поверхностью, описанной по вершинам зубьев венца шестерни, составляет ψ-тую часть от суммарного объема полного количества межзубных впадин зубчатого венца шестеренного колеса Ψ=ΔV_вп.нн/ΣΔ_нн=(7,93÷14,12)⋅10^-2 [ед].

При этом шестеренное рабочее колесо нагнетающего насоса маслоагрегата может быть выполнено в качестве ведущего рабочего колеса нагнетающего насоса.

Шестеренное рабочее колесо нагнетающего насоса маслоагрегата может быть выполнено в качестве ведомого рабочего колеса нагнетающего насоса.

Поставленная задача в части блока подпятников нагнетающего насоса решается тем, что блок подпятников нагнетающего насоса маслоагрегата двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя ГТУ ГПА, имеющего КПА и маслосистему, включающую магистрали подачи очищенного и охлажденного масла к нагруженным узлам двигателя и откачки отработанного масла в маслобак с фильтром тонкой очистки, согласно изобретению, включает четыре подпятника, размещенные попарно в среднем и верхнем корпусе маслоагрегата, состоящие из осевых дисков, формирующих совместно с соответствующими шестеренными колесами последовательные участки масляного тракта рабочего органа НН, при этом подпятники выполнены конструктивно и гидродинамически адаптированными под рабочие параметры зубьев и межзубных впадин зубчатых венцов ведущего и ведомого шестеренных колес рабочего органа насоса, одновременно экспонируемых потоку перекачиваемой среды, включая охват полной высоты и необходимого количества подвергаемых одномоментному заполнению межзубных впадин взаимодействующих шестеренных колес, причем каждый подпятник имеет форму диска, усеченного на высоту сегмента, обеспечивающую примыкание дисков подпятников по лыскам сегментов в сборе в среднем и верхнем корпусе маслоагрегата, выполненных по совпадающей касательной к делительной окружности зубьев зубчатых венцов шестеренных колес рабочего органа насоса, что соответствует радиусу хорды сегмента до половины высоты зуба зубчатого венца каждого из взаимодействующих шестеренных колес и угловому сектору хорды сегмента ξ определенному в диапазоне ξ=(1,10÷1,55) [рад]; причем диск каждого подпятника выполнен с центральным отверстием, конгруэнтным диаметру соответствующего вала НН маслоагрегата, входной канал масляного тракта в подпятниках шестеренных колес выполнен в виде сквозного радиально-дугового проема, ограниченного в угловом секторе β_вх, определенном в диапазоне значений β_вх=(2,27÷3,19) [рад], а выходной канал образован несквозным в осевом направлении проемами, ограниченными в угловом секторе β_вых, определенными в диапазоне значений β_вых=(1,01÷1,43) [рад], кроме того диск каждого подпятника имеет дуговую площадку удержания и переноса откачиваемой среды в межзубных впадинах венца шестеренного колеса, определенную в угловом диапазоне от границы канала заполнения впадин до начала зоны выдавливания откачиваемой среды, определенный в угловом диапазоне ϕ=(1,54÷2,16) [рад].

Технический результат, достигаемый группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в разработке способа работы нагнетающего насоса маслоагрегата на всех режимах работы двигателя с улучшенными конструктивными и эксплуатационными характеристиками шестеренных рабочих колес, перекрытых с торцов фронтальными и тыльными подпятниками для ограждения зубчатых венцов колес, наделенных входным и выходным каналами, и формирующих совместно с соответствующим шестеренным колесом последовательные участки масляного тракта рабочего органа насоса, обеспечивая тем самым повышение КПД, ресурса и надежности работы нагнетающего насоса и маслоагрегата двигателя в целом в составе газоперекачивающих агрегатов для транспортировки газа или газотурбинной электростанции.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен маслоагрегат, продольный разрез;

на фиг. 2 - вид по А на фиг. 1;

на фиг. 3 - фронтальные подпятники взаимодействующих ведущего и ведомого шестеренных колес нагнетающего насоса, вид сверху;

на фиг. 4 - шестеренное колесо нагнетающего насоса, поперечный разрез.

Газотурбинный двигатель ГТУ ГПА выполнен двухвальным двухконтурным. ГТД включает валы РВД и РНД с опорами, коробку приводов агрегатов (КПА) и маслоагрегат. Маслоагрегат (фиг. 1) установлен на крышке КПА, включает нагнетающий насос 1, связанный магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки маслосистемы двигателя. Нагнетающий насос НН-1 смонтирован в корпусе маслоагрегата.

В способе работы нагнетающего насоса маслоагрегата масло из маслобака по подводящей магистрали под минимальным давлением подают через фильтр грубой очистки в НН-1. Масло с повышением давления до требуемого уровня пропускают через рабочий орган НН-1 и далее под рабочим давлением через фильтр тонкой очистки по подающей магистрали направляют к нагруженным узлам двигателя для смазки и охлаждения.

Рабочий орган НН-1 содержит два шестеренных рабочих колеса - ведущее колесо 2 и ведомое колесо 3, которые устанавливают на двух параллельных валах 4 и 5 соответственно. Вал 4 выполняют ведущим и сообщают по крутящему моменту через рессору редуктора привода с источником энергии - стартером и/или валом РВД двигателя. Вал 5 выполняют ведомым, на котором устанавливают ведомое рабочее колесо 3 НН, передающее энергию вращения ведущему рабочему колесу 6 откачивающего насоса 7. Шестеренные колеса 2 и 3 наделяют каждое с торцов фронтальными подпятниками 8 и 9 и тыльными подпятниками 10 и 11, формирующих совместно с соответствующими шестеренными колесами последовательные участки масляного тракта рабочего органа НН. Фронтальные и тыльные подпятники 8, 10 и 9, 11 наделяют входными и выходными каналами масляного тракта нагнетающего насоса (фиг. 3).

Каждое из шестеренных колес 2 и 3 (фиг. 4) выполняют имеющим диск 12 с ободом 13, полотном и ступицей 14, совмещенной с полотном диска, а также зубчатый венец. Зубчатый венец каждого из шестеренных колес 2 и 3 выполнен с прямыми зубьями 15 с эвольвентной конфигурацией боковых стенок и размещенными на ободе 13 диска колеса с угловой частотой зубьев γ_з, определенной в диапазоне значений γ_з=N_з/2π=(1,27÷2,23) [ед/рад], где N_з -число зубьев в зубчатом венце шестеренного колеса. Осевая ширина зубьев 15 принята практически совпадающей с осевой шириной обода 13 диска колеса. Расстояние между валами 4 и 5 НН принимают необходимым и достаточным для обеспечения возможности максимального взаимного зацепления зубьев 15 зубчатых венцов ведущего и ведомого шестеренных колес 2 и 3. Ступицу 14 каждого шестеренного колеса 2, 3 наделяют центральными осевыми посадочным отверстием 16, снабженным на части осевой длины внутренними шлицами 17, обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента от соответствующего вала насоса и выполненными с угловой частотой γ_ш.к., определенной в диапазоне значений γ_шл.=N_шл./2π=(3,50÷4,14) [ед/рад], где N_шл. - число шлицов в ступице шестеренного колеса. Другую часть осевой длины ступицы 14 выполняют свободной от шлицов, необходимой и достаточной для конгруэнтного заведения на посадочное место вала 4, 5 маслоагрегата в зоне расположения шестеренного рабочего органа НН в проставке 18 между средним и верхним корпусами 19 и 20 маслоагрегата, а также с возможностью устойчивого рабочего вращения с фиксацией подпятниками 8, 10 и 9, 11 от осевых смещений.

Вытеснение перекачиваемой среды из межзубной впадины каждой из взаимодействующих шестеренных колес производят в угловом секторе поворота зубчатых венцов колес 2, 3, определяемом половиной центрального угла, образованного точками пересечения условных цилиндрических поверхностей, соосных с осями соответствующих колес, описывающих вершины зубьев 15 зубчатых венцов от заходной до выходной точки пересечения указанных условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестеренных колес 2, 3, составляющего α_в.о.н., определенный в диапазоне значений α_в.о.н.=(0,42÷0,58) [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.;

Объем ΔV_вп.нн вытеснения перекачиваемой среды из межзубной впадины, ограниченной в зубчатом венце шестеренного колеса 2, 3 смежными боковыми стенками смежных зубьев 15, дном межзубной впадины и с внешней стороны условной цилиндрической поверхностью, описанной по вершинам зубьев 15 венца шестерни, составляет ψ-тую часть от суммарного объема полного количества межзубных впадин зубчатого венца шестеренного колеса Ψ=ΔV_вп.нн/ΣΔV_нн=(7,93÷14,12)⋅10^-2 [ед].

Подпятники 8, 10 и 9, 11 ведущего и ведомого шестеренных колес 2 и 3 выполняют в виде дисков 21, зеркально симметричных относительно условной плоскости симметрии, нормальной к плоскости, соединяющей оси валов 4, 5. Фронтальные подпятники 8, 10 шестеренных колес НН устанавливают в среднем корпусе 19 маслоагрегата, тыльные подпятники 9, 11 - в верхнем корпусе 20. Подпятники 8, 10 и 9, 11 выполняют конструктивно и гидродинамически адаптированными под рабочие параметры зубьев 15 и межзубных впадин зубчатых венцов ведущего и ведомого шестеренных колес 2, 3 рабочего органа насоса, одновременно экспонируемых потоку перекачиваемой среды, включая охват полной высоты и необходимого количества подвергаемых одномоментному заполнению межзубных впадин взаимодействующих шестеренных колес.

Каждый подпятник 8, 10 и 9, 11 (фиг. 3) имеет форму диска 21, усеченного на высоту сегмента, обеспечивающую примыкание дисков подпятников по лыскам 22 сегментов в сборе в среднем и верхнем корпусе 19 и 20 маслоагрегата, выполненных по совпадающей касательной к делительной окружности зубьев 15 зубчатых венцов шестеренных колес 2, 3 рабочего органа насоса, что соответствует радиусу хорды сегмента до половины высоты зуба 15 зубчатого венца каждого из взаимодействующих шестеренных колес и угловому сектору хорды сегмента ξ определенному в диапазоне ξ=(1,10÷1,55) [рад]. Диск 21 каждого подпятника 8, 10 и 9, 11 выполняют с центральным отверстием 23, конгруэнтным диаметру соответствующего вала 4, 5 нагнетающего насоса маслоагрегата. Входной канал 24 масляного тракта в подпятниках 8, 10 и 9, 11 ведущего и ведомого колес выполняют в виде сквозного радиально-дугового проема, ограниченного в угловом секторе β_вх, определенном в диапазоне значений β_вх=(2,27÷3,19) [рад]. Выходной канал 25 масляного тракта в указанных подпятниках 8, 10 и 9, 11 образован несквозным в осевом направлении проемом, ограниченным в угловом секторе β_вых, определенном в диапазоне значений β_вых=(1,01÷1,43) [рад]. Диск 21 каждого подпятника 8, 10 и 9, 11 имеет дуговую площадку удержания и переноса откачиваемой среды в межзубных впадинах венца шестеренного колеса, определенную в угловом диапазоне от границы канала заполнения впадин до начала зоны выдавливания откачиваемой среды, определенный в угловом диапазоне ϕ=(1,54÷2,16) [рад]. Фронтальные подпятники 8, 10 ведущего и ведомого колес 2, 3 фиксируют от проворота (смещения) не менее чем одним общим штифтом 26. Тыльные подпятники 9, 11 фиксируют от проворота не менее чем одним общим штифтом 27.

В способе работы нагнетающего насоса маслоагрегата шестеренные колеса 2, 3 выполняют в насосе две функции: функцию передачи от источника энергии - стартера или РВД крутящего момента на шестеренные колеса откачивающего насоса 7, и функцию шестеренного звена объемного вытеснения перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов ведущего и ведомого колес 2, 3 нагнетающего насоса. Пара колес 2, 3 работает как шестеренный рабочий орган НН, снабжаемый перекачиваемой средой, поступающей через входное отверстие 28 в верхнем корпусе 20 маслоагрегата и далее по внутренним каналам с последующим объемным вытеснением перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов шестеренных колес через выходной канал 29 в верхнем корпусе 20 маслоагрегата в систему подачи масла к нагруженным узлам двигателя для смазки и охлаждения.

Нагнетающий насос маслоагрегата двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя ГТУ ГПА, имеющего валы РВД и РНД с опорами и КПА, связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки выполнен с возможностью нагнетания очищенного и охлажденного масла к опорам РВД и РНД, нагруженным шестерням КПА двигательных агрегатов описанным выше способом.

Работает нагнетающий насос следующим образом.

Нагнетающий насос 1 забирает масло из маслобака через фильтр грубой очистки в шестеренный рабочий орган насоса, откуда под рабочим давлением через фильтр тонкой очистки по подающей магистрали направляют к нагруженным узлам двигателя для смазки и охлаждения.

Процесс забора масла из маслобака осуществляют через ведущий вал 4 маслоагрегата, подавая на ведущее и ведомое шестеренные колеса 2 и 3 рабочего органа насоса крутящий момент от источника энергии - стартера или РВД. Шестеренные колеса 2, 3 снабжены с торцов фронтальными и тыльными подпятниками 8, 10 и 9, 11, обеспечивающими торцевое ограждение зубчатых венцов колес рабочего органа. Масло поступает из маслобака в рабочий орган НН через входное отверстие 28 в полость 30 верхнего корпуса 20 маслоагрегата и полость 31 среднего корпуса 19 под минимально необходимым избыточным давлением. По внутреннему каналу через входные каналы 24 фронтальных и тыльных подпятников 8, 10 и 9, 11 масло поступает в межзубные впадины зубчатых венцов колес 2, 3. При прохождении вращающимися колесами 2, 3 зоны всасывания масла, через входные каналы 24 подпятников 8, 10 и 9, 11 происходит наполнение маслом межзубных впадин зубчатых венцов указанных колес и последующее удержание откачиваемого масла в межзубных впадинах в процессе переноса масла в зону выдавливания в рабочем органе насоса. После чего производят объемное вытеснение масла из каждой межзубной впадины взаимодействующих зубчатых венцов шестеренных колес 4, 5, осуществляемое в угловом секторе поворота зубчатых венцов, составляющем α_в.о.н.=0,49 [рад]. А освобождаемые межзубные впадины зубчатых венцов при продолжении поворота колес попадают в зону последующего разряжения в угловом секторе α_р.о.н., который в освобожденной от перекачиваемой среды в межзубной впадине равен углу вытеснения α_р.о.н.=α_в.о.н., и повторяется процесс заполнения межзубных впадин новыми порциями откачиваемого масла. Откачанное масло, получившее при вытеснении из межзубных впадин зубчатых венцов колес 2, 3 более высокое давление, через выходные каналы 25 подпятников 8, 10 и 9, 11 и выходной канал 29 в среднем корпусе 19 маслоагрегата по откачивающей магистрали подают в систему подачи масла к нагруженным узлам двигателя для смазки и охлаждения, в том числе к опорам РВД и РНД и нагруженным шестерням КПА двигателя.

Указанный технический результат достигается при выполнении входных и выходных каналов подпятников и каналов экспонирования взаимодействующих зубчатых венцов шестеренных колес, как в режиме выдавливания перекачиваемой среды, так и в режиме последующего разрежения в межзубных впадинах при последующем выходе из них зубьев оппозитных зубчатых венцов с заявленными угловыми параметрами α_вон, α_рон, β_вх, β_вых, ϕ, ξ и с частотными параметрами γ_з шестеренных колес рабочего органа насоса, принимаемых в пределах найденных в изобретении диапазонов значений. Выход принимаемых значений параметров элементов рабочего органа насоса за пределы найденных в группе изобретений в ту или иную сторону приводит к резкому ухудшению одной или группы составляющих совокупный технический результат, включая резкое снижение КПД, ресурса, энергоемкости на единицу откачиваемой среды, материало- и трудоемкости изготовления откачивающего насоса и маслоагрегата в целом. Так уменьшение значения угла β_вх ниже нижнего предела найденного в группе изобретений диапазона приведет при прочих равных условиях к уменьшению объема наполнения межзубных впадин и как следствие к снижению производительности и КПД при сопоставимых с требуемыми в изобретении скоростями вращения рабочих колес и необходимых для этого энергозатрат, либо потребует повышенных затрат энергии, износа рабочих органов и приведет к снижению ресурса ОН и маслоагрегата. Увеличение принимаемого угла β_вх свыше верхнего предела найденного в группе изобретений оптимального диапазона значений заведомо приведет к снижению производительности по количеству нагнетаемой среды к нагруженным узлам двигателя, к неоправданному увеличению эксплуатационной энергоемкости и снижению ресурса насоса и маслоагрегата в целом. Аналогично выход за границы найденных диапазонов значений других упомянутых в связанной единым творческим замыслом группе изобретений угловых и частотных параметров узлов, элементов и деталей нагнетающего насоса приведет к резкой разбалансировке конструктивного решения и работы, найденной взаимно согласованной конструктивной композиции.

Предлагаемая в изобретении частота и конфигурация зубьев 15 и впадин в зубчатых венцах рабочих колес 2, 3 и взаимное удаление осей ведущего и ведомого колес 2, 3 в шестеренном рабочем органе насоса обеспечивает оптимальное вытеснение перекачиваемой среды из каждой межзубной впадины взаимодействующих шестеренных колес в НН-1 и повышает плавность работы и увеличение ресурса насоса при одновременном снижении материалоемкости и габаритов узлов маслоагрегата в целом.

Группа изобретений относится к области авиадвигателестроения. Нагнетающий насос содержит шестеренный рабочий орган, который включает установленные на параллельных валах два колеса, наделяя каждое с торцов подпятниками. Ведущий вал сообщен по крутящему моменту через рессору редуктора привода с источником энергии. Фронтальные подпятники устанавливают в среднем корпусе, а тыльные - в верхнем корпусе маслоагрегата. Подпятники наделяют каждый входным и выходным каналами, формирующими совместно шестеренными колесами последовательные участки масляного тракта насоса. Расстояние между валами принимают необходимым и достаточным для обеспечения максимального взаимного зацепления зубьев шестеренных колес. В способе работы нагнетающего насоса последний соединяют с маслобаком подводящей магистралью, по которой под минимальным давлением подают через фильтр грубой очистки масло в шестеренный рабочий орган насоса. Масло с повышением давления до требуемого уровня пропускают через рабочий орган насоса, откуда под рабочим давлением через фильтр тонкой очистки по подающей магистрали направляют к нагруженным узлам двигателя для смазки и охлаждения. Подпятники выполнены конструктивно и гидродинамически адаптированными под рабочие параметры зубьев и межзубных впадин зубчатых венцов шестеренных колес. Вытеснение перекачиваемой среды из межзубной впадины каждой из взаимодействующих шестеренных колес производят в угловом секторе поворота зубчатых венцов колес, определяемом половиной центрального угла, образованного точками пересечения условных цилиндрических поверхностей, соосных с осями соответствующих колес, описывающих вершины зубьев зубчатых венцов от заходной до выходной точки пересечения указанных условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестеренных колес, составляющего α_в.о.н. Угловой сектор последующего разрежения α_р.о.н в освобождаемой от перекачиваемой среды впадине равен углу вытеснения α_р.о.н=α_в.о.н. Технический результат группы изобретений состоит в повышении КПД, ресурса и надежности работы нагнетающего насоса маслоагрегата. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ работы нагнетающего насоса (НН) маслоагрегата (МА) двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя (ГТД) газотурбинной установки (ГТУ) газоперекачивающего агрегата (ГПА), имеющего валы ротора высокого давления (РВД) и ротора низкого давления (РНД) с опорами, коробку приводов агрегатов (КПА), маслоагрегат, связанный магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки маслосистемы двигателя, характеризующийся тем, что нагнетающий насос монтируют в корпусе МА, который устанавливают на крышке КПА и соединяют с маслобаком подводящей магистралью, по которой под минимальным давлением подают через фильтр грубой очистки масло в НН, откуда под рабочим давлением через фильтр тонкой очистки по подающей магистрали направляют к нагруженным узлам двигателя для смазки и охлаждения, при этом масло с повышением давления до требуемого уровня пропускают через рабочий орган НН, который выполнен содержащим два шестеренных рабочих колеса, которые устанавливают на двух параллельных валах, наделяя каждое с торцов фронтальным и тыльным съемными подпятниками, формирующих совместно с соответствующими шестеренными колесами последовательные участки масляного тракта рабочего органа НН, причем один из указанных валов выполняют ведущим и сообщают по крутящему моменту через рессору редуктора привода с источником энергии - стартером и/или валом РВД двигателя, а второй выполняют ведомым, на котором устанавливают ведомое рабочее колесо НН, причем каждое из шестеренных колес выполняют имеющим зубчатый венец и диск с ободом, полотном и ступицей, а оба подпятника каждого из шестеренных колес выполняют в виде дисков, зеркально симметричных относительно условной плоскости симметрии, нормальной к плоскости, соединяющей оси указанных валов, и наделяют входными и выходными каналами масляного тракта нагнетающего насоса, причем ступицу каждого из шестеренных колес наделяют центральным осевым посадочным отверстием, снабженным на части осевой длины внутренними шлицами, обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента от соответствующего вала насоса и выполненными с угловой частотой γ_шл, определенной в диапазоне значений γ_шл=(3,50÷4,14) [ед./рад], при этом расстояние между валами НН принимают необходимым и достаточным для обеспечения возможности максимального взаимного зацепления зубьев зубчатых венцов ведущего и ведомого шестеренных колес, выполненных с угловой частотой зубьев γ_з, определенной в диапазоне значений γ_з(1,27÷2,23) [ед./рад], причем вытеснение перекачиваемой среды из межзубной впадины каждой из взаимодействующих шестеренных колес производят в угловом секторе поворота зубчатых венцов колес, определяемом половиной центрального угла, образованного точками пересечения условных цилиндрических поверхностей, соосных с осями соответствующих колес, описывающих вершины зубьев зубчатых венцов от заходной до выходной точки пересечения указанных условных цилиндрических поверхностей по ходу поворота шестеренных колес, составляющего α_в.о.н, определенный в диапазоне значений α_в.о.н=(0,42÷0,58) [рад], а угловой сектор последующего разрежения α_р.о.н в освобождаемой от перекачиваемой среды впадине равен углу вытеснения α_р.о.н=α_в.о.н.

2. Способ работы нагнетающего насоса маслоагрегата по п. 1, отличающийся тем, что шестеренные колеса НН выполняют в насосе две функции: функцию передачи от источника энергии - стартера или РВД, крутящего момента на шестеренные колеса откачивающего насоса и функцию шестеренного звена объемного вытеснения перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов ведущего и ведомого колес нагнетающего насоса, причем пара колес работает как шестеренный рабочий орган НН, снабжаемый перекачиваемой средой, поступающей через входное отверстие в верхнем корпусе маслоагрегата и далее по внутренним каналам с последующим объемным вытеснением перекачиваемой среды из межзубных впадин взаимодействующих зубчатых венцов шестеренных колес через выходной канал в верхнем корпусе маслоагрегата в систему подачи масла.

3. Способ работы нагнетающего насоса маслоагрегата по п. 1, отличающийся тем, что входной канал масляного тракта в подпятниках ведущего и ведомого колес НН выполняют в виде сквозного радиально-дугового проема, ограниченного в угловом секторе β_вх, определенном в диапазоне значений β_вх=(2,27÷3,19) [рад], а выходной канал масляного тракта в указанных подпятниках образован несквозным в осевом направлении проемом, ограниченным в угловом секторе β_вых, определенном в диапазоне значений β_вых=(1,01÷1,43) [рад], при этом фронтальные и тыльные подпятники ведущего и ведомого колес НН в зоне примыкания к ответным подпятникам наделяют лыской в виде сегментного среза с радиальной высотой на половину высоты взаимодействующих зубьев зубчатых венцов шестеренных рабочих колес.

4. Способ работы нагнетающего насоса маслоагрегата по п. 1, отличающийся тем, что осевую ширину зубьев зубчатых венцов принимают одинаковой для каждого венца шестеренных колес рабочего органа НН, составляющей не менее ширины обода указанных шестеренных рабочих колес.

5. Способ работы нагнетающего насоса маслоагрегата по п. 1, отличающийся тем, что центральное отверстие ступицы шестеренного колеса на части осевой длины, свободной от шлицов, выполняют с диаметром, превышающим диаметр шлицевого участка в свету на величину, достаточную для образования посадочного места для конгруэнтной посадки на соответствующий вал насоса.

6. Способ работы нагнетающего насоса маслоагрегата по п. 1, отличающийся тем, что фронтальные подпятники шестеренных колес устанавливают в среднем корпусе маслоагрегата и фиксируют от проворота не менее чем одним общим штифтом.

7. Способ работы нагнетающего насоса маслоагрегата по п. 1, отличающийся тем, что тыльные подпятники шестеренных колес устанавливают в верхнем корпусе маслоагрегата и фиксируют от проворота не менее чем одним общим штифтом.

8. Нагнетающий насос маслоагрегата двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя ГТУ ГПА, имеющего валы РВД и РНД с опорами и КПА, связанные магистралями подачи и отвода масла с маслобаком и фильтром тонкой очистки, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью нагнетания очищенного и охлажденного масла к опорам РВД и РНД, нагруженным шестерням КПА способом по любому из пп. 1-7.

9. Шестеренное рабочее колесо нагнетающего насоса маслоагрегата двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя ГТУ ГПА, характеризующееся тем, что рабочее колесо выполняет в насосе функцию шестеренного звена рабочего органа и содержит зубчатый венец с диском, имеющим обод, полотно и ступицу, совмещенную с полотном диска, при этом зубчатый венец выполнен с прямыми зубьями с эвольвентной конфигурацией боковых стенок и размещенными на ободе диска колеса с угловой частотой зубьев γ_з, определенной в диапазоне значений γ_з=(1,27÷2,23) [ед./рад], причем осевая ширина зубьев принята практически совпадающей с осевой шириной обода, при этом ступицу шестеренного колеса наделяют центральным осевым посадочным отверстием, снабженным на части осевой длины внутренними шлицами, обеспечивающими шлицевую передачу крутящего момента от соответствующего вала насоса и выполненными с угловой частотой γ_шл, определенной в диапазоне значений γ_шл=(3,50÷4,14) [ед./рад], а другую часть осевой длины ступицы выполняют свободной от шлицов, необходимой и достаточной для конгруэнтного заведения на посадочное место вала маслоагрегата в зоне расположения шестеренного рабочего органа насоса в проставке между средним и верхним корпусами маслоагрегата, а также с возможностью устойчивого рабочего вращения с фиксацией подпятниками от осевых смещений, причем объем ΔV_вп.нн вытеснения перекачиваемой среды из межзубной впадины, ограниченной в зубчатом венце шестеренного колеса смежными боковыми стенками смежных зубьев, дном межзубной впадины и с внешней стороны условной цилиндрической поверхностью, описанной по вершинам зубьев венца шестерни, составляет ψ-ю часть от суммарного объема полного количества межзубных впадин зубчатого венца шестеренного колеса Ψ=ΔV_вп.нн/ΣΔV_нн=(7,93÷14,12)⋅10^-2 [ед.].

10. Шестеренное рабочее колесо нагнетающего насоса маслоагрегата по п. 9, отличающееся тем, что выполнено в качестве ведущего рабочего колеса нагнетающего насоса.

11. Шестеренное рабочее колесо нагнетающего насоса маслоагрегата по п. 9, отличающееся тем, что выполнено в качестве ведомого рабочего колеса нагнетающего насоса.

12. Блок подпятников нагнетающего насоса маслоагрегата двухвального двухконтурного газотурбинного двигателя ГТУ ГПА, имеющего КПА и маслосистему, включающую магистрали подачи очищенного и охлажденного масла к нагруженным узлам двигателя и откачки отработанного масла в маслобак с фильтром тонкой очистки, характеризующийся тем, что включает четыре подпятника, размещенные попарно в среднем и верхнем корпусах маслоагрегата, состоящие из осевых дисков, формирующих совместно с соответствующими шестеренными колесами последовательные участки масляного тракта рабочего органа НН, при этом подпятники выполнены конструктивно и гидродинамически адаптированными под рабочие параметры зубьев и межзубных впадин зубчатых венцов ведущего и ведомого шестеренных колес рабочего органа насоса, одновременно экспонируемых потоку перекачиваемой среды, включая охват полной высоты и необходимого количества подвергаемых одномоментному заполнению межзубных впадин взаимодействующих шестеренных колес, причем каждый подпятник имеет форму диска, усеченного на высоту сегмента, обеспечивающую примыкание дисков подпятников по лыскам сегментов в сборе в среднем и верхнем корпусах маслоагрегата, выполненных по совпадающей касательной к делительной окружности зубьев зубчатых венцов шестеренных колес рабочего органа насоса, что соответствует радиусу хорды сегмента до половины высоты зуба зубчатого венца каждого из взаимодействующих шестеренных колес и угловому сектору хорды сегмента ξ, определенному в диапазоне ξ=(1,10÷1,55) [рад]; причем диск каждого подпятника выполнен с центральным отверстием, конгруэнтным диаметру соответствующего вала НН маслоагрегата, входной канал масляного тракта в подпятниках шестеренных колес выполнен в виде сквозного радиально-дугового проема, ограниченного в угловом секторе β_вх, определенном в диапазоне значений β_вх=(2,27÷3,19) [рад], а выходной канал образован несквозными в осевом направлении проемами, ограниченными в угловом секторе β_вых, определенными в диапазоне значений β_вых=(1,01÷1,43) [рад], кроме того, диск каждого подпятника имеет дуговую площадку удержания и переноса откачиваемой среды в межзубных впадинах венца шестеренного колеса, определенную в угловом диапазоне от границы канала заполнения впадин до начала зоны выдавливания откачиваемой среды, определенный в угловом диапазоне ϕ=(1,54÷2,16) [рад].