КОРОБКА ПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ ТУРБОМАШИНЫ, ОСНАЩЕННАЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ НАСОСОМ Российский патент 2019 года по МПК F02C7/32 F02C7/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к коробке приводов агрегатов для турбомашины; причем данная коробка приводов агрегатов, называемая также AGB (сокр. Accessory Gear Box - коробка приводов агрегатов), снабжена техническим средством, в частности насосом, таким как центробежный насос.

Уровень техники

Непрерывные научные исследования эксплуатационных качеств авиационного двигателя приводят к необходимости встраивания коробки приводов агрегатов во все более и более ограниченное пространство. Общий габаритный объем коробки приводов агрегатов оказывает влияние на общие эксплуатационные качества двигателя. Таким образом, представляется необходимым уменьшить габаритный объем коробки приводов агрегатов и ее технических средств.

Коробка приводов агрегатов для турбомашины предназначена для передачи первоначальной механической силы турбомашины техническим средствам, таким как насос, воздушно-масляный сепаратор, электрогенератор и т.д. Коробка приводов агрегатов содержит шестерни, находящиеся в зацеплении друг с другом, из которых, по меньшей мере, некоторые жестко соединены с соосными хвостовиками, предназначенных для приведения во вращение подвижных частей или роторов технических средств.

Согласно существующей в настоящее время технологии, вышеупомянутый хвостовик каждой шестерни коробки проходит сквозь отверстие корпуса коробки приводов агрегатов и соединен снаружи коробки с валом поворотной части технического средства.

В том случае, если техническим средством является центробежный насос, например, топливный, то этот насос содержит рабочее колесо, которое жестко соединено во вращении с валом, который предусматривается приводить во вращение посредством хвостовика шестерни. Вал направляется во вращении посредством подшипников, установленных в центробежном насосе. Этот центробежный насос относится к насосу улиточного типа; причем спираль является частью неподвижной части или статора насоса и позволяет образовывать давление, необходимое для хорошего функционирования насоса. Система неподвижная часть/подвижная часть насоса соединена с коробкой приводов агрегатов посредством хвостовика шестерни, а затем прикреплена к корпусу этой коробки.

Однако, такая технология не является удовлетворительной, поскольку коробка и техническое средство являются крупногабаритными, что создает трудности для ее встраивания в турбомашину.

Изобретение позволяет предложить простое, эффективное и экономически оправданное решение данной проблемы.

Описание изобретения

В изобретении предлагается коробка приводов агрегатов для турбомашины; причем данная коробка снабжена насосом и содержит шестерни, находящиеся в зацеплении друг с другом, и среди которых одна выполнена как единое целое с соосным хвостовиком приведения в движение поворотной части насоса, отличающаяся тем, что эта поворотная часть установлена непосредственно на вышеупомянутом хвостовике.

Согласно изобретению, часть насоса встроена в коробку приводов агрегатов, в частности в пространство, определенное корпусом коробки приводов агрегатов. Это стало возможным в результате того, что поворотная часть насоса непосредственно установлена на хвостовике шестерни коробки приводов агрегатов. Другими словами, в отличие от известного уровня техники, в которой поворотная часть удерживалась валом, который предусматривается приводить в движение посредством хвостовика шестерни коробки, в данном случае поворотная часть непосредственно удерживается хвостовиком шестерни. Это позволяет устранить вал насоса, согласно известному уровню техники, а также его направляющие подшипники, что выражается в выигрыше массы и в существенном уменьшении осевого габаритного объема коробки и насоса (в данном случае рассматриваемая ось является осью вращения хвостовика шестерни и поворотной части насоса). Кроме того, поворотная часть насоса может направляться во вращении направляющими подшипниками хвостовика шестерни, что позволяет повысить надежность системы.

Согласно предпочтительному примеру практического осуществления изобретения, насос представляет собой центробежный насос, а его поворотной частью является рабочее колесо, которое непосредственно установлено на конце вышеупомянутого хвостовика.

Рабочее колесо может быть установлено между первым и вторым корпусами центробежного насоса, которые закреплены на корпусе коробки.

Хвостовик, предпочтительно, направляется во вращении посредством подшипника, установленного на первом корпусе.

Первый корпус может быть в форме диска. Он может иметь центральное отверстие для прохода хвостовика. Первый корпус может содержать на своей внутренней периферии цилиндрический выступ установки направляющего подшипника хвостовика.

Второй корпус может содержать на своей внешней периферии фланец крепления, например, к крепежному фланцу первого корпуса или корпуса коробки.

Центробежный насос может содержать спираль, образованную вторым корпусом или корпусом коробки.

Первый корпус может образовывать вместе с рабочим колесом кольцевое пространство для размещения средств герметизации, например, динамической.

Настоящее изобретение также относится к турбомашине, такой как турбореактивный двигатель, турбовинтовой двигатель или газотурбинный двигатель самолета или вертолета, отличающейся тем, что она содержит коробку, описанную выше.

Описание фигур чертежа

Изобретение будет лучше понятно, а другие детали, отличительные особенности и преимущества изобретения станут видны при изучении нижеследующего описания, приведенного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежа, на которых:

фиг.1 представляет собой очень схематичный вид коробки приводов агрегатов турбомашины, на которой установлены два технических средства;

фиг.2 представляет собой очень схематичный, частичный вид осевого разреза коробки приводов агрегатов с центробежным насосом и представляет уровень техники, предшествующий изобретению;

фиг.3 представляет собой очень схематичный, частичный вид осевого разреза коробки приводов агрегатов с центробежным насосом и изображает изобретение;

фиг.4 и 5 представляют собой очень схематичные, частичные виды в осевом разрезе и в перспективе коробки приводов агрегатов и центробежного насоса согласно изобретению.

Детальное описание изобретения

Вначале ссылка делается на фиг.1, на которой в очень схематичном виде изображена коробка приводов агрегатов для турбомашины, такой как турбореактивный двигатель, турбовинтовой двигатель или газотурбинный двигатель самолета или вертолета; причем эта коробка 10 снабжена вспомогательными механизмами или техническими средствами 12, которых в представленном примере насчитывается две единицы.

Коробка приводов агрегатов 10 предназначена для передачи механической силы, создаваемой турбомашиной, посредством выходящего из нее радиального вала, и ее передачи техническим средствам, которыми являются насосы, воздушный/масляный сепаратор, электрогенераторы и т.д. Передача осуществляется посредством кинематической цепи, состоящей из следующих друг за другом шестерен 14, 16, 18, 20, которых в представленном примере насчитывается четыре единицы.

Каждая из шестерен 16 и 20 содержит соосный хвостовик 22, который выполнен как единое целое вместе с соответствующей шестерней и проходит сквозь отверстие корпуса 24 коробки приводов агрегатов. Оконечная часть хвостовика шестерни, расположенная снаружи коробки 10, входит в зацепление с валом 26 поворотной части соответствующего технического средства 12 для привода этой поворотной части.

Фиг.2 представляет собой очень схематичный вид в увеличенном масштабе зоны соединения хвостовика 22 шестерни с валом ротора 26 технического средства 12, которым в данном случае является центробежный насос улиточного типа 30.

Хвостовик 22 шестерни пространственно центрирован и направляется при вращении посредством подшипников 32, которые установлены в корпусе 24 коробки приводов агрегатов 10. Вал 26 технического средства 12 соединен оконечной частью с частью хвостовика 22, расположенной снаружи корпуса 24, и пространственно центрирован и направляется при вращении посредством подшипников 33, установленных в неподвижной части, такой как корпус 34, насоса (технического средства 12).

Центробежный насос содержит рабочее колесо 36, размещенный на валу и жестко соединенный при вращении с этим валом. Корпус 34 насоса образует вход 38 текучей среды выше по потоку от рабочего колеса 26, а также спираль 40 и выход текучей среды ниже по потоку от рабочего колеса, т.е. на его внешней периферии.

Недостатком технологии, изображенной на фиг.2, которая представляет собой известный уровень техники, является громоздкость в осевом направлении (ось A). Изобретение, схематически изображенное на фиг.3, позволяет устранить эту проблему путем встраивания части технического средства 12, а именно центробежного насоса в вышеупомянутом примере, в корпус 24 коробки приводов агрегатов.

Это стало возможным путем непосредственной установки поворотной части технического средства на хвостовике шестерни. Как показано на фиг.3, рабочее колесо 36 насоса в действительности прикреплено к концу хвостовика 22. Часть корпуса насоса расположена внутри корпуса 24 коробки приводов агрегатов 10 и используется, кроме того, в качестве держателя первого направляющего подшипника 32a хвостовика 22, а другой направляющий подшипник 32b хвостовика удерживается корпусом 24 коробки приводов агрегатов 10.

Далее ссылка делается на фиг.4 и 5, на которых изображен более конкретный пример практического осуществления изобретения и на которых конструктивные элементы, уже описанные ранее, обозначены одними и теми же цифровыми позициями.

Корпус 24 коробки приводов агрегатов 10 содержит отверстие 44 с круговым контуром, через которое в осевом направлении проходит хвостовик 22 шестерни 18. Как это показано на фигурах чертежа, шестерня 18 и хвостовик 22 выполнены как единое целое, причем хвостовик в данном случае имеет в целом трубчатую цилиндрическую форму. Хвостовик 22 направляется во время вращения посредством подшипников 32a, 32b, причем подшипник 32b удерживается корпусом 24, а подшипник 32a удерживается первым корпусом 34a насоса.

Этот первый корпус 34a имеет форму диска и предназначен для того, чтобы быть наложенным и прижатым к корпусу 24 коробки 10 для закрытия вышеупомянутого отверстия 44. Этот первый корпус 34a содержит центральную расточку для прохождения хвостовика 22 и содержит на своей внутренней периферии цилиндрический выступ 50, вытянутый внутри коробки 10, внутри которой закреплено внешнее кольцо подшипника 32a, относящегося в данном случае к типу шарикоподшипника. Внутреннее кольцо подшипника 32a закреплено на хвостовике 22.

Обычно рабочее колесо 36 насоса содержит центральную ступицу, которая окружена кольцевой стенкой и соединена с этой стенкой лопатками; причем между ступицей и стенкой образуется центробежный поток с осевым входом и радиальным выводом.

Рабочее колесо 36 насоса выполнено как единое целое вместе с выступом 52 в отличие от формы установки на конце хвостовика 22. В представленном примере выступ 52 соединен со ступицей рабочего колеса 36 и вытянут в осевом направлении со стороны, противоположной входу центробежного потока. Внутренний диаметр выступа 52 немного больше внешнего диаметра этой оконечной части хвостовика. В устанавливаемом положении выступ 52 проходит в осевом направлении через отверстие первого корпуса 32a и отверстие 44 корпуса 24 коробки приводов агрегатов 10.

Конец хвостовика 22 шестерни, который проходит через отверстие 44 корпуса 24, содержит внутренний радиальный кольцевой выступ 56, внутренняя периферия которого ограничивает собой отверстие для прохода одного винта 60 крепления рабочего колеса 36 к хвостовику. Ступица рабочего колеса 36 содержит осевое отверстие 54 с нарезанной внутренней резьбой, которое в положении установки выровнено с его отверстием. Винт 60 вставлен внутрь хвостовика, затем ввинчен в отверстие 54 рабочего колеса 36 через отверстие конца хвостовика 22. Это винтовое соединение обеспечивает осевое удерживание рабочего колеса 36 на хвостовике 22. Такое соединение рабочего колеса 36 с хвостовиком 22 должно быть дополнено соединением путем противопоставления форм (типа P3G или аналогичного типа), для блокировки деталей относительно друг друга при вращении.

Внешняя периферия рабочего колеса 36 вместе с первым корпусом 34a определяет кольцевое пространство 61, в котором могут быть размещены средства динамической герметизации, например, типа углеволоконного контактного соединения или соединения с отставанием. Для недопущения масляно-топливной смеси в топливном насосе может быть использована двойная динамическая герметизация вместе с промежуточным дренажом.

Второй корпус 34b насажен и закреплен на первом корпусе 34a и образует вместе с этим первым корпусом пространство для размещения и вращения рабочего колеса 36. Этот второй корпус 34b содержит на своей внешней периферии фланец 62 крепления при помощи средств типа винтовой пары на соответствующем кольцевом фланце (не показан) корпуса коробки 10; причем внешняя периферия первого корпуса 34a вставлена между этими фланцами и предназначена для зажатия между этими фланцами путем завинчивания винтов. Как вариант, корпус 34b может быть закреплен непосредственно на корпусе 34a.

Второй корпус 34b образует трубчатый, по существу цилиндрический трубчатый вход 38 подачи текучей среды в насос и кольцевое периферическое пространство 64 вывода текучей среды из насоса, причем это пространство содержит спираль (не видна).

Коробка приводов агрегатов для турбомашины содержит центробежный насос и шестерни, зацепляющиеся друг с другом. Одна из указанных шестерней выполнена как единое целое с хвостовиком, который является соосным с указанной шестерней. Хвостовик выполнен с возможностью привода рабочего колеса центробежного насоса, при этом указанное рабочее колесо центробежного насоса непосредственно установлено на хвостовике. Другое изобретение группы относится к турбомашине, содержащей указанную выше коробку приводов агрегатов. Группа изобретений позволяет снизить габариты коробки приводов агрегатов, имеющей центробежный насос. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Коробка приводов агрегатов (10) для турбомашины, причем эта коробка оснащена центробежным насосом (12) и содержит шестерни (14-20), в зацеплении друг с другом, причем одна из указанных шестерней (14-20) выполнена как единое целое с хвостовиком (22), который является соосным с указанной шестерней, причем указанный хвостовик (22) выполнен с возможностью привода рабочего колеса (36) центробежного насоса, при этом указанное рабочее колесо (36) центробежного насоса непосредственно установлено на хвостовике.

2. Коробка приводов агрегатов (10) по п. 1, в которой указанное рабочее колесо (36) установлено непосредственно на конце указанного хвостовика (22).

3. Коробка приводов агрегатов (10) по п. 2, в которой рабочее колесо (36) установлено между первым и вторым корпусами (34a, 34b) центробежного насоса, которые закреплены на корпусе (24) коробки приводов агрегатов.

4. Коробка приводов агрегатов (10) по п. 3, в которой хвостовик (22) выполнен с возможностью направления при вращении посредством подшипника (32a), удерживаемого первым корпусом (34a).

5. Коробка приводов агрегатов (10) по п. 4, в которой первый корпус (34a) содержит центральное отверстие для прохождения хвостовика (22).

6. Коробка приводов агрегатов (10) по п. 5, в которой первый корпус (34a) содержит на своей внутренней периферии цилиндрический выступ (50) установки направляющего подшипника (32a) хвостовика (22).

7. Коробка приводов агрегатов (10) по п. 6, отличающаяся тем, что второй корпус (34b) содержит на своей внешней периферии крепежный фланец (62).

8. Коробка приводов агрегатов (10) по п. 7, в которой центробежный насос содержит спираль, образованную вторым корпусом (34b) центробежного насоса или корпусом (24) коробки приводов агрегатов.

9. Коробка приводов агрегатов (10) по любому из пп. 3-8, в которой первый корпус (34a) образует с рабочим колесом (36) кольцевое пространство для размещения средств герметизации.

10. Турбомашина, такая как турбореактивный двигатель, турбовинтовой двигатель или газотурбинный двигатель самолета или вертолета, содержащая коробку приводов агрегатов (10) по любому из предшествующих пунктов.