Область техники
Изобретение относится к газотурбинному двигателю и, в частности, к используемым в нем стационарным (корпусным) конструкциям.
Уровень техники
Эпициклические зубчатые передачи с планетарными шестернями, в том числе с неподвижным водилом, могут использоваться в газотурбинных двигателях благодаря их компактным конструкциям и высокой эффективности при обеспечении редукции скорости. В частности, они могут использоваться в двигателях, известных из патента US 4704862. Планетарные передачи, в том числе с неподвижным водилом, обычно содержат зубчатые элементы трех типов: центральную (солнечную) шестерню, наружную кольцевую шестерню с обращенными внутрь зубьями и несколько промежуточных шестерен, установленных на солнечную шестерню и находящихся в зацеплении как с этой шестерней, так и с кольцевой шестерней. Все зубчатые элементы имеют общую центральную ось, вокруг которой вращаются элементы по меньшей мере двух типов.
Во время полета корпусные конструкции двигателя, имеющие малый вес, изгибаются и/или смещаются под действием нагрузок, что может вызывать значительную изгибную деформацию двигателя, известную, как "backbone bending". Эта деформация может приводить к рассогласованию элементов зубчатой передачи, что может вести к потере эффективности этой передачи и к сокращению ее срока службы. Поэтому управление деформациями (смещениями) стационарных и вращающихся компонентов, а также уменьшение тепловых нагрузок облегчит разработку эффективной архитектуры двигателя.
Раскрытие изобретения
Соответственно, одна из задач, на решение которой направлено изобретение, заключается в уменьшении деформаций (смещений) стационарных и вращающихся компонентов, а также уменьшение тепловых нагрузок за счет упрощения конструкции и, соответственно, снижения веса компрессора низкого давления и, следовательно, газотурбинного двигателя в целом. В соответствии с изобретением эта задача решается установкой ступицы компрессора низкого давления на внутренний вал, по меньшей мере частично поддерживаемый первым подшипниковым узлом, и выполнением этой ступицы проходящей к компрессору низкого давления между первым и вторым подшипниковыми узлами и связанной с диском второй ступени компрессора низкого давления. Такое выполнение позволяет повысить скорость вращения указанного компрессора и, как следствие, использовать в нем всего три ступени, т.е. уменьшить его размеры и вес.
Газотурбинный двигатель согласно одному аспекту изобретения содержит: трехступенчатый компрессор низкого давления, установленный вдоль оси двигателя;
вентилятор;
переднюю центральную корпусную конструкцию, расположенную в осевом направлении позади вентилятора;
первый подшипниковый узел, который по меньшей мере частично поддерживает внутренний вал, расположенный вдоль указанной оси;
второй подшипниковый узел, который по меньшей мере частично поддерживает наружный вал, расположенный вдоль указанной оси, и
ступицу компрессора низкого давления, установленную на внутренний вал и проходящую к компрессору низкого давления между первым и вторым подшипниковыми узлами.
При этом ступица компрессора низкого давления связана с диском второй ступени указанного компрессора, а внутренний вал выполнен с возможностью приведения во вращение вентилятора через узел зубчатой передачи.
В неограничивающей модификации данного варианта газотурбинного двигателя ступица компрессора низкого давления может содержать секцию в форме усеченного конуса, расположенную между первым и вторым подшипниковыми узлами.
В другой неограничивающей модификации данного варианта газотурбинного двигателя секция в форме усеченного конуса может быть расположена по меньшей мере частично вокруг первого подшипникового узла.
Еще в одной неограничивающей модификации любого из рассмотренных вариантов газотурбинного двигателя компрессор низкого давления может быть расположен в радиальном направлении снаружи первого подшипникового узла. Дополнительно или альтернативно, ступица компрессора низкого давления может быть наклонена вперед, в сторону этого компрессора.
В следующей неограничивающей модификации данного варианта первый подшипниковый узел может быть закреплен на передней центральной корпусной конструкции, задающей внутренний контур для воздушного потока.
В другой неограничивающей модификации второй подшипниковый узел может быть закреплен на промежуточной корпусной конструкции, присоединенной к передней центральной корпусной конструкции для формирования продолжения указанного внутреннего контура.
Газотурбинный двигатель согласно другому аспекту изобретения содержит:
переднюю центральную корпусную конструкцию;
узел зубчатой передачи, по меньшей мере частично поддерживаемый передней центральной корпусной конструкцией;
первый подшипниковый узел, закрепленный на передней центральной корпусной конструкции, чтобы поддерживать, с возможностью вращения, внутренний вал;
соединительный вал, связанный с внутренним валом и с узлом зубчатой передачи и по меньшей мере частично поддерживаемый первым подшипниковым узлом, и
трехступенчатый компрессор низкого давления, ступица которого установлена на внутренний вал и выполнена проходящей к указанному компрессору между первым и вторым подшипниковыми узлами и связанной с диском его второй ступени.
В неограничивающей модификации любого из описанных вариантов газотурбинного двигателя внутренний вал может быть выполнен с возможностью приведения во вращение вентилятора через узел зубчатой передачи.
В другой неограничивающей модификации любого из описанных вариантов газотурбинный двигатель может дополнительно содержать наружный вал, по меньшей мере частично охватывающий внутренний вал, и приводить во вращение компрессор высокого давления.
В следующей неограничивающей модификации вариантов газотурбинного двигателя второй подшипниковый узел может по меньшей мере частично поддерживать наружный вал.
Газотурбинный двигатель согласно еще одному аспекту изобретения содержит:
вентилятор;
трехступенчатый компрессор низкого давления, ступица которого установлена на внутренний вал и выполнена проходящей к указанному компрессору между первым и вторым подшипниковыми узлами и связанной с диском его второй ступени.
переднюю центральную корпусную конструкцию, установленную вдоль оси двигателя и задающую внутренний контур для воздушного потока;
промежуточную корпусную конструкцию, установленную вдоль оси двигателя за передней центральной корпусной конструкцией;
первый подшипниковый узел, закрепленный на передней центральной корпусной конструкции и по меньшей мере частично поддерживающий внутренний вал с возможностью вращения указанного вала вокруг оси двигателя, и
второй подшипниковый узел, закрепленный на промежуточной корпусной конструкции и по меньшей мере частично поддерживающий наружный вал с возможностью вращения указанного вала вокруг оси двигателя, при этом
внутренний вал выполнен с возможностью приведения во вращение вентилятора через узел зубчатой передачи.
В неограничивающей модификации любого из описанных вариантов газотурбинного двигателя передняя центральная корпусная конструкция может быть расположена в осевом направлении позади вентилятора.
Еще в одной неограничивающей модификации любого из описанных вариантов газотурбинного двигателя узел зубчатой передачи может по меньшей мере частично поддерживаться передней центральной корпусной конструкцией.
Краткое описание чертежей
Особенности и свойства изобретения станут понятны специалистам из нижеследующего подробного описания неограничивающих вариантов изобретения, которые поясняются прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 схематично, в продольном сечении показана передняя часть газотурбинного двигателя.
На фиг. 2 в перспективном изображении, в разрезе показан подшипниковый отсек, в котором находятся первый и второй конические роликоподшипники, а также сильфонная пружина.
На фиг. 3 представлена, в продольном сечении, небольшая часть сильфонной пружины по фиг. 2.
На фиг. 4 схематично, частично в продольном сечении показан газотурбинный двигатель.
На фиг. 5 в увеличенном масштабе, в продольном сечении схематично иллюстрируется передняя центральная корпусная конструкция двигателя.
На фиг. 6 схематично, частично в виде блок-схемы иллюстрируется архитектура газотурбинного двигателя согласно изобретению.
На фиг. 7 схематично иллюстрируется известный вариант взаимосвязи компонентов в газотурбинном двигателе.
На фиг. 8 в увеличенном масштабе, в продольном сечении схематично представлена часть двигателя по фиг. 5, чтобы проиллюстрировать путь передачи нагрузки в передней центральной корпусной конструкции.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 в продольном сечении показана передняя часть газотурбинного двигателя 10, расположенная выше его продольной оси СL. Газотурбинный двигатель 10 содержит подшипниковый отсек 12, первый и второй конические роликоподшипники 14А и 14В, вал 16 вентилятора, подшипниковый узел 18, сильфонную пружину 20, ступицу 22 вентилятора, гайку 23, лопасти 24 вентилятора, входной конус 26, вал 28 двигателя, приводную зубчатую передачу 30 для вентилятора (редуктор), секцию 32 компрессора, выходные направляющие лопатки 34 и корпус (капот) 36 двигателя.
Подшипниковый отсек 12, охватывающий вал 16 вентилятора, содержит первый и второй конические роликоподшипники 14А и 14В. Вал 16 вентилятора вращается вокруг оси, которая совпадает с продольной осью CL двигателя, и опирается на конические роликоподшипники 14А и 14В. Подшипниковый отсек 12 ограничивается валом 16 вентилятора и подшипниковым узлом 18, связанным с коническими роликоподшипниками 14А и 14В. Подшипниковый узел 18 соединен со стационарной рамой, например с корпусом газотурбинного двигателя 10. В подшипниковом отсеке 12, примыкая к первому и второму коническим роликоподшипникам 14А, 14В, установлена сильфонная пружина 20. Сильфонная пружина 20 прикладывает к первому и второму коническим роликоподшипникам 14А, 14В заданную нагрузку. К ступице 22 вентилятора прижата гайка 23, прикладывающая зажимное усилие к радиально внутренним частям обойм первого и второго конических роликоподшипников 14А и 14В.
Вал 16 вентилятора, связанный с лопастями 24 вентилятора через ступицу 22 вентилятора, приводит их во вращение. Ступица 22 вентилятора, кроме того, связана с входным конусом 26 вентилятора, а также, через приводную зубчатую передачу 30, с валом 28 двигателя. Секция 32 компрессора расположена радиально снаружи относительно продольной оси CL и связана с валом 28 двигателя. Выходные направляющие лопатки 34 расположены радиально снаружи секции 32 компрессора и выполнены поворотными относительно корпуса 36 двигателя.
Принципы работы газотурбинного двигателя 10 хорошо известны специалистам и поэтому не требуют подробного рассмотрения. Как можно видеть из фиг. 1, газотурбинный двигатель 10 представляет собой турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности и с использованием редуктора. В других вариантах газотурбинный двигатель 10 может представлять собой газотурбинный двигатель другого типа, служащий для создания тяги в самолете или для генерирования энергии. Аналогично, в двигателе 10 может использоваться подшипниковый отсек 12 любого подходящего типа.
Вал 16 вентилятора и секция 32 компрессора связаны посредством вала 28 двигателя с турбинной секцией (не изображена). Часть входящего в двигатель 10 потока А воздуха образует воздушный поток АР внутреннего контура, а его часть, прошедшая через лопасти 24 вентилятора, - воздушный поток AS внешнего контура. Лопасти 24 вентилятора приводятся во вращение турбинной секцией (не изображена) двигателя 10 через вал 28 двигателя, чтобы ускорить поток AS через выходные направляющие лопатки 34, обеспечивая тем самым существенную часть общей тяги, создаваемой двигателем 10. Воздушный поток АР направляется в секцию 32 компрессора. Секция 32 компрессора обеспечивает ступенчатое повышение давления и температуры воздуха в потоке АР.
На фиг. 2 в перспективном изображении, в разрезе показан подшипниковый отсек 12, в котором находятся первый и второй конические роликоподшипники 14А, 14В, а также сильфонная пружина 20. Подшипниковый отсек 12 дополнительно содержит уплотняющую пластину 38, распорную гильзу 40, шестерню 42, вспомогательную втулку 44 и систему 46 демпфирования выдавливаемой под давлением пленки масла. Первый и второй конические роликоподшипники 14А и 14В содержат внутреннюю обойму 48А, 48В, роликовые элементы 50А, 50В и наружную обойму 52А, 52В. Видны также упор 54 в составе подшипникового узла 18 и клин 56.
Внутри подшипникового отсека 12 уплотняющая пластина 38 упирается в переднюю (по отношению к направлению воздушного потока АР в газотурбинном двигателе 10) сторону первого конического роликоподшипника 14А. Эта пластина, представляющая собой часть уплотнительной системы с использованием графитовых уплотнений, расположена рядом с внутренней обоймой 48А. Распорная гильза 40 упирается в обе внутренние обоймы 48А, 48В, чтобы задать расстояние между первым и вторым коническими роликоподшипниками 14А и 14В. Шестерня 42 контактирует с внутренней обоймой 48 В второго конического роликоподшипника 14В, причем она связана также с заплечиком вала 16 вентилятора. В варианте по фиг. 2 вспомогательная втулка 44 расположена между наружной обоймой 52А первого конического роликоподшипника 14А и подшипниковым узлом 18. Конические роликоподшипники 14А и 14В могут поддерживаться также системой 46 демпфирования (на фиг. 2 показаны только уплотнения этой системы), расположенной между одним или двумя коническими роликоподшипниками 14А и 14В и подшипниковым узлом 18. Хорошо известные специалистам системы демпфирования с использованием масляной пленки, подобные применяемой в рассматриваемом варианте, служат для смещения критических (резонансных) частот и/или повышения динамической стабильности узлов ротор-подшипники.
Более конкретно, каждый из первого и второго конических роликоподшипников 14А и 14В имеет внутреннюю обойму 48А, 48В, закрепленную по прессовой посадке или иным образом зафиксированную на валу 16 вентилятора. Внутренние обоймы 48А, 48В имеют радиально наружные поверхности (беговые дорожки), которые взаимодействуют с роликовыми элементами 50А, 50В соответственно. Наружные обоймы 52А и 52В, установленные в подшипниковом узле 18, также взаимодействуют с роликовыми элементами 50А, 50В соответственно. В варианте по фиг. 2 наружная обойма 52А первого конического роликоподшипника 14А зафиксирована в радиальном и тангенциальном направлениях, но может смещаться в осевом направлении относительно вспомогательной втулки 44, подшипникового узла 18 и части системы 46 демпфирования. Это позволяет роликовым элементам 50А оставаться в контакте с внутренней беговой дорожкой наружной обоймы 52А. Наружная обойма 52В второго конического роликоподшипника 14В прикреплена к подшипниковому узлу 18. Первый и второй конические роликоподшипники 14А и 14В удерживаются в подшипниковом узле 18, через который нагрузки передаются на корпус 36 двигателя.
В одном варианте передний конец сильфонной пружины 20 введен, по плотной посадке, в контакт с наружной обоймой 52А, а задний конец этой пружины 20 введен, по плотной посадке, в контакт с упором 54 подшипникового узла 18. Таким образом, сильфонная пружина 20 находится между первым и вторым коническими роликоподшипниками 14А, 14В. Между задним концом сильфонной пружины 20 и упором 54 может быть вставлен по меньшей мере один клин 56. Клин 56 позволяет точно задавать требуемый уровень предварительной нагрузки без выдвижения жестких требований к точности выдерживания размеров сильфонной пружины 20, подшипникового узла 18 или других компонентов.
Гайка 23 (см. фиг. 1) обеспечивает создание зажимного усилия, которое передается через внутреннюю обойму 48А первого конического роликоподшипника 14А, распорную гильзу 40, внутреннюю обойму 48В второго конического роликоподшипника 14В и шестерню 42 на вал 16 вентилятора. Сильфонная пружина 20 создает предварительную нагрузку, действующую на первый и второй конические роликоподшипники 14А, 14В. Более конкретно, сильфонная пружина 20 прикладывает предварительную нагрузку к наружной обойме 52А и к подшипниковому узлу 18, который передает эту нагрузку на наружную обойму 52В второго конического роликоподшипника 14В.
На фиг. 3 представлена, в продольном сечении и в увеличенном масштабе, небольшая часть варианта сильфонной пружины 20. В этом варианте сильфонная пружина 20 представляет собой гибкий элемент, выполненный в виде цельной гофрированной трубки. Сильфонная пружина 20 изготовлена из закаленной нержавеющей стали. Гофрированный профиль придается сильфонной пружине 20 посредством токарной обработки. Как показано на фиг. 3, толщина сильфонной пружины 20 в радиальном направлении будет изменяться при растяжении пружины 20 вдоль оси CL двигателя (показанной на фиг. 1).
Количество секций (изгибов) сильфонной пружины 20 желательно максимизировать (насколько это позволяют размеры подшипникового отсека 12 и производственные возможности), чтобы повысить приспособляемость этой пружины к колебаниям (в пределах полей допусков) размеров компонентов внутри подшипникового отсека 12. Чтобы промоделировать напряжения в сильфонной пружине 20 с целью оптимизировать ее геометрию (количество секций, толщину в радиальном направлении и т.д.) и эксплуатационные показатели, можно использовать соответствующие аналитические средства, например имеющуюся в продаже программу анализа методом конечных элементов. В одном варианте секции сильфонной пружины 20 имеют форму, напоминающую букву Ω, т.е. каждая секция 58 сильфонной пружины 20 выступает вперед и назад от соединяющих секции отрезков 60 (т.е. сильфонная пружина 20 имеет секции 58, которые отогнуты вперед или назад относительно смежных с ними отрезков 60). Другой вариант может использовать секции с взаимно параллельными сторонами, чтобы упростить изготовление сильфонной пружины 20.
Применение сильфонной пружины 20 для приложения к первому и второму коническим роликоподшипникам 14А, 14В предварительной нагрузки позволяет использовать для этой цели в ограниченном пространстве подшипникового отсека 12 единственную деталь и тем самым сэкономить пространство и снизить производственные затраты. Сильфонная пружина 20 хорошо подходит для приложения предварительной нагрузки к коническим роликоподшипникам 14А и 14В в осевом направлении, т.е. вдоль продольной оси CL двигателя, и для применения в качестве центрирующей пружины (т.е. пружины, обладающей жесткостью в радиальном направлении по отношению к продольной оси CL) для системы 46 демпфирования (см. фиг. 2). Сильфонная пружина 20 способна изгибаться в радиальном направлении под воздействием первого и второго конических роликоподшипников 14А, 14В, благодаря чему ее наличие не приводит к повышенному износу поверхностей этих подшипников.
На фиг. 4 схематично иллюстрируется другой вариант газотурбинного двигателя 120, который соответствует двухвальному турбовентиляторному двигателю, содержащему вентиляторную секцию 122, секцию 124 компрессора, секцию 126 камеры сгорания и турбинную секцию 128. Альтернативные варианты двигателя могут содержать также, в числе других систем и устройств, форсажную секцию (не изображена). Вентиляторная секция 122 направляет воздух во внешний контур, тогда как секция 124 компрессора нагнетает воздух во внутреннем (осевом) контуре, чтобы сжать его и подать в секцию 126 камеры сгорания, после чего происходит расширение газа в турбинной секции 128. Хотя в данном варианте газотурбинный двигатель является турбовентиляторным, должно быть понятно, что предлагаемые решения применимы не только в турбовентиляторных двигателях, а могут использоваться и в турбинных двигателях других типов, включая трехвальные двигатели, в которых промежуточный вал связан с компрессором промежуточного давления, находящимся между компрессорами низкого давления и высокого давления, и с промежуточной турбиной, находящейся между турбинами высокого давления и низкого давления.
Двигатель 120 содержит низкоскоростной вал 130 и высокоскоростной вал 132, установленные в подшипниковых узлах 138 с возможностью вращения относительно стационарной (статической) части 136 двигателя вокруг его центральной продольной оси А. Низкоскоростной вал 130 выполнен на основе внутреннего вала 140, который связывает вентилятор 142, компрессор 144 низкого давления и турбину 146 низкого давления. Чтобы приводить вентилятор 142 во вращение со скоростью, меньшей скорости низкоскоростного вала 130, внутренний вал 140 связан с вентилятором 142 посредством узла 148 зубчатой передачи. Примером такой передачи-редуктора является эпициклическая зубчатая передача, например планетарная передача.
Высокоскоростной вал 132 выполнен на основе наружного вала 150, который связывает компрессор 152 высокого давления и турбину 154 высокого давления. Камера 156 сгорания расположена между компрессором 152 высокого давления и турбиной 154 высокого давления. Внутренний вал 140 и наружный вал 150 выполнены соосными; они вращаются вокруг продольной оси двигателя, совпадающей с их продольными осями.
Воздух во внутреннем контуре подвергается сжатию компрессором 144 низкого давления, а затем компрессором 152 высокого давления, смешивается с топливом и сгорает вместе с ним в камере 156 сгорания. Затем продукты горения расширяются в турбине 154 высокого давления и в турбине 146 низкого давления, в результате чего турбины 146, 154 приводят во вращение низкоскоростной вал 130 и высокоскоростной вал 132 соответственно.
Главные валы 140, 150 двигателя поддерживаются в нескольких точках подшипниковыми узлами 138, связанными со стационарной (корпусной) частью 136 двигателя. В одном варианте эти опоры включают подшипниковый узел 138-2 подшипника №2, смещенного радиально внутрь относительно секции 124 компрессора.
Как показано на фиг. 5, стационарная часть 136 двигателя вблизи секции 124 компрессора имеет переднюю центральную корпусную конструкцию 160 и промежуточную корпусную конструкцию 162, расположенную позади передней конструкции 160. Должно быть понятно, что, альтернативно или дополнительно, могут использоваться различные стационарные части и узлы, получающие преимущество от описываемой далее конструкции.
Передняя центральная корпусная конструкция 160 задает внутренний кольцевой контур 164А для внутреннего потока воздуха, поступающего в компрессор 144 низкого давления. Промежуточная конструкция 162 задает внутренний контур 164В, который является продолжением контура 164А, служащим для подачи внутреннего потока воздуха в компрессор 152 высокого давления, соответствующий внутреннему контуру 164С. Контур 164В, смещенный радиально внутрь относительно контура 164А, переходит в контур 164С с меньшим наружным диаметром, т.е. контур 164В обеспечивает архитектуру газотурбинного двигателя типа "wasp waist" ("осиная талия").
Подшипниковый узел 138-2 для подшипника №2 по меньшей мере частично поддерживает внутренний вал 140 внутри передней центральной корпусной конструкции 160. Подшипниковый узел 138-3 для подшипника №3 поддерживает наружный вал 150 внутри промежуточной конструкции 162. Это означает, что подшипниковый узел 138-2 по меньшей мере частично поддерживает низкоскоростной вал 130, а подшипниковый узел 138-3 поддерживает высокоскоростной вал 132. Должно быть понятно, что в двигателе по изобретению могут успешно использоваться различные конструкции подшипниковых узлов, включая упорные подшипники, и варианты их установки.
Гибкая опора 168 обеспечивает гибкое (нежесткое) закрепление узла 148 зубчатой передачи, находящегося внутри передней центральной корпусной конструкции 160. Гибкая опора 168 реагирует на торсионные нагрузки со стороны узла 148 зубчатой передачи и, в дополнение к обычным функциям опоры, облегчает поглощение вибраций. Центрирующая пружина 170, которая является, по существу, цилиндрическим конструктивным элементом в форме клетки с множеством продольных стержней, расположенных между концевыми фланцами, упруго позиционирует подшипниковый узел 138-2 относительно низкоскоростного вала 130. В одном варианте стержни пружины выполнены с двойной конусностью и расположены по окружности для возможности настройки радиальной жесткости пружины, которая может задаваться с учетом многих факторов, включая (не ограничиваясь ими) такие факторы, как нагрузка на подшипник, срок службы подшипника, динамические характеристики ротора и допустимые смещения ротора.
В рассматриваемом неограничивающем варианте редуктор 172 в составе узла 148 зубчатой передачи приводится в действие низкоскоростным валом 130 через соединительный вал 174, который передает вращательный момент редуктору 172 через подшипниковый узел 138-2. данный подшипниковый узел способствует также изоляции редуктора 172 в отношении вибраций и других кратковременных процессов. В рассматриваемом неограничивающем варианте у соединительного вала 174 имеются передняя секция 176 и задняя секция 178. На передней секции 176 соединительного вала выполнен выступ 180, который посредством шлицевого соединения сопрягается с редуктором 172. Посредством выступа 182, имеющегося на задней секции 178 соединительного вала 174, этот вал соединен с низкоскоростным валом 130. В данном варианте это соединение осуществляется через ступицу 184 компрессора 144 низкого давления.
Несущая конструкция 186 ротора вентилятора смещена назад относительно вентилятора 142 и радиально внутрь относительно передней центральной корпусной конструкции 160. Несущая конструкция 186 и передняя центральная корпусная конструкция 160 задают подшипниковый отсек В. Должно быть понятно, что в несущей конструкции 186 ротора вентилятора могут использоваться различные варианты подшипникового узла 138-1 и уплотнений 188 (схематично изображенных на фиг. 5), чтобы обеспечить удерживание масла и возможность вращения выходного вала 100, который связан с узлом 148 зубчатой передачи для приведения во вращение вентилятора 142.
Ступица 184 компрессора 144 низкого давления содержит втулку 190 и секцию 192 в форме усеченного конуса. Втулка 190, закрепленная на внутреннем валу 140, например посредством шлицевого соединения, примыкает к подшипниковому узлу 138-2. Секция 192, отходящая вперед от втулки 190, расположена в осевом направлении между вторым и третьим подшипниковыми узлами 138-2, 138-3 (показанными также на фиг. 6).
Секция 192 в форме усеченного конуса связана с ротором 194 компрессора 144 низкого давления. В рассматриваемом неограничивающем варианте секция 192, расположенная между подшипниковыми узлами 138-2, 138-3, связана со второй ступенью трехступенчатого ротора 194 компрессора низкого давления. Должно быть понятно, что применительно к другим архитектурам двигателя (в которых может иметься иное число ступеней) секция 192 в форме усеченного конуса может быть связана и с другими ступенями.
Установка ступицы 184 компрессора низкого давления между вторым и третьим подшипниковыми узлами 138-2, 138-3 обеспечивает существенные преимущества в части уменьшения смещений узла 148 зубчатой передачи по сравнению с известными вариантами архитектуры, в том числе с вариантом, представленным на фиг. 7. В частности, обе концевые секции соединительного вала 174 привязаны к передней центральной корпусной конструкции 160, в результате чего значительно уменьшаются взаимные смещения этих секций. Тем самым достигается более эффективное балансирование базового крутящего момента, крутящих моментов при движении по земле, смещений при выполнении маневров, а также минимизация суммарных нагрузок, которые передаются на узел 148 зубчатой передачи.
Кроме того, возможность получения относительно менее сложного подшипникового отсека В создает условия для использования менее жестких допусков на изготовление и требует меньшего количества уплотнений, что минимизирует количество потенциальных источников утечек масла и снижает вес.
Предложенная архитектура сокращает также эффективную цепочку (L; фиг. 8) передачи нагрузки для узла зубчатой передачи и обеспечивает сокращение количества выделяемого тепла и расхода масла. При этом улучшенная компактность цепочки L достигается исключительно благодаря выбранной конструкции передней центральной корпусной конструкции 160. Дополнительные преимущества состоят в уменьшении размеров маслобака и охлаждающего устройства, а также в уменьшении количества масла в смазочной системе двигателя.
Должно быть понятно, что идентичные или сходные элементы имеют одни и те же обозначения на всех чертежах. Должно быть также понятно, что, хотя в описанном варианте представлено определенное взаимное расположение компонентов, в рамках изобретения возможны и другие их расположения.
Хотя были описаны и представлены на чертежах конкретные компоненты, варианты изобретения не ограничиваются этими компонентами и их комбинациями. Возможны и другие комбинации этих компонентов или перенос признаков от одних компонентов к другим.
Соответственно, приведенное описание имеет иллюстративный, а не ограничительный характер. Специалисту в соответствующей области будет очевидно, что в описанные неограничивающие примеры могут быть внесены различные модификации и вариации, не выходящие за пределы изобретения, определяемые прилагаемой формулой. С учетом возможных вариантов осуществления изобретения, его истинный объем может быть определен только в результате анализа прилагаемой формулы.
Газотурбинный двигатель содержит компрессор низкого давления, первый подшипниковый узел, второй подшипниковый узел, ступицу компрессора низкого давления. Компрессор низкого давления установлен вдоль оси двигателя. Первый подшипниковый узел по меньшей мере частично поддерживает внутренний вал, расположенный вдоль указанной оси. Второй подшипниковый узел по меньшей мере частично поддерживает наружный вал, расположенный вдоль указанной оси. Ступица компрессора низкого давления установлена на внутренний вал и проходит к компрессору низкого давления между первым и вторым подшипниковыми узлами. Ступица компрессора низкого давления связана с диском второй ступени указанного компрессора низкого давления, а компрессор низкого давления является трехступенчатым. Внутренний вал выполнен с возможностью приведения во вращение вентилятора через узел зубчатой передачи. Ступица компрессора низкого давления содержит секцию в форме усеченного конуса, расположенную между первым и вторым подшипниковыми узлами, причем эта секция в форме усеченного конуса проходит вперед вокруг первого подшипникового узла. Указанный вентилятор содержит лопасти, выполненные с возможностью нагнетания воздуха по внутреннему контуру в компрессор низкого давления и по внешнему контуру через выходные направляющие лопатки. Достигается минимизация суммарных нагрузок, которые передаются на узел зубчатой передачи. Возможность получения относительно менее сложного подшипникового отсека создает условия для использования менее жестких допусков на изготовление и требует меньшего количества уплотнений, что минимизирует количество потенциальных источников утечек масла и снижает вес. Предложенная архитектура сокращает также эффективную цепочку передачи нагрузки для узла зубчатой передачи и обеспечивает сокращение количества выделяемого тепла и расхода масла. Дополнительные преимущества состоят в уменьшении размеров маслобака и охлаждающего устройства, а также в уменьшении количества масла в смазочной системе двигателя. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Газотурбинный двигатель, содержащий:
компрессор низкого давления, установленный вдоль оси двигателя;
первый подшипниковый узел, который по меньшей мере частично поддерживает внутренний вал, расположенный вдоль указанной оси;
второй подшипниковый узел, который по меньшей мере частично поддерживает наружный вал, расположенный вдоль указанной оси;
ступицу компрессора низкого давления, установленную на внутренний вал и проходящую к компрессору низкого давления между первым и вторым подшипниковыми узлами, причем ступица компрессора низкого давления связана с диском второй ступени указанного компрессора низкого давления, а компрессор низкого давления является трехступенчатым, при этом внутренний вал выполнен с возможностью приведения во вращение вентилятора через узел зубчатой передачи,
при этом ступица компрессора низкого давления содержит секцию в форме усеченного конуса, расположенную между первым и вторым подшипниковыми узлами, причем эта секция в форме усеченного конуса проходит вперед вокруг первого подшипникового узла,
при этом указанный вентилятор содержит лопасти, выполненные с возможностью нагнетания воздуха по внутреннему контуру в компрессор низкого давления и по внешнему контуру через выходные направляющие лопатки.
2. Двигатель по п. 1, в котором компрессор низкого давления расположен в радиальном направлении снаружи первого подшипникового узла.
3. Двигатель по п. 1, в котором первый подшипниковый узел закреплен на передней центральной корпусной конструкции, задающей указанный внутренний контур для воздушного потока.
4. Двигатель по п. 3, в котором второй подшипниковый узел закреплен на промежуточной корпусной конструкции, присоединенной к передней центральной корпусной конструкции для формирования продолжения указанного внутреннего контура.
5. Газотурбинный двигатель, содержащий:
переднюю центральную корпусную конструкцию;
узел зубчатой передачи, по меньшей мере частично поддерживаемый передней центральной корпусной конструкцией;
первый подшипниковый узел, закрепленный на передней центральной корпусной конструкции, чтобы поддерживать, с возможностью вращения, внутренний вал;
соединительный вал, связанный с внутренним валом и с узлом зубчатой передачи и по меньшей мере частично поддерживаемый первым подшипниковым узлом;
ступицу компрессора низкого давления, установленную на внутренний вал и проходящую к компрессору низкого давления между первым и вторым подшипниковыми узлами, причем компрессор низкого давления выполнен трехступенчатым, а ступица компрессора низкого давления связана с диском его второй ступени, при этом ступица компрессора низкого давления содержит секцию в форме усеченного конуса, расположенную между первым и вторым подшипниковыми узлами, причем эта секция в форме усеченного конуса проходит вперед вокруг первого подшипникового узла,
при этом внутренний вал выполнен с возможностью приведения во вращение вентилятора через узел зубчатой передачи, а данный вентилятор содержит лопасти, выполненные с возможностью нагнетания воздуха по внутреннему контуру в компрессор низкого давления и по внешнему контуру через выходные направляющие лопатки.
6. Двигатель по п. 5, дополнительно содержащий наружный вал, по меньшей мере частично охватывающий внутренний вал и выполненный с возможностью приведения во вращение компрессора высокого давления.
7. Двигатель по п. 5, дополнительно содержащий второй подшипниковый узел, который по меньшей мере частично поддерживает наружный вал.
8. Газотурбинный двигатель, содержащий:
переднюю центральную корпусную конструкцию, установленную вдоль оси двигателя и задающую внутренний контур для воздушного потока;
компрессор низкого давления, установленный в указанном внутреннем контуре;
промежуточную корпусную конструкцию, установленную вдоль оси двигателя за передней центральной корпусной конструкцией;
первый подшипниковый узел, закрепленный на передней центральной корпусной конструкции и по меньшей мере частично поддерживающий внутренний вал с возможностью вращения указанного вала вокруг оси двигателя;
второй подшипниковый узел, закрепленный на промежуточной корпусной конструкции и по меньшей мере частично поддерживающий наружный вал с возможностью вращения указанного вала вокруг оси двигателя;
ступицу компрессора низкого давления, установленную на внутренний вал и проходящую к компрессору низкого давления между первым и вторым подшипниковыми узлами, при этом ступица компрессора низкого давления содержит секцию в форме усеченного конуса, расположенную между первым и вторым подшипниковыми узлами, причем эта секция в форме усеченного конуса проходит вперед вокруг первого подшипникового узла,
причем указанный компрессор низкого давления выполнен трехступенчатым, а ступица указанного компрессора связана с диском его второй ступени, при этом внутренний вал выполнен с возможностью приведения во вращение вентилятора через узел зубчатой передачи, а данный вентилятор содержит лопасти, выполненные с возможностью нагнетания воздуха по внутреннему контуру в компрессор низкого давления и по внешнему контуру через выходные направляющие лопатки.
9. Двигатель по п. 8, в котором передняя центральная корпусная конструкция расположена позади вентилятора.
10. Двигатель по п. 8, в котором узел зубчатой передачи по меньшей мере частично поддерживается передней центральной корпусной конструкцией.
| US 4704862 A, 10.11.1987 | |||
| US 2011123326 A1, 26.05.2011 | |||
| US 2010247306 A1, 30.09.2010 | |||
| US 5433674 A, 18.07.1995 | |||
| РОТОР МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА | 1991 |
|
RU2033566C1 |
| СТАТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 1996 |
|
RU2121082C1 |
