КОРОБКА ПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ОСНАЩЕННАЯ СЕПАРАТОРОМ ВОЗДУХ/МАСЛО, И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2018 года по МПК F02C7/32 F01M13/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к коробке приводов агрегатов газотурбинного двигателя, причем эта коробка приводов агрегатов, называемая также AGB (сокращение от Accessory Gear Box), оснащена устройством и, в частности, сепаратором воздух/масло.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Постоянные поиски улучшения характеристик авиационного двигателя заставляют интегрировать коробку приводов агрегатов во все более ограниченное пространство. Общий габарит коробки приводов агрегатов участвует в общей работе двигателя. Поэтому необходимо уменьшать габариты коробки приводов агрегатов и ее устройств.

Коробка приводов агрегатов для газотурбинного двигателя предназначена для передачи первоначальной механической мощности газотурбинного двигателя на устройства, такие как насос, сепаратор воздух/масло, электрический генератор и т.д. Коробка приводов агрегатов содержит зацепляющиеся друг с другом шестерни, по меньшей мере некоторые из которых неподвижно соединены с коаксиальными хвостовиками, предназначенными для приведения во вращение подвижных частей или роторов устройств.

В современной технике вышеупомянутый хвостовик каждой шестерни коробки проходит через отверстие картера коробки приводов агрегатов и вращает вращающуюся часть устройства снаружи коробки приводов агрегатов.

В случае, когда устройство является сепаратором воздух/масло, смесь воздуха и масла поступает в сепаратор, который приводит ее во вращение для отделения масла от воздуха за счет центробежного эффекта. Отделенный от масла воздух проходит затем через фильтрующую мембрану, которую приводит во вращение хвостовик шестерни и которая задерживает последние капли масла, содержащиеся в воздухе, после чего фильтрованный воздух направляется в воздушный выход сепаратора. Хвостовик шестерни, взаимодействующий с устройством, направляется во вращении опорными подшипниками, установленными исключительно в коробке приводов агрегатов.

Однако это техническое решение не является удовлетворительным, так как коробка и устройство имеют слишком большой габарит, что затрудняет их интегрирование в газотурбинный двигатель.

Изобретение призвано предложить простое, эффективное и экономичное решение этой проблемы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретением предложена коробка приводов агрегатов для газотурбинного двигателя, причем эта коробка оснащена сепаратором воздух/масло и содержит картер, в котором установлены зацепляющиеся друг с другом шестерни, одна из которых неподвижно соединена с коаксиальным хвостовиком привода по меньшей мере одной фильтрующей мембраны сепаратора, отличающаяся тем, что эта фильтрующая мембрана установлена непосредственно на корпусе шестерни внутри картера.

Согласно изобретению, часть устройства (сепаратора воздух/масло) расположена в картере коробки приводов агрегатов, то есть встроена в коробку приводов агрегатов. Это стало возможным благодаря тому, что вращающаяся часть (фильтрующая мембрана) устройства по меньшей мере частично расположена в этом картере. Иначе говоря, в отличие от известного решения, в котором вращающаяся часть находится снаружи коробки приводов агрегатов, в данном случае вращающаяся часть расположена внутри коробки. Это позволяет упростить устройство, например, исключив приводной вал вращающейся части известного устройства, а также направляющие опорные подшипники (в случае сепаратора воздух/масло вращающуюся часть могут поддерживать подшипники трансмиссии), и дает выигрыш в массе и значительное уменьшение осевого габарита коробки и устройства (в данном случае осью является ось вращения хвостовика шестерни и вращающейся части устройства).

Согласно изобретению, устройством является сепаратор воздух/масло, и его вращающаяся часть содержит фильтрующую мембрану, установленную непосредственно на перемычках шестерни внутри картера. Таким образом, вращающуюся часть могут направлять во вращении направляющие опорные подшипники шестерни, что позволяет повысить надежность всей системы. Мембрана может прилегать и может быть закреплена на шестерне.

Шестерня может содержать зубчатый венец, соединенный с хвостовиком шестерни спицами, например, радиальными спицами, образующими вышеупомянутые перемычки и ограничивающими между собой проемы для прохождения воздуха, циркулирующего в сепараторе.

Мембрана может быть установлена аксиально на входе перемычки с возможностью прохождения через нее воздушно-масляной смеси и задержания масла из этой смеси.

Сепаратор может содержать картер, охватывающий по меньшей мере часть хвостовика шестерни и образующий по существу цилиндрическую внутреннюю полость, и один или несколько входов воздушно-масляной смеси, по существу тангенциальных в полости.

Картер может содержать на своей внутренней поверхности по меньшей мере одно спиралевидное ребро для приведения во вращение воздушно-масляной смеси, поступающей в полость, для отделения по меньшей мере части масла от воздуха смеси за счет центробежного эффекта.

Хвостовик может быть по существу трубчатым и может содержать на своей трубчатой части радиальные отверстия для прохождения воздуха после фильтрации через мембрану.

Предпочтительно направляющий опорный подшипник хвостовика шестерни установлен между хвостовиком и цилиндрическим бортиком держателя сепаратора, такого как держатель подшипника качения.

Объектом настоящего изобретения является также газотурбинный двигатель, такой как турбореактивный двигатель, турбовинтовой двигатель или турбинный двигатель самолета или вертолета, отличающийся тем, что содержит описанную выше коробку.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение, его другие особенности, признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид коробки приводов агрегатов газотурбинного двигателя, на которой установлены два устройства.

Фиг. 2 - частичный схематичный вид в осевом разрезе известной коробки приводов агрегатов, оснащенной сепаратором воздух/масло.

Фиг. 3 - частичный схематичный вид в осевом разрезе заявленной коробки приводов агрегатов, оснащенной сепаратором воздух/масло.

Фиг. 4-7 - частичный схематичный вид в перспективе и на некоторых фигурах в осевом разрезе коробки приводов агрегатов и сепаратора воздух/масло согласно варианту выполнения изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На фиг. 1 очень схематично показана коробка 1 приводов агрегатов для газотурбинного двигателя, такого как турбореактивный двигатель, турбовинтовой двигатель или газотурбинный двигатель самолета или вертолета, причем эта коробка 10 оснащена агрегатами или устройствами 12, в представленном примере в количестве двух.

Коробка 10 приводов агрегатов предназначена для передачи первоначальной механической мощности газотурбинного двигателя через выходящий из нее радиальный вал на устройства, которыми являются насосы, сепараторы воздух/масло, электрические генераторы и т.д. Передача происходит через кинематическую цепь, состоящую из последовательных шестерен 14, 16, 18, 20, в представленном примере в количестве четырех.

Каждая из шестерен 16 и 20 содержит коаксиальный хвостовик 22, который выполнен в виде единой детали с соответствующей шестерней и который проходит через отверстие картера 24 коробки приводов агрегатов. Концевая часть хвостовика 22 шестерни, находящаяся снаружи коробки 10, позволяет приводить во вращение вращающуюся часть соответствующего устройства 12.

На фиг. 2 очень схематично и в увеличенном виде показан хвостовик 22 шестерни 18 устройства 12, которое в данном случае является сепаратором 30 воздух/масло.

Хвостовик 22 шестерни центрован и направляется во вращении при помощи опорных подшипников 32, которые установлены в картере 24 коробки 10 приводов агрегатов. Устройство содержит неподвижную трубу 26, коаксиальную с шестерней 18.

Сепаратор 30 воздух/масло содержит цилиндрический картер 34, в котором установлена труба 26, которая охватывает мембрану 35 и внутрь которой тангенциально поступает смесь воздуха и масла (стрелка 36), причем эта смесь предназначена для приведения во вращение в картере 34 с целью отделения масла от воздуха смеси за счет центробежного эффекта, после чего воздух с низким содержанием масла проходит через мембрану 35, которая задерживает масляные капли, остающиеся в этом воздухе. Собираемое масло удаляют (стрелка 38), и отделенный от масла воздух проходит через трубу 26 на воздушный выход сепаратора (стрелка 40).

Недостатком известного решения, показанного на фиг. 2, является большой габарит в осевом направлении (ось А). Изобретение, схематично представленное на фиг. 3, позволяет решить эту проблему за счет интегрирования части устройства 12, то есть сепаратора 30 в данном примере, в картер 24 коробки приводов агрегатов.

Это стало возможным, благодаря размещению вращающейся части устройства в картере 24 коробки. Кроме того, описанный ниже пример выполнения позволяет использовать составные элементы шестерни в работе устройства, в частности, крепление фильтрующей мембраны непосредственно на перемычках шестерни и удаление воздуха непосредственно через трубчатый хвостовик шестерни.

Действительно, как показано на фиг. 3, фильтрующая мембрана 35 сепаратора 30 расположена в картере 24 и закреплена на шестерне 18. Часть картера 34 сепаратора находится внутри объема картера 24 коробки 10 приводов агрегатов и, кроме того, служит опорой для первого направляющего опорного подшипника 32а хвостовика 22, при этом другой направляющий опорный подшипник 32b хвостовика установлен в картере 24 коробки 10 приводов агрегатов.

Более конкретный пример выполнения изобретения представлен на фиг. 4-7, на которых уже описанные выше элементы имеют такие же обозначения.

В сечении картер 24 коробки 10 приводов агрегатов имеет по существу прямоугольную форму и содержит на одной из своих стенок проем 42 по существу круглого контура для установки сепаратора 30 воздух/масло.

Сепаратор 30 содержит первый по существу цилиндрический картер 34а, который проходит через проем 42 картера 24 и содержит радиально наружный (относительно оси А) кольцевой фланец 44 для крепления сепаратора 30 на картере 24, причем этот фланец 44 прижимают и крепят при помощи средств типа винт-гайка (не показаны) на периферическом крае проема 42.

Картер 43а расположен вокруг части хвостовика 22 шестерни 18 и образует вокруг него кольцевую полость 46 для циркуляции воздушно-масляной смеси. На своей внутренней цилиндрической поверхности картер 34а содержит по меньшей мере одно внутреннее спиралевидное ребро 48 для приведения во вращение этой смеси вокруг хвостовика 22.

На своем конце, находящемся снаружи картера 24, сепаратор 30 содержит первую трубу 50 для подачи смеси воздух/масло (стрелка 36), причем эта труба 50 неподвижно соединена с первым картером 34а, и ее радиально внутренний канал выходит внутрь полости 46 картера 34а. Продольная ось трубы 50 ориентирована тангенциально относительно окружности с центром на оси А, что облегчает приведение во вращение смеси воздух/масло, которая должна вращаться вокруг оси А и перемещаться вдоль этой оси в направлении снаружи внутрь коробки 10 (справа налево на фиг. 4).

Сепаратор 30 содержит также вторую трубу 61 для удаления масла, отделенного от воздуха за счет центробежного эффекта (стрелка 38), причем этом масло оседает на внутренней поверхности картера 34а и перетекает затем во внутренний канал трубы 61, которая тоже имеет тангенциальное направление относительно к окружности с центром на оси А. Вторая труба 61 неподвижно соединена с картером 34а и в данном случае находится внутри картера 24 коробки 10 (фиг. 5).

На своем конце, находящемся снаружи коробки 10, картер 34а содержит цилиндрический бортик 52 для установки держателя 34b подшипника качения сепаратора. Этот держатель 34b образует воздушный выход сепаратора 30 после фильтрации вышеупомянутой смеси (стрелка 40). Этот держатель 34b имеет кольцевую форму и содержит усеченную конусную стенку, концы которой соединены соответственно с цилиндрическими бортиками 54, 56, при этом бортик 54, находящийся со стороны, противоположной к коробке 10, установлен в бортике 52 картера 34а и закреплен на этом бортике, а другой бортик 56 окружает концевую часть хвостовика 22, находящуюся снаружи картера 24 коробки 10.

Между бортиками 52, 54 установлена кольцевая уплотнительная прокладка 58, и бортик 54 соединен одним концом с наружным кольцевым фланцем 60 крепления при помощи средств типа винта-гайка (не показаны) на картере 34а.

Между бортиком 56 держателя 34b и вышеупомянутой концевой частью хвостовика 22 установлен направляющий опорный подшипник 32а. Другой направляющий опорный подшипник 32b хвостовика 22 установлен на противоположном конце хвостовика и закреплен на картере 24 коробки 10.

Картер 34а и держатель 34b являются неподвижными и образуют статор сепаратора 30. Конец картера 34а, противоположный трубе 50 и держателю 34b, окружен диском 62 крепления фильтрующей мембраны 35, причем этот диск установлен и закреплен на перемычках шестерни и образует вместе с фильтрующей мембраной 35, шестерней 18 и ее хвостовиком 22 ротор сепаратора 30. Мембрана 35 содержит, например, блок из пористого материала, такого как пеноматериал.

Диск 62 содержит ступицу, закрепленную на перемычках шестерни, кольцевой венец 64, охватывающий ступицу, и радиальные спицы 66 соединения ступицы с венцом. Эти спицы 66 образуют между собой осевые проемы для прохождения воздуха, циркулирующего в полости 46, из которого была удалена часть масла за счет центробежного эффекта (стрелка 68), как было указано выше.

Во время работы диск 62 вращается внутри картера 34а, который скользит по наружной периферии венца 64 диска 62. Между картером 34а и венцом 64 и/или между хвостовиком 22 и держателем 34b подшипника можно предусмотреть динамическую систему уплотнения (например, содержащую кольцевые пазы или канавки).

Диск 62 установлен на входе шестерни 18 (относительно направления потока воздуха - стрелка 68) и закреплен на ней при помощи винтов 70, которые проходят через осевые отверстия венца 64 диска и шестерни 18.

Шестерня 18 выполнена в виде единой детали с хвостовиком 22 и содержит наружный зубчатый венец 72, который соединен с хвостовиком через перемычки, образованные радиальными спицами 74, образующими между собой осевые проемы для прохождения вышеупомянутого воздуха (стрелка 68). Спицы 66, 74 диска и шестерни по существу совмещены в осевом направлении. Зубчатый венец 72 шестерни 18 выполнен с возможностью зацепления с зубчатым венцом другой шестерни коробки 10 приводов агрегатов.

Сепаратор дополнительно содержит подвижную крышку 34с, то есть крышку, являющуюся частью его ротора. Эта крышка 34с установлена в картере 24 коробки и имеет кольцевую форму, охватывающую хвостовик 22. Она имеет по существу форму усеченного конуса и установлена на выходе мембраны 35 и шестерни 18, при этом ее входной конец большего диаметра закреплен на наружной периферии шестерни 18, а ее выходной конец меньшего диаметра закреплен на хвостовике 22. В представленном примере винты 70 крепления диска 62 проходят через шестерню и завинчены в резьбовые отверстия крышки 34с.

Эта крышка 34с образует кольцевую камеру вокруг хвостовика 22 и на выходе мембраны 35 и шестерни 18, причем в эту камеру поступает воздух, отделенный от масла, то есть фильтрованный воздух, выходящий из мембраны 35, которая выполнена с возможностью задержания масляных капель, содержащихся в проходящем через нее воздухе.

Крышка 34с охватывает часть хвостовика 22, который является трубчатым и содержит сквозные радиальные отверстия 76 для прохождения фильтрованного воздуха радиально внутрь хвостовика (стрелка 78). Воздух, попадающий в хвостовик 22, проходит внутри хвостовика от выхода к входу (слева направо на фиг. 4) до открытого входного конца хвостовика и удаляется через выход сепаратора 30, образованный держателем 34b (стрелка 40).

Коробка приводов агрегатов газотурбинного двигателя содержит сепаратор воздух/масло и картер, в котором установлены зацепляющиеся друг с другом шестерни. Одна из шестерен неподвижно соединена с коаксиальным хвостовиком привода фильтрующей мембраны сепаратора. Фильтрующая мембрана установлена внутри картера непосредственно на перемычке шестерни. Перемычка указанной шестерни расположена между коаксиальным хвостовиком привода фильтрующей мембраны и зубчатым венцом шестерни. Другое изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему указанную выше коробку приводов агрегатов. Группа изобретений позволяет снизить массу и уменьшить осевой габарит коробки привода агрегатов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Коробка (10) приводов агрегатов для газотурбинного двигателя, причем эта коробка оснащена сепаратором (12) воздух/масло и содержит картер (24), в котором установлены зацепляющиеся друг с другом шестерни (14-20), одна (18) из которых неподвижно соединена с коаксиальным хвостовиком (22) привода по меньшей мере одной фильтрующей мембраны (35) сепаратора, в которой указанная фильтрующая мембрана установлена внутри картера непосредственно на перемычке шестерни (18), причем указанная перемычка расположена между указанным коаксиальным хвостовиком (22) и зубчатым венцом (72) шестерни (18).

2. Коробка (10) приводов агрегатов по п. 1, в которой мембрана (35) прилегает и закреплена на шестерне (18).

3. Коробка (10) приводов агрегатов по п. 1 или 2, в которой шестерня (18) содержит зубчатый венец (72), соединенный с хвостовиком (22) спицами (66), образующими вышеупомянутую перемычку и ограничивающими между собой проемы для прохождения воздуха, циркулирующего в сепараторе (12).

4. Коробка (10) приводов агрегатов по п. 3, в которой мембрана (35) установлена аксиально выше по потоку от шестерни (18) с возможностью прохождения через нее воздушно-масляной смеси и задержания масла из этой смеси.

5. Коробка (10) приводов агрегатов по п. 1, в которой сепаратор (12) содержит картер (34а), охватывающий по меньшей мере часть хвостовика (22) шестерни (18) и образующий по существу цилиндрическую внутреннюю полость (46), и один или несколько входов воздушно-масляной смеси, по существу тангенциальных в полости.

6. Коробка (10) приводов агрегатов по п. 5, в которой картер (34а) содержит на своей внутренней поверхности по меньшей мере одно спиралевидное ребро (48) для приведения во вращение воздушно-масляной смеси, поступающей в полость (46), с целью отделения по меньшей мере части масла от воздуха смеси за счет центробежного эффекта.

7. Коробка (10) приводов агрегатов по п. 1, в которой хвостовик (22) шестерни (18) является по существу трубчатым и содержит на своей трубчатой стенке радиальные отверстия (76) для прохождения воздуха после фильтрации через мембрану (35).

8. Коробка (10) приводов агрегатов по п. 1, в которой между хвостовиком и цилиндрическим бортиком (56) держателя (34b) сепаратора (12) установлен направляющий подшипник (32а) хвостовика (22) шестерни.

9. Газотурбинный двигатель, такой как турбореактивный двигатель, турбовинтовой двигатель или турбинный двигатель самолета или вертолета, содержащий коробку (10) приводов агрегатов по одному из предыдущих пунктов.